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Cpu

Schnittstelle und bussysteme


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Die Bussysteme Allgemein Die Bussysteme, sind für die Datenübertragung zuständig. Man kann sie in verschiedene Busarten unterteilen: - ISA - PCI - AGP - USB - Firewire Der PCI-Bus unterstützen das Bus Mastering was dafür sorgt, daß sich mehrere Prozessoren beim Zugriff nicht ins Gehege kommen und erlaubt bestimmte Zugriffe bzw. eigenständig Daten zu übertragen. Der CPU wird dabei nicht in Anspruch genommen, dadurch gewinnt das System an Geschwindigkeit. Dadurch wird das Abarbeiten mehrerer Aufgaben (Daten in den RAM schreiben, die CPU widmet sich anderen Aufgaben) gleichzeitig erlaubt. Zusätzlich unterstützen die meisten Busse ?Plug and Play?(PnP) bzw.

     ?Hot Plug and Play?(Hot PnP). Dies ist eine von Microsoft und INTEL entwickeltes Verfahren, welches ermöglicht Geräte anzuschließen und das System konfiguriert die Hardwarekomponenten Automatisch. Es werden auch die Notwendigen Treiber wenn vorhanden geladen und beim entfernen der Komponente wieder entfernt. Diese Funktion wurde erstmals in Win95 integriert. PnP bzw. Hot PnP ist bei PCI, AGP, USB und Firewire weit verbreitet.

     Der einzigste Unterschied zwischen Plug and Play und Hot Plug and Play besteht darin daß bei Hot PnP die Komponente während der Verwendung des PCs angeschlossen werden kann, ohne daß der PC runter gefahren werden muss. Der ISA-Bus Dieses Bild zeigt die Steckplätze für eine 8 Bit ? und eine 16-Bit-ISA(Industrie Standard Architecture) Karte. Die 8 Bit Karte besitzt 62 Kontakte. Die 16 Bit Karte zusätzlich 36 Kontakte, also 98. Der dazu gehörige Steckplatz, ist mit einer Takttung von 8,33 MHz genormt. Dadurch entsteht ein grundsätzliches Problem: Der ISA-Bus bildet einen Flaschenhals, der die hohen Geschwindigkeiten des Systems verringert.

     Dies passiert, weil die CPU Pausen einlegen muß. Da der ISA-Bus sehr langsam ist. Er besitzt eine theoretische Übertragungsrate von 5Mbyte/sec. Manche würden sich fragen warum benötigt man heute noch einen ISA-Bus. Der Grund ist daß die Industrie noch Boards mit ISA Steckplätzen fordert. Häufig wird der Bus bei gut ausgestatteten Servern, Spezialrechnern für Maschinensteuerung, Verkehrsleitsysteme, und für vieles anderes eingesetzt.

     Der PCI-Bus Der PCI-Bus (Peripheral Component Interconnect) wurde von INTEL entwickelt. Heut zu Tage ist dies ein Standart auf dem Markt. Dieser Bus wir genutzt um Erweiterungskarten an zu schließen, z.B. Sound-, Netzwerkkarte. Früher wurde der Bus auch für Grafikkarten genutzt, aber heut zu tage nutz man den speziell dafür entwickelten AGP-Bus.

     Der PCI-Bus ist der Zentrale I/O-Bus in allen PCs. Der PCI-Bus hat eine Bus breite von 64Mbit bzw. 32Mbit und er ist mit 33Mhz getaktet. Dadurch entsteht eine maximal Übertragungsrate von 133Mbit/sec. Der PCI-Bus ist ISA-kompatibel, d.h.

     daß er auf die Signale von ISA-Karten reagieren kann. Es gibt noch andere Arten von PCI Bussen z.B. der PCI Express. Dahinter verbirgt sich ein schnelles Serielles Übertragungsverfahren, das Intel entwickelt hat. Und in der ersten Hälfte 2001 vorgestellt hat.

     Eigenschaften: - Hot PnP - Pro Leitung und Richtung eine Transferrate von 2,5Gbit/sec Es ist vorgesehen, daß PCI Express Hardware sehr Preiswert her zu stellen, so daß sich diese Technik für Spiele Konsolen eignet. Der AGP-Bus Dieser Bus wurde speziell für Grafikkarten entwickelt. Man erlaubt der Grafikkarte, sich nach beliebig Arbeitsplatz vom Arbeitsspeicher an zu eignen, und sorgt damit einen direkten weg die Daten schnell herbei zu schaffen. Der AGP-Bus(Accelerated Graphics Port) wurde früher mit 66Mhz getaktet. Dies ist ein zweifaches der PCIU Takttung und somit erhöht man die maximale Übertragungsrate auf 266MBit/s. Beim AGP 2x werden die aufsteigende und auch abfallende Flanke des Clock Signals genutzt.

     Das Resultat ein maximales Übertragungsrate von 528Mbit/s. Der AGP 4x hat eine maximale Übertragungsrate von 800MB/s. Der Bustakt muß aber von 66 auf 100Mhz erhöht werden. Der Theoretische Datendurchsatz von AGP 8x liegt bei 2,1GB/s. Dies ist nur Theoretisch möglich, weil beim 1600 DDR-RAM eine maximale Datenübertragung von 1,6GB/s möglich ist. Vorteil: - Beim AGP können Daten bereits angefordert werden während die zuvor verlangten Daten noch im Speicher gesucht werden.

     - Am AGP hängt ausschließlich die Grafik --> Gesamte Bandbreite des Busses nutzbar. - Aus dem Arbeitsspeicher können direkt Texturen ausgeführt werden. - CPU und Grafikkarte können gleichzeitig auf den RAM zugreifen. Der USB-Bus An der USB-Schnittstelle(Universal Serial Bus) lassen sich Peripheriegeräte und Hubs anschließen. Die Stecker und die Buchsen sind genormt. USB unterstützt PnP und HOT PnP es können bis zu 127 an einer USB Schnittstelle angeschlossen werden.

     Bei USB 1.1 beträgt die maximale Datendurchsetzung 1,5 oder 12Mbit. Das angeschlossene Gerät bestimmt welche der Geschwindigkeiten genutzt wird. Durch USB 2.0 wurde die Übertragungsrate um das 40zigfache erhöht ? 480 Mbits/sec. Es ist abwärtskompatibel und kann für die vorigen Peripheriegeräte weiterhin genutzt werden.

     Der USB-Bus wird für Peripheriegeräte, wie z.B. Tastatur, Maus, USB Stick, Drucker, usw. genutzt. Der Firewire-Bus Firewire(auch genannt IEEE1394) ist ein Serieller Hochgeschwindigkeitsbus. Es ähnelt ein wenig dem USB, da die Verbindung simpel ist.

     Firewire unterstützt PnP und HOT PnP. Diese Schnittstelle hat eine Datendurchsetzung von 400 bis 1000 Mbit/sec. Es können bis zu 63 Geräte an einen Bus angeschlossen werden. Es gibt 2 Modi beim Firewire Standart: 1.) Asynchron 2.) ISO synchron Der Modus asynchron wird auch bei den anderen Busarten verwendet, die Operationen die auf dem Bus durchgeführt werden, von den Interrupt Signalen gesteuert.

     Der Bus teilt der CPU mit wann er wieder für andere Aufgaben bereit ist. Im Modus ISO synchron, werden ohne Steuerung des Host, die Daten nur im Rhythmus der Taktfrequenz übertragen. Der Firewire-Bus benutzt einen 64Bit Adreßbus. Die IEEE1394 Schnittstelle benutzt Peer to Peer, daß heißt das zwischen den Geräten die am Bus hängen, Daten unabhängig vom CPU ausgetauscht werden können. Problem: Es können 16 Geräte beim Firewire-Bus in Reihe angeordnet sein, aber es sollte nicht mehr als 4,5 Meter abstand zwischen 2 Geräten bestehen. Schnittstellen Allgemein Die so genannten Schnittstellen dienen zur Kommunikation mit der Außenwelt.

     Grundsätzlich unterscheidet man 2 Arten von Schnittstellen. Einmal: Parallele Schnittstellen, und zum anderem Serielle Schnittstelen. Man schließt an der parallelen Schnittstelle z.B. einen Drucker an und die serielle Schnittstelle dient zum Anschluß von z.B.

     einer Maus. Weitere Schnittstellen wären z.B. PS2, Monitor, USB, Firewire usw. alle diese haben ihr verschiedenen Steckerformen, die für verschiedene Geräte verfügbar sind. Zusätzlich sollte man erklären was ein Controller ist.

     Ein Controller ist eine Art ?Übersetzer?. Er stellt eine Verbindung zwischen dem Mainboard und der HDD bzw. FDD her. Er verändert die Information, die von der Hauptplatine zur Festplatte sollen und umgekehrt, damit die Einzelkomponente diese verstehen kann. Man unterscheidet heut zu Tage zwei Arten von Controllern, den SCSI ? und den IDE ? Controller. Am SCSI Controller können bis zu 14 Festplatten angeschlossen werden und am IDE Controller lediglich nur 2.

     Die serielle Schnittstelle Fast jeder Computer hat 1 oder 2 Serielle Schnittstellen, obwohl diese heut zu Tage kaum noch verwendet wird. Diese Schnittstellen haben 9 bzw. bei den älteren Systemen 25 Pole. An jeder Seriellen Schnittstelle, kann höchstens 1 Endgerät, z.B. Maus, Meßgeräte, Plotter / CAD, Telekommunikation, angeschlossen werden.

     Im BIOS bzw. beim OS haben diese meistens die Bezeichnung COM1, COM2, COM3 usw. Unter dieser Bezeichnung können die Schnittstellen angesprochen werden. Die parallele Schnittstelle Der Druckerhersteller Centronics hat diese Schnittstelle entwickelt. Die Parallele Schnittstelle hat die Möglichkeit eine Bidirektionale Übertragung zu betreiben. Dadurch war der Anschluß von CD-ROMs, Festplatten, Streamer und weitere Wechselmedienlaufwerke dadurch wird der Anschluß möglich.

     Die parallele Schnittstelle kann gleichzeitig 8-Bit übertragen. Jedes Bit hat eine eigene Leitung. Zusätzlich sind Steuerleitungen vorhanden. Jede Steuer- und Datenleitung wird mit einer Massenleitung verdrillt. Im BIOS sowie beim OS hat diese Schnittstelle die Bezeichnung LPT1, LPT2 und LPT3. PS/2-Schnittstelle Diese Schnittstelle, besitzt einen Runden 6 Poligen Anschluß, welcher für die Maus und Tastatur genutzt werden.

     Eine Verwechslung der PS2 Anschlüsse, also Maus und Tastatur vertauscht, sollten nicht passieren, da die jeweiligen Controller die Signale unterschiedlich verarbeiten. Dadurch könnten Sie beschädigt werden. Die IDE Schnittstelle Die IDE Schnittstelle (Integrated Device Elektronics ) um das Mainboard mit der HDD zu verbinden. Der Zugriff auf die Daten einer Festplatte erfolgt über mehrere verschiedene 8 Bit breiter Register. Zur adressieren, Befehlsübermittlung und Steuerung der Festplatte. Das Datenregister besitzt als einziges eine Breite von 16 Bit.

     Die Register werden in 2 Gruppen aufgeteilt, die eine ist der Kommandoregisterblock und der andere ist der Steuerregisterblock. Der Kommandoregisterblock enthält alle Register die für die Adressierung, Datentransfer und auszuführende Befehle verwendet werden. Der Steuerregisterblock beschäftigt sich mit der Laufwerksteuerung und informiert über den aktuellen Status der Festplatte. Der alte ATA Standart besitzt eine maximalen Datentransfer von 4,2MB/s. Der Fast-ATA hat dagegen eine maximale Transferrate von 8,3MB/s, genauso sieht es bei IDE aus. Bei EIDE beträgt die maximale Übertragungsrate 16,7 MB/s.

     Der neue UltraATA hat seine Datentransferrate schon im Namen, z.B. UltraATA/33 hat eine maximale Transferrate von 33MB/s, bei UltraATA/66 eine von 66MB/s. Die SCSI Schnittstelle Die SCSI Schnittstelle(Small Computer System Interface) ist Technisch gesehen ein paralleler Bus. Da es sich bei SCSI um einen Bus handelt, müssen beide Enden der Kabel Terminiert werden. SCSI hat das Ziel einen Rechnergeräte unabhängige Klassen zur Verfügung zu stellen.

     So können verschiedenste Komponenten angeschlossen werden, ohne spezielle Treiber zu installieren. SCSI unterstützt Peer to Peer, d.h. daß alle Busteilnehmer gleich Berechtigt sind. SCSI unterstützt eine Vielfalt von Gerätetypen und die logischen Funktionen und Eigenschaften sind im allgemeinem Protokoll und in den Spezifikationen für die Geräteklassen definiert. Die DVI-Schnittstelle Über die DVI-Schnittstelle(Digital Visual Interface) werden Analoge und Digitale Daten übertragen.

     Sie wurde momentan nur im Computerbereich zur verbindung zwischen Grafikkarte und Monitor verwendet. Man unterscheidet zwischen 2 verschiedenen DVI-Schnittstellen: 1.) DVI-I unterstützt sowohl Digital als auch Analoge Signale. 2.) DVI-D unterstützt nur Digitale Signale. Es wurde, wegen der begrenzten Bandbreite von DVI, das Übertragungsverfahren erweitert.

     Es heißt Dual-Link. Single-Link, das alte Verfahren, bleibt jedoch ein Standart. Hiermit stand eine maximale Bandbreite von 165Mhz zur Verfügung. DVI läßt zu die bestehenden drei Kanäle von TDMS um 3 weitere zu ergänzen. Dadurch erweitert sich die Bandbreite auf 330 Mhz. Dies ist das Dual-Link verfahren.

     Hardwarekonflikte Allgemein Hardware Probleme können dadurch entstehen das Karten o.ä. in dem System Falsch konfiguriert sind, z.B. IRQs doppelt belegt, IRQs die sich auf falsche Plätze beziehen. Diese Probleme löst man am besten wie folgt: 1.

    ) Überprüfen ob die Steckkarte Richtig eingesetzt wurde. 2.) IRQs überprüfen 3.) Falls eine Doppelbelegung mit dieser Hardwarekomponenten besteht, dann auf einen freien IRQ wechseln. 4.) Falls es eine ISA Karte ist, muß man ggf.

     auf der Karte einen bestimmten Jumper (für die IRQs) umstellen, so daß er mit den OS eingestellten IRQ übereinstimmt. 5.) Falls weiterhin Probleme bestehen: Beim Hersteller Nachfragen, oder Support anrufen. Die IRQs Interruptleitungen befinden sich auf der Hauptplatine sowohl auch in den Steckplätzen. Verschiedene Geräte senden über eine Interruptleitung ein Signal, daß dem Prozessor bei seiner derzeitigen Prozedur unterbricht. Wenn ein Interrupt Signal die CPU erreicht, dann werden alle Inhalte der CPU Register in den Stapelspeicher gespeichert, hinzu kommt noch daß das System von der entsprechenden Interrupt-Vektortabelle gesteuert wird.

     Außerdem wird in der Vektortabelle die Adresse des Softwaretreibers, welcher für die Karte zuständig ist markiert. Die Hardwareinterrupts werden nach ihrer Priorität bearbeitet. Normalerweise hat die kleinste IRQ die höchste Priorität. Interrupts können von einem anderem Interrupt unterbrochen werden. Standart IRQ-Belegung bei einem 8 Bit ISA-Bus: IRQ belegt durch an den Steckplätzen verfügbar 0 System-Timer nein 1 Tastaturcontroller nein 2 frei ja (nur 8 Bit) 3 2.Serielle Schnittstelle (COM 2) ja (nur 8 Bit) 4 1.

    Serielle Schnittstelle (COM 1) ja (nur 8 Bit) 5 Festplatten-Controller ja (nur 8 Bit) 6 Diskettenlaufwerk-Controller ja (nur 8 Bit) 7 1.Parallele Schnittstelle (LPT 1) ja (nur 8 Bit) Standart IRQ-Belegung bei einem 16 Bit Bus: Bei dem 16 Bit Bus wurde die Anzahl der Interruptleitung verdoppelt, dies wird dadurch bewerkstelligt, daß man 2 Interruptcontroller miteinander Verbindet. IRQ belegt durch an den Steckplätzen verfügbar Kartentyp empfohlene Nutzung 0 System-Timer nein - - 1 Tastaturcontroller nein - - 2 2. IRQ-Controller-Kaskade nein - - 3 2.Serielle Schnittstelle (COM 2) ja 8/16-Bit COM 2 internes Modem 4 1.Serielle Schnittstelle (COM 1) ja 8/16-Bit COM 1 5 Festplatten-Controller ja 8/16-Bit Soundkarte 6 Diskettenlaufwerk-Controller ja 8/16-Bit Diskettenlw.

    -Controller 7 1.Parallele Schnittstelle (LPT 1) ja 8/16-Bit 1.Parallele Schnittstelle (LPT 1) 8 Echtzeituhr nein - - 9 Netzwerk / frei / (erscheint als IRQ 2) ja 8/16-Bit Netzwerkkarten 10 frei ja 16-Bit USB 11 SCSI / frei ja 16-Bit SCSI-Host-Adapter 12 Mausport / frei ja 16-Bit Mausport auf der Hauptplatine 13 Mathematischer Coprozessor nein - - 14 1. IDE ja 16-Bit 1. IDE (Festplatten) 15 2. IDE ja 16-Bit 2.

     IDE (CD-ROM, Streamer) Geräte können ihre IRQ-Leitung auch gemeinsam nutzen, dies wird dann Interrupt-Sharing genannt. Da nur lediglich 4 freie Interrupts bei einem 16 Bit Bus vorhanden sind und es möglich ist daß mehr als 4 zusätzliche Geräte einen Interrupt benötigen. Dies könnte wie folgt aussehen: INT1 INT2 INT3 INT4 AGP x PCI 1 x PCI 2 x PCI 3 x PCI 4 PCI 5 x x PCI 6 x onboard USB x onboard Sound x Dies ist aber nur 1 Beispiel, da es von Hersteller zu Hersteller anders belegt wird. Die DMA-Kanäle Die DMA (Direkt Memory Access)- Kanäle sogen dafür daß z.B. ein Festplattencontroller oder eine Soundkarte, einen direkten Zugriff auf den Arbeitsspeicher haben.

     Der CPU wird dabei umgangen ? keine Arbeit für den Prozessor. In der Regel stehen die Kanäle 0,1,3,5,6 und 7 zur Verfügung. Der Kanal 0 gibt es bei den alten Geräten nicht. Der zweite Kanal wird vom Diskettencontroller belegt, der vierte Kanal vom DMA Controller. Sonstiges AMR AMR(Audio Modem Riser) ist ein Slot, welcher mit einer AMR Karte belegt werden kann. Diese Karte nennt man auch AC 97, damit hat man eine Möglichkeit Sound und Modem sehr Preiswert zu erhalten, indem man nur die aller nötigste Hardware nutzt und den Rest der Funktionalität in Software emuliert.

     Diese Funktion ist auf dem Mainboard integriert. Man kann diese Funktionen aber nur nutzen wenn der Chipsatz einen dafür entsprechenden Controller dafür enthält. Es ist deshalb möglich mit AC 97 Sound und Modem zu betreiben weil die Funktionsweise dieser beiden Komponenten sich sehr ähneln. Der AC 97 Controller benötigt einen entsprechenden Codec. Hypertransport Darunter versteht man eine Hochgeschwindigkeits Verbindung hoher Leistung zwischen Schaltkreisen auf einem Mainboard. Trotz gleicher Pin Anzahl ist sie deutlich schneller als der PCI-Bus, diese Technologie wurde von AMD erfunden.

     Es wird hauptsächlich in der IT- und Telekommunikationsindustrie eingesetzt. Vorteile: - Hohe Geschwindigkeit - Niedrige Latenzzeit - Skalierbarkeit Der E/A-Wert Der E/A Wert steht für einen speziellem Speicher Bereich zwischen dem OS und einem Gerät. Dieser Wert in Hexadezimal angegeben. Hexadezimal ist im Gegensatz zum geläufigem Dezimalsystem nicht auf 10 sondern auf 16 alphanumerischen Zeichen aufgebaut. Bis zur Ziffer 9 ist es identisch dem Dezimalsystem. Bei der Zahl 10 wird der Buchstabe ?A? eingesetzt, bis hin zu 15 = F.

     Dies hat zu folge daß es größere Werte im Binärem System viel kleiner im Hexadezimalsystem dargestellt werden kann.

 
 




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