Väylät

• Väylän leveys ja nopeus
• Väylästandardit
  • Perinteiset
  • Paikallisväylät
• Muut väylät
  • IDE (Integrated Drive Electronics)
  • SCSI (Small Computer System Interface)

Tietokoneen väylällä tarkoitetaan siirtotietä, jota myöten tieto siirtyy koneen eri osien välillä. Suoritin, keskusmuisti, näytönohjain, levyohjain sekä muut oheislaiteohjaimet on kaikki liitetty väylään. Väylän kautta suoritin hakee tietoa ja käskyjä keskusmuistista, piirtää tekstiä ja kuvia näytölle, jne.

Useimmiten suoritin itse tekee aloitteen tiedonsiirrosta väylällä ja koordinoi sitä, eli toimii väylän isäntänä. Eräät nopeat oheislaiteohjaimet voivat myös toimia väylän isäntänä (bus master). Tällöin tieto siirtyy suoraan esim. levyohjaimelta suoraan keskusmuistiin ilman suorittimen apua ja sitä kuormittamatta.. Välimuotona edellisistä on vielä DMA-siirto (Direct Memory Access), jossa tieto siirtyy suoraan keskusmuistin ja oheislaitteen - esim. levyohjaimen tai äänikortin - välillä emolevyllä olevan DMA-piirin ohjaamana.

Väylän leveys ja nopeus

Väylällä siirretään siis tietoa, näin ollen väylän nopeus ja leveys on ilmoitettava bitteinä tai tavuina.Väylän leveydellä tarkoitetaan sitä tiedon määrää, joka voidaan väylää myöten kerralla, rinnakkain ja yhtenä tapahtumana siirtää paikasta toiseen. Väylän leveydet vaihtelevat 8-64 bitin välillä. Mitä leveämpi väylä, sitä enemmän dataa pystytään siirtämään yhdellä siirrolla. Väylän nopeus ilmoitetaan megahertzeinä.

Väylästandardit

Koska tietokoneen väylälle on voitava asentaa useiden eri valmistajien laajennuskortteja, on väylärakenteen oltava standardoitu. Korttien ja liittimien on sovittava yhteen toistensa kanssa ja kokonaisuuden on lisäksi toimittava moitteettomasti. Standardeja on luotu vuosien saatossa useita.

Perinteiset

Perinteisiin väyläratkaisuihin voidaan lukea kaikki ne standardit, jotka eivät ole paikallisväyliä (Local Bus). Perinteisiä väyläratkaisuja edustavat XT- ja AT-väylät, EISA sekä MCA. Näille on yhteistä se, että väylä on eristetty suorittimesta ns. puskuripiirein. Puskuroinnilla lisätään väylässä olevien laitteiden määrää (jopa 10kpl), mutta toisaalta puskurointi hidastaa nopeutta.

XT-väylä on 8-bitin levyinen ja se on ensimmäinen PC-koneiden väylä. Aika on ajanut ratkaisun ohitse. XT-väylälle tehtyjä kortteja voi käyttää sekä AT- että EISA-väylissä.

AT-väylää (Advanced Tecnology) käytetään pääasiassa 286-koneissa. Väylää kutsutaan myös ISA-väyläksi (Industrial Standard Architecture). AT on 16-bittinen hieman vanhentunut väylästandardi. Myös tavallisissa 386-koneissa käytetään AT-väylää, mutta näissä koneissa on prosessorin ja keskusmuistin välillä 32-bittinen väylä (yksi paikallisväylä). AT-väylään on tarjolla runsaasti lisäkortteja. AT-väylä on täysin käyttökelpoinen hitaiden oheislaitteiden kanssa. Hitaissa oheislaitteissa on jokin nopeutta rajoittava tekijä: modeemissa puhelinlinjan hitaus ja datanauhureissa tallennustekniikan hitaus. Väylän maksiminopeus on käytännössä noin viisi megatavua sekunnissa.

Paikallisväylät

Paikallisväylän perimmäinen idea on kytkeä väylä prosessoriin ilman puskuripiirejä. Paikallisväylät syntyivät 386-mikrojen tulon myötä. Tällöin AT-väylä ei enää kerinnyt siirtämään tietoa tarpeeksi nopeasti (AT-väylä oli 16- ja 386-prosessori 32-bittinen). Mikro toteutettiinkin siten, että emolevyllä oli oma 32-bittinen väylä (=1. paikallisväylä) emolevyllä olevien laitteiden väliseen kommunikointiin. Oheislaitteille oli oma AT-väylänsä, joka oli kiinni paikallisväylässä puskuripiirien välityksellä.

Nämä ilman liittimiä toimivat paikallisväylät ovat tärkeimpiä paikallisväyliä ja väyliä kutsutaan emolevylle integroiduiksi paikallisväyliksi. Tässä tapauksessa ei yhteensopivuustekijöitä muiden valmistajien väyläkorttien kanssa tarvitse ottaa huomioon, ja emolevylle integroitu paikallisväylä onkin nopein mahdollinen vaihtoehto. Sen varjopuolena on sitoutuminen emolevylle suunnitteluvaiheessa sijoitettuihin ohjainratkaisuihin.

Oheislaitteiden tehontarpeen kasvaessa on pitänyt kehitellä paikallisväyliä, joihin voidaan liittää ohjainkortteja. Tällä hetkellä markkinoilla on kaksi standardia: PCI ja AGP.

VESA-väylä, toiselta nimeltään VLB (VESA Local Bus), on 32-bittinen väylä, joka on suunniteltu 486-koneille. VLB on PCI:tä huokeampi vaihtoehto ja siihen voi liittää AT- ja EISA-kortteja. VLB on kuitenkin jo poistunut markkinoilta PCI-väylän tieltä.

PCI-väylä (Peripheral Component Interconnect) on 32-bittinen väylä, joka on suunniteltu Pentium-koneiden tarpeita varten. PCI-väylä kytkeytyy prosessoriin väylänhallintapiirin avulla. Tämä piiri antaa väylän toimia itsenäisesti ja keskustella periaatteessa minkä hyvänsä prosessorin kanssa, joten tätä väyläratkaisua voidaan käyttää muuallakin kuin PC-koneissa. Väylän hetkellinen nopeus voi kasvaa noin 132 megatavuun sekunnissa ja väylän kellotaajuus on yleensä 33 MHz. PCI on teknisesti väylä, jossa on omat puskuripiirit. Siksi siihen voidaan asentaa 8..10 oheislaitetta mikä on enemmän kuin kilpailevassa, teknisesti yksinkertaisessa VLB-ratkaisussa. Väylästä on myös 64-bittinen versio.

AGP (Advanced Graphics Port) on uusin markkinoille tullut väylä, joka on tarkoitettu erityisesti näytönohjainten liittämiseksi emolevyyn. AGP perustuu PCI-väylän määritelmään, joka tukee 66 MHz nopeutta. Tällä hetkellä periaatteellinen maksimi PCI-väylälle on 33 MHz, jos unohdetaan ylikellottaminen. Nopeamman väylän lisäksi AGP ottaa käyttöön muutaman erikoislisäyksen PCI-specifikaatioon, joka edelleen nopeuttaa AGP-korttien pääsyä varsinaiseen muistiin käsiksi.

Tähän asti erikoisimmat kiihdytetyt 3D-näytönohjaimet ovat vaatineet hyvin paljon omaa muistia johon ne tallettavat tarvitsemansa tekstuurit ja vielä tämän lisäksi on varsinaista ruudulle tulevaa kuvaa varten oma muisti. AGP mahdollistaa tekstuurien tallettamisen emolevyn muistiin, josta myös prosessori pääsee niihin nopeammin käsiksi tarvittaessa. AGP-kortit voivat periaatteessa toimia jopa neljä kertaa nopeammin kuin perinteiset PCI-väylään liitettävät kortit. Tällä hetkellä lähestulkoon kaikki markkinoille tulevat näytönohjaimet ovat AGP-kortteja.

Paikallisväylän etuna on kiinteä yhteys suorittimeen ja tästä seuraava nopeus. Perinteisissä väyläliitännöissä väylän nopeus oli pullonkaulana nopeille oheislaitteille, koska väylän nopeuden oli oltava sama kuin väylään liitettävän hitaimman oheislaitteen nopeus. Laitteita, jotka hyötyvät eniten paikallisväylästä ovat näytönohjain ja kiintolevy.

Muut väylät

IDE (Integrated Drive Electronics)

IDE on yleisin mikrotietokoneissa käytetty kiintolevyjen ja CD-rom-asemien liitäntäväylä. IDE tunnetaan myös nimellä ATA tai AT Attachment. Uusissa emolevyissä IDE-ohjain on valmiiksi integroituna ja niitä on yleensä kaksi kappaletta. Yhteen IDE-ohjaimeen voidaan liittää kaksi IDE-laitetta . Toinen liitettävistä laitteista on isäntä (Master) ja toinen orja (Slave) -levy.

IDE-liitännästä on useita erilaisia versioita, jotka ovat onneksi aina taaksepäin yhteensopivia. Ultra DMA-66 / DMA-33 / Ultra ATA / ATA-33 ovat nimityksiä joita saattaa esiintyä IDE-laitteiden yhteydessä. Nämä kaikki tarkoittavat vain jotain uudempaa ja entistä nopeampaa versiota IDE-liitännästä, jota kyseinen laite osaa mahdollisesti käyttää. Sama laite toimii kuitenkin aivan täysin vanhemmankin mallisessa IDE-liitännässä.

Eri IDE-versioiden nopeuksia:

SCSI (Small Computer System Interface)

SCSI mahdollistaa mm. irrotettavien kovalevyjen käytön mikroissa. SCSI-väylää voidaan käyttää lähes minkä tahansa laitteen liittämiseen tietokoneeseen. Eniten SCSI-väylää hyödynnetään kuitenkin tulostimien, skannerien ja kiintolevyjen liittämiseen. SCSI on suosittu erityisesti suurta tehoa ja varmuutta vaativissa palvelinkoneissa. Väylästä on useita eri standardeja: SCSI, SCSI-2 ja Fast SCSI-2 jne.. SCSI-väylään voi liittää periaatteessa kahdeksan (8) lisälaitetta, mutta käytännössä seitsemän, koska itse SCSI-ohjain vie paikan yhdeltä laitteelta. Yleensä SCSI-ohjainta ei löydy valmiiksi integroituna emolevyltä vaan sitä varten on ostettava erillinen ohjainkortti.

Eri SCSI-versioiden nopeuksia:

A friend of mine asked me to take a look at her computer. She said the computer was unusually "quiet" and would reboot itself on occasion. I surmised correctly that the fan on her power supply was faulty. She was a chain smoker and apparently smoked a lot while working on the computer; not only was the power supply fan gummed up with revolting tar and nicotine, but the CPU's cooling fan was clogged beyond use, and the cdrom drive drawer would not open. This is the only computer I have ever worked on that died from smoking.