Bộ nhớ và lưu trữ - Phần 3: Các đặc điểm kỹ thuật của Bus

Bộ nhớ và lưu trữ - Phần 3: Các đặc điểm kỹ thuật của BusTrong hai phần đầu của loạt bài này chúng tôi đã viết về các công nghệ nhớ khác nhau gồm có: các ổ đĩa cứng, RAM, MRAM và kiểu lưu trữ dữ liệu holographic. Rõ ràng, công nghệ đã sử dụng cho việc lưu trữ dữ liệu vật lý chỉ là một phần trong những gì sẽ quyết định hiệu suất màbạn thấy. Để hiểu một cách đầy đủ về hiệu suất của bộ nhớ, bạn phải hiểu cách bộ nhớ kết nối với CPU như...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bộ nhớ và lưu trữ - Phần 3: Các đặc điểm kỹ thuật của BusBộ nhớ và lưu trữ - Phần 3: Các đặc điểm kỹ thuật của BusTrong hai phần đầu của loạt bài này chúng tôi đã viết về các công nghệnhớ khác nhau gồm có: các ổ đĩa cứng, RAM, MRAM và kiểu lưu trữdữ liệu holographic. Rõ ràng, công nghệ đã sử dụng cho việc lưu trữ dữliệu vật lý chỉ là một phần trong những gì sẽ quyết định hiệu suất màbạn thấy. Để hiểu một cách đầy đủ về hiệu suất của bộ nhớ, bạn phảihiểu cách bộ nhớ kết nối với CPU như thế nào và nó có thể được giacông ra sao.Nhìn chung, bộ nhớ được kết nối đến CPU theo cùng một cách kết nối vậtlý; thông qua bus hệ thống. Hãy quan sát vào bên trong bo mạch chủ máytính, bạn sẽ thấy rất nhiều dây; đây chính là bus hệ thống của nó.Các bus hệ thống khác nhau được định nghĩa với các đặc điểm kỹ thuật củahệ thống. Đặc điểm kỹ thuật của bus hệ thống sẽ gồm số dây, kích thước củadây, mỗi dây được sử dụng cho cái gì và bộ kết nối gì cần được sử dụng. Chitiết kỹ thuật của bus hiện đại có các tính năng tiên tiến và khá phức tạp, vớinhiều dây truyền phát dữ liệu theo cả hai hướng, nhiều dây cho việc điềukhiển tín hiệu.Một trong các chi tiết kỹ thuật của bus được sử dụng liên tục và lâu đời nhấtlà mạch tích hợp chéo hoặc I2C. Đó là một chi tiết kỹ thuật khá đơn giản, chỉvới hai dây hai chiều, một cho dữ liệu và một cho tín hiệu clock.Một đặc tả của bus I2C. Vcd là điện áp, SDA là cho dữ liệu và SCL là chotín hiệu clockMạch tích hợp chéoĐược phát triển vào đầu những năm 1980 bởi Philips Semiconductor, I2Cđược phát triển với tư cách là chuẩn tốc độ thấp cho việc truyền thông nốitiếp trên bo mạch. Ban đầu được phát triển để sử dụng trong máy thu hình,nó chỉ mất vài năm để được chấp nhận rộng rãi. I2C ngày nay vẫn được sửdụng trong nhiều ứng dụng như trong các màn hình máy tính.Trước I2c, mỗi thiết bị đã sử dụng bởi một bộ vi điều khiển phải được kếtnối trực tiếp đến đến bộ vi điều khiển đó. Vấn đề phát sinh với điều đó là nósẽ làm tăng tính phức tạp của hệ thống, bạn phải tăng số lượng chân trên bộvi điều khiển để giao tiếp với các thiết bị bổ sung.Với việc bổ sung thêm bus và bo mạch, mỗi thiết bị có thể kết nối đến busvà bộ vi điều khiển chỉ cần kết nối đến bus. Những gì cần thiết là một tậpcác nguyên tắc để sử dụng bus như thế nào. Thậm chí bus ở thời buổi banđầu này dường như rất giống với một mạng!Phiên bản hiện nay của đặc tả I2C là 3.0. Phiên bản này hỗ trợ cho 4 mục tốcđộ bus:  Standard (Chuẩn) 100 kb/s  Fast (Nhanh) 400 kb/s  Fast mode plus (Nhanh hơn) 1 Mb/s  High speed mode (Tốc độ cao) 3.4 Mb/sMột khả năng thực sự thú vị của I2C được gọi là clock kéo dài. Clock kéodài có nghĩa là gì, thiết bị slave có thể giữ tín hiệu clock. Điều này rất hữudụng bởi khi thiết bị slave nhận một yêu cầu đọc, nó có thể giữ clock chođến khi nó chuẩn bị gửi thông tin đến master và sau đó phóng thích clockkhi nó đã sẵn sàng gửi.Các công ty khác cũng đầu tư rất nhiều vào đầu những năm 1980 để pháttriển chi tiết kỹ thuật bus của chính họ. IBM là một trong những công ty đó.Một trong những bus ban đầu của họ là Industry Standard Architecture hoặcISA, bus. Khi được phát triển lên IBM đã gọi nó là XT bus.Các đặc điểm kỹ thuật của IBMĐược phát triển vào năm 1981, bus 8 bit, ISA sau đó được thay đổi thànhkiến trúc bus 16 bit. Bus ISA hỗ trợ cho các tốc độ lên đến 8Mb/s. Trongsuốt những năm 80, ISA tiếp tục được phổ biến rộng rãi, nhưng nó chưathực sự hoàn hảo. Một trở ngại lớn đối với ISA là đặc điểm kỹ thuật đã thiếucác thông tin chi tiết về định thời bus và các nguyên tắc điều khiển bus.Chính vì lý do đó, nhiều công ty đã tập trung vào cải thiện phiên bản busISA của chính họ với các chi tiết kỹ thuật độc nhất. Các phiên bản độc nhấtcủa ISA này lại khó khăn trong việc tương thích và gây ra rất nhiều vấn đềhóc búa.Một trở ngại khác đối với ISA là các cấu hình chuyên sâu cần phải kết nốivới một thiết bị đến bus. Vào năm 1993, ISA Plug and Play đã được pháttriển để giải quyết vấn đề này. Kiến trúc plug and play đã cho phép hệ điềuhành của máy tính có thể thực hiện việc cấu hình thay vì người dùng. Điềunày là một bước tiến lớn trong kiến trúc máy tính và cho đến ngày nay nhiềumáy tính vẫn hỗ trợ ISA plug and play.Vào cuối những năm 80, IBM đã cố gắng thay thế thế hệ ISA bus bằng kiếntrúc kênh siêu nhỏ Micro Channel Architecture hoặc MCA, bus. Chi tiết kỹthuật này đã cho ra bus 32 bit và việc cấu hình tự động.Tuy MCA giải quyết được sự giàng buộc bus 16 bit của ISA và đã cho phéptruyền thông lên đến tốc độ 40Mb/s, nhưng vẫn có một số bất thuận tiện đốivới sự chấp thuận của công nghiệp đối với chi tiết kỹ thuật của bus này. Mộttrong những trở ngại đó là MCA là một công nghệ thuộc quyền sở hữuriêng, điều đó có nghĩa bất kỳ công ty nào muốn sử dụng MAC đều phải trảtiền cho IBM. Rõ ràng đây là điều mà công chúng không bao giờ thích.Kiến trúc chuẩn công nghiệp được mở rộngSau ...