Компьютерные шины: сущность, виды, назначение (стр. 2 из 4)
Рисунок 1. Топология шины HyperTransport.
HyperTransport v3 применяется в таких процессорах как: новое поколение AMDK8 и все K10, Turion 64 X2/Phenom/PhenomII.
Табл.2 Версии HyperTransport.
| Версия | Год | максимальная частота | максимальная ширина | пиковая пропускная способность (в оба направления) |
| 1.0 | 2001 | 800 МГц | 32 бит | 12,8 Гбайт/c |
| 1.1 | 2002 | 800 МГц | 32 бит | 12,8 Гбайт/c |
| 2.0 | 2004 | 1,4 ГГц | 32 бит | 22,4 Гбайт/c |
| 3.0 | 2006 | 2,6 ГГц | 32 бит | 41,6 Гбайт/c |
| 3.1 | 2008 | 3,2 ГГц | 32 бит | 51,6 Гбайт/c |
Infiniband — высокоскоростная коммутируемая последовательная шина, применяющаяся как для внутренних (внутрисистемных), так и для межсистемных соединений.
Порты InfiniBand (коммутатор VoltaireISR-6000)
Подобно PCIExpress, Infiniband использует двунаправленную последовательную шину. Базовая скорость — 2,5 Гбит/с в каждом направлении, применяются порты, состоящие из групп в 1x, 4x и 12x базовых двунаправленных шин (англ. lanes). Существуют режимы SingleDataRate (SDR) - работа с базовой скоростью, DoubleDataRate (DDR) - битовая скорость равна удвоенной базовой и QuadDataRate (QDR) - соответственно, утчетверенной. В настоящий момент применяются, чаще всего порты 4xDDR. Основное назначение Infiniband — межсерверные соединения, в том числе и для организации RDMA (RemoteDirectMemoryAccess).
Пропускная способность приведена в таблице 3.
Табл.3 Пропускная способность интерфейса Infiniband, raw / data
| SDR | DDR | QDR | |
| 1X | 2,5 / 2 Гбит/с | 5 / 4 Гбит/с | 10 / 8 Гбит/с |
| 4X | 10 / 8 Гбит/с | 20 / 16 Гбит/с | 40 / 32 Гбит/с |
| 12X | 30 / 24 Гбит/с | 60 / 48 Гбит/с | 120 / 96 Гбит/с |
Infiniband используется следующими протоколами и API:
RDMA (англ. RemoteDirectMemoryAccess) — группа протоколов удалённого прямого доступа к памяти, при котором передача данных из памяти одного компьютера в память другого компьютера происходит без участия операционной системы, при этом исключается участие CPU в обработке кода переноса и необходимость пересылки данных из памяти приложения в буферную область ОС, то есть данные пересылаются напрямую на соответствующий сетевой контроллер.
uDAPL (англ. UserDirectAccessProgrammingLibrary) — библиотека API для абстрактного транспорта прямого доступа (англ. DirectAccessTransport, DAT). uDAPL (и другие API — в частности kDAPL — kernelDAPL) разрабатывается и поддерживается организацией DATCollaborative.
IPoIB (IPoverInfiniband) — группа протоколов, описывающих передачу IP-пакетов поверх Infiniband:
RFC 4390 Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) over InfiniBand
RFC 4391 Transmission of IP over InfiniBand (IPoIB)
RFC 4392 IP over InfiniBand (IPoIB) Architecture
SRP (англ. SCSIRDMAProtocol) — протокол обмена данными между SCSI-устройствами с использованием RDMA.
DDP (англ. Direct Data Placement): RFC 4296 The Architecture of Direct Data Placement (DDP) and Remote Direct Memory Access (RDMA) on Internet Protocols
SDP (англ. SocketDirectProtocol) — протокол установления виртуальных соединений и обмена данными между сокетами поверх Infiniband, передача данных не использует TCP стек ОС, однако использует IP-адреса и может использовать IPoIB для их разрешения.
Тесты производителей показывают пропускную способность на уровне MPI около 800 МБ/сек и время задержки 1—7 мкс.
Топология: коммутируемая с использованием FatTree для больших конфигураций, существующие коммутаторы поддерживают большое количество портов.
Программное обеспечение: драйверы от производителей аппаратных средств, различные библиотеки MPI как коммерческие так и открытые.
Корпорацией OracleCorporation был разработан специальный протокол RDS, ориентированный на работу с этой шиной.
Шина InfiniBand имеет архитектуру приведенную на рисунке 2.
Рисунок 2. Архитектура InfiniBand
2.1 USB
USB (англ. UniversalSerialBus — «универсальная последовательная шина») — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике.
Кабель USB состоит из 4 медных проводников — 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре, и заземленной оплётки/экрана.
Шина строго ориентирована, имеет понятие «главное устройство» (хост, он же USB контроллер, обычно встроен в микросхему южного моста на материнской плате) и «периферийные устройства». Шина имеет древовидную топологию, поскольку периферийным устройством может быть разветвитель (hub), в свою очередь имеющий несколько нисходящих разъемов «от хоста». Соединение 2 компьютеров — или 2 периферийных устройств — пассивным USB кабелем невозможно. Существуют активные USB кабели для соединения 2 компьютеров, но они включают в себя сложную электронику, эмулирующую Ethernet адаптер, и требуют установки драйверов с обеих сторон.
Устройства могут быть запитаны от шины, но могут и требовать внешний источник питания. Поддерживается и дежурный режим для устройств и разветвителей по команде с шины со снятием основного питания при сохранении дежурного питания и включением по команде с шины.
USB поддерживает «горячее» подключение и отключение устройств. Это достигнуто увеличенной длиной заземляющего контакта разъёма по отношению к сигнальным. При подключении разъёма USB первыми замыкаются заземляющие контакты, потенциалы корпусов двух устройств становятся равны и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к перенапряжениям, даже если устройства питаются от разных фаз силовой трёхфазной сети.
2.1.1 USB 2.0
Спецификация выпущена в апреле 2000 года. USB 2.0 отличается от USB 1.1 введением режима Hi-speed.
Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:
· Low-speed, 10—1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: клавиатуры, мыши, джойстика)
· Full-speed, 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)
· Hi-speed, 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)
2.1.2 USB 3.0
Новый стандарт на порядок превосходит предел в 480 Мбит/с для USB 2.0, устанавливая планку теоретической максимальной скорости передачи данных на отметке в 4.8 Гбит/с. Естественно, стоит отдавать себе отчет в том, что реальная производительность будет несколько ниже заявленной. К тому же контроллеры USB 3.0 пока еще несовершенны, и вряд ли при коммерческом старте потенциал технологии будет реализован полностью. Тем не менее, существующие уже сегодня образцы достигают отменных скоростных характеристик. Например, 27 Гб HD фильм копируется на скорости 3.2 Гбит/с чуть более чем за минуту, тогда как с USB 2.0 при прочих равных условиях необходимо 15 минут.
В отличие от предыдущих реализаций интерфейса, в которых поддерживалась лишь одна операция единовременно, USB 3.0 может производить чтение и запись данных в двух направлениях независимо. Это было достигнуто добавлением по паре выделенных SuperSpeed линий как для передачи, так и для приема данных. Таким образом, общее число каналов возросло с четырех у USB 2.0 до девяти, если считать отдельную землю USB 3.0.
Кроме того, был усовершенствован и протокол работы Universal Serial Bus. Хотя понятия "хост" и "клиент" остались, отныне общение между контроллерами происходит на более интеллектуальном уровне. Если раньше хост в ожидании начала передачи данных мог постоянно посылать нескончаемые запросы клиенту, теперь происходит ожидание специального сигнала на начало процесса от самого подключенного устройства.
Новая сигнальная схема, упомянутая выше, предполагает так же и то, что при отсутствии активности клиентских устройств, контроллер больше не будет, посылая запросы на поиск необходимого для передачи трафика, расходовать лишнюю энергию. Также было снижено минимально возможное для работы напряжение с 4.4 В до 4.0 В. С другой стороны, с 500 мА до 900 мА был поднят порог максимально допустимого тока, пропускаемого шиной, что должно расширить круг поддерживаемой периферии и дать возможность определенным классам устройств отказаться от внешнего питания. В качестве бонуса можно ожидать и более быструю зарядку мобильных устройств, аккумуляторы которых получают энергию по USB.
Имеющиеся сегодня устройства, предназначенные для стандарта USB 2.0, будут без проблем функционировать с контроллерами для 3.0 и наоборот. Конечно, для достижения высоких скоростей передачи данных потребуется использование не только соответствующего контроллера, но и подходящего устройства вместе с удовлетворяющим спецификациям кабелем. Подключение же 2.0 устройства в порт 3.0, или 3.0 устройства в 2.0 порт, обеспечит стандартную для USB второго поколения производительность.
С самого начала разработки ставилась цель сохранения обратной совместимости интерфейса со своим предшественником, и потому сам разъем физически не претерпел серьезных изменений — форма и контакты, необходимые для USB 2.0, сохранены на старых местах. Новые, поддерживающие коннект на SuperSpeed скорости линии выведены так, чтобы соприкасаться с контактными площадками только при подключении по USB 3.0
Для того чтобы разнести контакты разных версий USB на безопасное расстояние, потребовалось несколько удлинить коннекторы и разъемы. Также из-за увеличившегося числа проводов толщина USB 3.0 кабеля будет сравнима с Ethernet шнуром.
USB 3.0 работает существенно быстрее 2.0. Конечно, обещанного десятикратного прироста обнаружить не удалось, но тут сама шина не виновата: нет пока устройств на практике способных покуситься на 100% пиковой пропускной способности в 5 Гбит/с. И не факт, что их появление в ближайшее время станет возможным. Однако наличие столь заметного запаса на будущее само по себе очень полезно и приятно — из него прямо проистекает то, что в ближайшие годы шина не устареет. Это тем более важно потому, что... в ближайшие годы ее массовое использование и не начнется.