Väylät ja muistit - Luento 4

• Sisä- ja emolevyliitännäiset väylät
  • Väylien perusteet
  • Väylätyyppejä
  • Ulkoliitäntäisiä väyliä
• Muistit

Valitettavasti luentojen äänittäminen epäonnistui!

Sisä- ja emolevyliitännäiset väylät

Eräs väylien luokittelutapa on jakaa väylät sisä- ja ulko- liitäntäisiin väyliin. Sisäliitäntäisiin väyliin menevät laitteet, jotka pysyvät tietokoneen kotelon sisällä. Ulkoliitännäiset väylät ovat tyypillisesti sellaisia, että väylään kytkeytyvä laite pysyy koneen ulkopuolella. Jaoittelu ei kuitenkaan ole välttämättä aivan selvä, sillä joihinkin väyliin kiinnittyy sisäisiä että ulkoisia laitteita.

Väylien perusteet

Väylä on standardoitu tapa välittää tietyntyyppisiä signaaleja, siis tietoa. Tähän tarvitaan sopivat "piuhoitukset" (kytkennät), liitäntätavat ja protokolla(säännöt kuinka kommunikointi tapahtuu). Seuraavat yleiset käsitteet liittyvät väyliin:

• Signaalit
  • Ohjaus = ajastaa väylän toiminnan
  • Osoite = tietoa siitä mihin tieto välitetään
  • Data = varsinainen tietot, bitit
• Väylän nopeuteen vaikuttaa väylän kapasiteetti (bandwidth, kaistanleveys) = datansiirtokyky, ilmaistaan megatavua/s-yksiköllä, riippuu seuraavista:
  • Väylän leveys (kuinka monta bittiä kulkee rinnakkain)
  • Väylän kellotaajuus (MHz)
• Bus mastering
  • Väylällä toimiva laite hoitaa keskustelun muiden samassa väylässä olevien laitteiden kanssa ilman prosessorin apua
• DMA (Direct Memory Access)
  • Väylällä toimiva laite pääsee lukemaan/kirjoittamaan muistiin ilman prosessoria

Väylätyyppejä

• ISA (Industry Standard Architecture) (Kuva)
  • Vanhentunut
  • Menneisyydessä runsaasti käytetty
  • 8- tai 16-bittinen, 8-12MHz
• AMR (Audio Modem Riser) (Kuva)
  • Tietyille modeemeille ja äänikorteille tarkoitettu liitäntä
• PCI (Peripheral Component Interconnect)(Kuva)(Kuva 2, PCI/AMR)
  • Suosituin lisälaiteväylä
  • 32-bittinen, 33MHz
  • Synkroninen tai asynkroninen
  • Bus mastering ja DMA
  • Maksiminopeus 132MB/s
• AGP (Accelerated Graphics Port)(Kuva)(Kuva 2)
  • PCI:stä laajennettu versio näytönohjaimia varten
  • Mahdollistaa näytönohjaimelle normaalin keskusmuistin käyttämisen
  • 32-bittinen
  • AGP-väylien nopeuksia:
    

    	Kellotaajuus	Siirtokapasiteetti
    AGP 1X	66 MHz	266 Mb/s
    AGP 2X	133 MHz	533 Mb/s
    AGP 4X	266 MHz	1066 Mb/s
    AGP 8X	533 MHz	2133 Mb/s

• SCSI (Small Computer System Interface)(Kuva)
  • Yleinen lisälaiteväylä mm. kovalevyille, skannereille, printtereille jne.
  • Sisäisiä ja ulkoisia laitteita
  • Maksimissaan kahdeksan laitetta
  • Eri SCSI-versioiden nopeuksia
    

    Versio	Nopeus MB/s
    SCSI	5
    SCSI2	5
    Fast SCSI	10
    Wide SCSI	10
    Fast Wide SCSI	20
    Ultra SCSI	20
    SCSI3 (Ultra Wide SCSI)	40
    Ultra2 SCSI	40
    Ultra2 Wide SCSI	80
    Ultra3 SCSI	160
    Ultra160 SCSI	160
    Ultra160+ SCSI	160
    Ultra320 SCSI	320

• IDE (Integrated Drive Electronics / ATA eli Advanced Technology Attachment) (Kuva)
  • Kiintolevyjen ja CD-ROM/R/RW-asemien liittämiseen tarkoitettu väylä
  • Kaksi laitetta per liitäntä
  • RAID
  • Eri IDE-väylän versioiden nopeuksia
    

    Versio	Nopeus MB/s
    IDE	8.3
    FastATA	13.3
    FastATA-2	16.6
    Ultra ATA/33	33
    Ultra ATA/66	66
    Ultra ATA/100	100
    Ultra ATA/133	133

Ulkoliitäntäisiä väyliä

• USB
• Firewire
• Lisää luennolla 7

Muistit

• ROM (Read-Only Memory)
  • Voidaan vain lukea
  • Pysyvä
  • Programmable ROM (PROM) eli kertaalleen kirjoitettava
  • Erasable Programmable ROM (EPROM) eli useaan kertaan kirjoitettava sopivalla lisälaitteella
  • Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM) eli ohjelmallisesti uudelleenkirjoitettava
    • Flash BIOS eli Koneen käynnistysohjelman sisältävä EEPROM-piiri
• RAM (Random Access Memory)
  • Voidaan sekä lukea että kirjoittaa
  • Kadottaa sisältönsä virrankatkaisun yhteydessä
  • Static RAM (SRAM)
    • Nopea
    • Ei tarvitse jatkuvaa päivitystä
    • Kallis
    • Tilaavievä
    • Käytetään välimuisteissa (cache)
  • Dynamic RAM (DRAM)
    • Vaatii jatkuvan päivityksen
    • Halpa
    • Vie vain vähän tilaa
    • Asynkroninen tai synkroninen DRAM (SDRAM)
• Nopeus
  • Muistin nopeusasetukset (BIOS)
  • Asynkroninen vs synkroninen
  • DRAMin nopeus (ns)
    • DRAM 50 - 70 ns (60MHz väylä vaatii vähintään n. 60ns)
    • SDRAM 7 - 12 ns, erilainen mittaustapa kuin DRAM:lla.
    • Välimuisti (cache) 5-12 ns (2-1-1-1)
      • 90 - 95% muistihauista löytyy välimuistista
    • burst mode access
    • wait states (odotusjaksot) 5-2-2-2
      • Tavallinen DRAM: 5-2-2-2, SDRAM 5-1-1-1
• Toimintavarmuus
  • Pariteettitarkistus
    • Muistipiirissä yksi ylimääräinen bitti, jonka avulla lasketaan tarkistussumma, jolla taasen voidaan huomata virheitä.
  • ECC
• DRAM-muistityyppejä
  • Conventional DRAM
    • vanhanaikainen
    • pyydetään tietty rivi ja sarake
  • Fast Page Mode (FPM) DRAM
    • samaa riviä ei tarvitse pyytää erikseen joka kerralla
    • hitain nykyisistä muistitekniikoista
    • 5-3-3-3-3
  • Extended Data Out (EDO) DRAM
    • uusi haku voi alkaa ennen edellisen loppumista -> hieman fpm:ää nopeampi
    • 5-2-2-2-2
    • Korvannut FPM:n lähes kokonaan
    • Ei tarpeeksi nopeaa >75MHz väylille
  • Synchronous DRAM (SDRAM, kuva)
    • synkroninen
    • 5-1-1-1
    • 7 - 12 ns (66 - 133 MHz)
    • Double Data Rate SDRAM (DDR SDRAM)
      • Kaksi kertaa nopeampi kuin perinteinen SDRAM
      • Nopeus 266 - 400 MHz
      • Kellotaajuus varsinaisesti puolet pienempi, data kulkee yhdessä kellojaksossa kahteen suuntaan
  • Rambus DRAM (RDRAM)
    • Toimii enemmän tavallisen väylän kuin perinteisen muistipiirin tyyliin
    • Pohjautuu huippunopeaan 16-bittiseen väylään, joka toimii jopa 1.6 - 4.2 GHz:n taajuudella
    • Toimitetaan RIMM-moduuleina
    • Kallista tuottaa. Royaltimaksut Rambus Inc:lle.
  • Video RAM (VRAM)
    • Voidaan lukea ja kirjoittaa yhtäaikaa
    • SGRAM
    • WRAM
    • MDRAM
• Maksimimuisti
  • Käytettävän muistin määrää rajoittaa monta tekijää:
    • Prosessorin osoiteväylän maksimi (esim. 4 GB)
    • Emolevyn piirisarjan ymmärtämä maksimääri (esim. 512 MB)
    • Emolevylle mahtuvien muistikampojen määrä
  • Käyttöjärjestelmän ymmärtämä muistin määrä
  • välimuistin ymmärtämä muistimäärä?
    • Vanhempien emolevyjen välimuisti ei ymmärrä kuin maksimissaan 64 MB
  • Virtuaalimuisti
• Muistimoduulit
  • Single Inline Memory Module (SIMM)
    • 30- tai 72-piikkisiä
    • 30-piikkiset 8-bittisiä (9)
    • 72-piikkiset 32-bittisiä (36)
    • yksi- tai kaksipuoleisia
  • Dual Inline Memory Module (DIMM)
    • 168-piikkisiä
    • 64-bittiä
    • Kannettavissa tietokoneissa käytetään pienempiä SO-DIMMejä
  • RIMM
  • Kapasiteetti
    • DxW-S
      • D = megabits (kilobits)
      • x = kertaa
      • W = leveys (8, 32, 64)
      • S = nopeus (ns)
      • kellotaajuus (MHz)
      • kellotaajuus = = 1 / nopeus (jos muisti synkroninen)
        (muista 1 MB = 1073741824 tavua, ns = 10^(-9) s, tavu on 8 bittiä)
      • esim. 64x32-7 ... 64 * 32 / 8 = 256 eli 256 MB, nopeus 7 ns eli 133 MHz