NGIO - нове покоління систем введення-виведення. Нове покоління процесорів для

PC.

Рилов В.Ю.

Система вводу-виводу NGIO.

NGIO (The Next Generation Input) - Output це принципово новийпідхід в організації периферії персональних комп'ютерів запропонований іанонсований фірмою Intel.

Для початку розглянемо недоліки існуючої на сьогоднішній моменторганізації периферії комп'ютерів. Найбільш прогресивною технологією, зреалізованих на сьогоднішній момент і широко використовується для основнихпериферійних пристроїв є шина PCI. Шина ISA вже в минулому, інавіть специфікація PC-98 вимагає від персональних комп'ютерів відсутностішини ISA як самого повільного елементу сучасних PC. Не дивлячись на багатохороші якості шини PCI, вона вже підійшла до межі своїх фізичних ітехнологічних перспектив.

Основними обмеженнями і недоліками PCI є наступні властивості:

1. Max пропускна спроможність близько 133 Мб/сек. При частоті шини 33 Мгц.

(Варіант на 66 Мгц широкого поширення не отримав).

2. Всі пристрої мають прямий доступ до перших 64Мб оперативної пам'яті, і тому існує небезпека порушення цілісності системи при використанні некоректно написаних драйверів.

3. Шина має слотові організацію і, внаслідок цього, накладається обмеження на кількість підключених пристроїв. Вихід з ладу одного пристрою, як правило, блокує роботу комп'ютера. Немає можливості підключення пристроїв нальоту без відключення живлення.

4. В кожний момент часу тільки один пристрій має доступ до шини.

NGIO надає цілком відмінний підхід до організації шинипериферійних пристроїв. В основі цього підходу лежить не слотавая, аЛинкова організація інтерфейсу між пристроями вводу-виводу і адаптеромканалів (Channel Adapter).

У кожного підключається пристрою є TCA (Target Channel Adapter)який забезпечує фізичний інтерфейс між лінком і пристроєм.
Підключаються пристрої комутуються за допомогою комутаторів (Switch) задаптером HCA (Host Channel Adapter) на комп'ютері. У HCA рефлізованвисокошвидкісний DMA контролер який забезпечує доставку данихзібраних в пакети від периферійних пристроїв в пам'ять і навпаки. При цьомузабезпечується захист пам'яті, і гарантується захищеність. Тут можнапровести аналогію з сучасними мережевими проьоколамі. Тобто всі данізібрані в пакети розміром до 4Gb в яких зберігається інформація про приймачі,одержувача, команду, пріоритет, контрольна сума і т.п. При цьому відпадаєнеобхідність участі CPU в операціях вводу-виводу, і немає небезпеки захопленняшини одним пристроєм.

Таким чином тепер відпадає неоюходімость в розділенні пристроямишини тому всі вони мають DMA доступ до пам'яті комп'ютера через TCA і HCA. Нарівні додатків і драйверів з'являється можливість створення віртуальнихканалів, які на апаратному рівні будуть комутувати через один абокілька лінків.

За допомогою технології NGIO можна комутувати пристрої різних рівнівскладності і типів, що володіють різною швидкістю роботи і пропускноюздатністю. Такими пристроями можуть бути: всілякі мережеві адаптери
(від Ethernet до оптоволокна), SCSI і RAID контролери, LAN/WAN шлюзи іінші.

Складна організація комутаторів (Switches) дозволяє создовать доситьрозвинену, багатошарову топологію комутації кола пристроїв, зможливістю підключення декількох комп'ютерів. При цьому з'являєтьсяможливість поділу системи живлення пристроїв і комп'ютерів і з'являєтьсяможливість підключення та відключення пристроїв нальоту. Також полегшуєтьсязавдання пошуку та локалізації несправностей. Фізична організація лінківстає незалежною від периферійних пристроїв і драйверів, і, тому,залишаються великі резерви в збільшенні пропускної здатності переферичноїсистеми.

Нове покоління процесорів для PC.

Бурхливий розвиток високоточних технологій у мікроелектроніці в останніроки було ознаменовано жорсткою конкурентною боротьбою провідних виробниківмікропроцесорної техніки для персональних комп'ютерів в особі фірм Intel,
AMD, Cyrix. Прародителем сучасних мікропроцесорів є процесор
Pentium-Pro створений фірмою Intel. У цьому мікропроцесорі впершереалізований високошвидкісного кеш другого рівня, позачергове виконаннякоманд, RISC ядро. Але виробництво високошвидкісного кешу інтегрованого впроцесор і працює на частоті 150-200 Мгц було дуже дорогим іпов'язане з великим відсотком вибракування, тому процесор P-Pro навітьзараз залишається дуже дорогим з вартістю ~ $ 450. В якості альтернативита розвитку P-Pro фірма Intel випустила процесор Pentium II з розширенимнабором команд (MMX) і кеш пам'яттю 2-го рівня розміром 512 Кб виконаноїна одній платі з ядром процесора і укладеним в картридж SECC. Кеш пам'ятьнового процесора працювала на частоті Ѕ частоти ядра для процесорів PII cядром Klamath (233 - 300МГц) і на 1/3 частоти ядра для процесорів PII зядром Deshutes (333 - 450 МГц). Себістоімость виробництва виявився нижчимніж у процесорів P-Pro, що дозволило фірмі Intel захопити ринок. Уяк заміну P-Pro для високопродуктивних серверних станцій бувстворений процесор Intel PII Xeon c кеш пам'яттю другого рівня 512Кб начастоті ядра виконаний у картриджі SECC2 з частотами від 300МГц.

Основним конкурентом фірми Intel в комп'ютерах середнього класу сталифірми Cyrix та AMD. Процесор Cyrix M2 з технологією MMX єпроцесором 6-го покоління (Наявність позачергового виконання,перейменування регістрів, одночасного використання даних, 64Кбасоціативного кеша 1-го рівня). Процесор AMD K6-2 з технологією MMX і
3Dnow! став більш успішним конкурентом і витіснив процесори Cyrix. (K6також притаманні всі риси процесорів 6-го покоління, крім цього в ньому всеінструкції x86 розбиваються на більш дрібні RISC команди і виконуються в 7операційних блоках). Основним недоліком процесорів М2 і К6 єнеконвейерізірованний математичний співпроцесор, що і поставило їх уневигідне становище перед процесорами фірми Intel. Крім цього фірма AMDвипустила процесор K6-3 в якому інтегрований високошвидкісного кешдругого рівня розміром 256 Кб що працює на частоті від 400МГц. Дляповернення позицій на ринку комп'ютерів середнього та нижнього класів фірма
Intel випустила дешовим варіант процесора PII, процесор Intel Celeron,відрізняється відсутністю кеша 2-го рівня, але зате гарною
"Разгоняемостью".

Відповіддю фірми Intel на створення процесора K6-2 з технологією 3Dnow!стало створення і випуск процесора Pentium III (ядро Katmai, виконаний затехнології PII + доданий новий набір команд KNI-Katmai New Instructionset, частота від 450 Мгц).

Що ж нас чекає в майбутньому на ринку мікропроцесорів? Перш за всехочеться відзначити новітню розробку фірми процесор AMD K7. При йогостворення активно використовувався досвід створення процесора Alpha від фірми
Digital. Цей процесор буде мати 128 Кб кеш 1-го рівня на частоті ядра
(600 МГц), до 8Мб кеша L2 на частоті шини (200 Мгц), шина E6-V відпроцесора Alpha, конвейерізованний математичний співпроцесор з 3-маопераційними блоками, Slot A, що дозволяє говорити про його очевиднеперевазі над процесорами Intel. Нижче представлена зведена таблицяхарактеристик сучасних процесорів.

Intel передбачається випуск в майбутньому наступних процессорои:

Tanner: розвиток серії Xeon, спочатку з'явиться 500 МГц версія, кеш L2працювати на частоті ядра і мати ємність 512, 1024 або 2048 Кб, системнашина - 100 Мгц, технологічний процес - 0.25мкм.

Cascades: Cascades буде призначений для використання в серверах іробочих станціях. Перші версії будуть мати частоту не менше 600 МГц. Упреспектіве Cascades навряд чи замінить Tanner, ймовірно, він стане йогодешевої версією, тому що буде оснащений тільки 256 Кб кешем L2, але затевбудованим в корпус процесора і що працює на повній частоті ядра.
Технологічний процес - 0.18 мкм; системна шина - 133 МГц.

Coppermine: Це ядро прийде на зміну Katmai. Головна відмінність --використання технологічного процесу 0.18 мкм, що дасть можливістьвипускати процесори з більш високими внутрішніми частотами. Судячи з усього,на превеликий жаль, Coppermine матиме L2 кеш ємністю 512 Кб іпрацює так само, на половинній частоті ядра процесора.