MODULO 09

Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Macerata, 28 ottobre 2015
I bus
INSEGNAMENTO DI INFORMATICA – A.A. 2015-16
Francesco Ciclosi
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Il bus
 È un insieme di collegamenti in rame posti sulla
mainboard e pensato per interconnettere tutti i
dispositivi tra di loro
 Nei moderni sistemi la memoria centrale è
indirizzata a parte
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Alcuni esempi di bus
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Il bus di sistema (1/2)
 È costituito da un gruppo di collegamenti che
uniscono la CPU agli altri dispositivi del
computer
 L’ampiezza del bus è data dal numero di linee
dei dati
• Più linee disponibili → più bit inviabili
contemporaneamente
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Il bus di sistema (2/2)
 Il bus di sistema è composto da:
• linee di indirizzi  trasmettono l’indirizzo dei dati
in memoria
• linee dati  trasmettono i singoli bit che
costituiscono i dati
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I bus locali
 Nascono per togliere le periferiche dal bus di
sistema e collegarle a una linea di trasmissione
dati più ampia che sia condivisa con CPU e
memoria di sistema
 Si possono aumentare le prestazioni del bus:
• Incrementandone la velocità
• Ampliandone la linea di trasmissione dei dati
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Le tipologie di bus locali

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
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ISA (Industry Standard Architecture)
EISA (Extended Industry Standard Architecture)
VESA Local Bus
PCI (Peripheral Component Interconnect)
AGP (Accelerated Graphics Port)
PCI-X
PCI Express(PCIe)
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Le linee di collegamento dei bus
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Le tipologie di bus locali: ISA (1/2)
 ISA (Industry Standard Architecture)
• È un bus parallelo per computer destinato al
collegamento di generiche schede d’espansione
6 slot ISA a 16 bit
Uno slot ISA a 8 bit
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Le tipologie di bus locali: ISA (2/2)
• Il suo throughput varia dai 4 ai 5 MB/s
• Sulla mainboard prevede degli appositi slot di colore
nero a 62 (bus XT) oppure a 98 contatti (bus AT)
• Inizialmente trasmetteva 8 bit a 4,77 Mhz,
successivamente fu potenziato in modo da
trasmettere 16 bit a 6-8Mhz
• Oramai è superato e non viene più utilizzato
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Le tipologie di bus locali: EISA (1/2)
 Introdotto nel 1988, è la prima evoluzione dello
standard ISA rispetto a cui offre una larghezza
di bus maggiore
 La larghezza di bus è pari a 32 bit, e permette a
più di una CPU di usarlo in contemporanea
 È stato usato principalmente come interfaccia
per schede SCSI e soppiantato dal VESA Local
Bus e dal successivo PCI
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Le tipologie di bus locali: EISA (2/2)
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Le tipologie di bus locali: VESA local bus (1)
 Sviluppato dalla Video Electronics Standards
Association
 Fu introdotto per eliminare il problema della
bassa larghezza di banda del bus ISA
 Fu usato prevalentemente nei computer basati
su processore Intel 80486
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Le tipologie di bus locali: VESA local bus (2)
 A differenza del bus ISA utilizza un accesso diretto
alla memoria di sistema che lo rende molto più veloce
 Il collegamento diretto alla memoria imponeva alcune
limitazioni:
• Numero di slot limitato
a un massimo di 3
• Possibile corruzione dei
dati se era connessa più
di una periferica
↓ 3 slot VESA Local Bus
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Le tipologie di bus locali: PCI (1/3)
 È stato sviluppato da Intel intorno agli anni ‘90
 È usato per collegare la CPU con le più svariate
periferiche interne al computer (schede
elettroniche) attraverso la scheda madre
 La sua velocità di trasmissione è rimasta a 133
MBytes/s (trasmissione dati con frequenza di
clock a 33,33 Mhz a 32 bit
• (33.33 MHz × 32 bits × 1 byte/8 bits = 133 MB/s)
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Le tipologie di bus locali: PCI (2/3)
 Utilizza la modalità sincrona di trasferimento
 La versione PCI 3.0 è lo standard definitivo
 Non è idoneo per i sistemi (server e workstation) che
richiedono un’altissima velocità per la trasmissione
dei dati
 I suoi sostituti sono:
• il PCI X, che aumenta la frequenza da 33 a 66 MHz, per
essere sfruttato sia con interfaccia a 32 che a 64 bit
• il PCI Express
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Le tipologie di bus locali: PCI (3/3)
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Le tipologie di bus locali: AGP
 L’idea alla base della tecnologia AGP (Accelerated
Graphics Port) è quella di permettere un accesso
diretto alla memoria fisica del computer da parte
della scheda grafica, in modo da poter gestire
texture e oggetti 3D molto voluminosi
 Viene sviluppata da Intel nel 1996
 Nella sua prima versione si basa sullo standard
PCI 2.1 e per questo effettua trasferimenti a 32 bit
alla frequenza base di 66 MHz
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AGP Pro (1999)
 Ideata per risolvere i problemi
di alimentazione di AGP
 È retro-compatibile e prodotta
in tre versioni:
• la 1,5V
• la 3,3V
• la Universal
 Lo slot assume dimensioni e
configurazioni diverse in modo
da impedire assemblaggi errati
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AGP: revisioni (1)
 La prima versione raddoppiava la banda passante
rispetto a un normale slot PCI perché ne
raddoppiava la frequenza
• Velocità raggiunta 266 MB/s, in modalità 1x e 533 MB/s
in modalità 2x
• La modalità 2x effettuava due trasferimenti per ciclo di
clock
 Le versioni 2.0 e 3.0 hanno introdotto la possibilità
di 4 e 8 trasferimenti per ciclo di clock
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 AGP 1.0
AGP: revisioni (2)
• AGP 1x: 266 x 1 = 266 MB/s
• AGP 2x: 266 x 2 = 533 MB/s
 AGP 2.0
• AGP 4x: 266 x 4 = 1066 MB/s
 AGP 3.0
• AGP 8x: 266 x 8 = 2133 MB/s
 La versione 3.0 è stata l’ultima evoluzione di questo bus
poi rimpiazzato dal più veloce PCI Express
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Uno slot di espansione AGP
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Le tipologie di bus locali: PCI-X (1/2)
 Nasce dalla necessità di sviluppare un successore
del bus PCI che
• sopperisse alle sue mancanze
• che permettesse la retrocompatibilità
 L’interfaccia PCI X 66 operava con una larghezza
di banda di oltre 266 MBytes/s
nell’implementazione a 32 bit e 533 MBytes/s
nell’implementazione a 64 bit
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Le tipologie di bus locali: PCI-X (2/2)
 Lo slot PCI-X è
retrocompatibile
con le schede basate
sullo standard PCI
2.x o superiore,
perciò una scheda
PCI può essere
inserita in uno slot
PCI-X
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Le tipologie di bus locali: PCIe (1/2)
 Il PCI Express (Peripheral Component Interconnect
Express) è uno standard di interfaccia d’espansione a
bus seriale per computer
 È stato progettato per sostituire i vecchi standard PCI,
PCI-X e AGP
 Utilizza un trasferimento di dati seriale bidirezionale ed
è costituito da una serie di canali
 La connessione opera trasferimenti (da e verso) lungo
una o più corsie (lane) ciascuna da 2,5 Gbps
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Le tipologie di bus locali: PCIe (2/2)
Slot PCI Express (Partendo dall'alto: x4, x16, x1 e x16), comparati
ad uno slot PCI tradizionale a 32 bit (ultimo in basso)
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I canali in uso nel PCIe
 Possono essere aggregati tra di loro
• per aumentare la banda passante disponibile
• per supportare particolari configurazioni
 La larghezza di banda di ciascun canale è
indipendente da quella degli altri
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PCI Express: le versioni
 PCI Express 1.0 (2004)
• Utilizza una banda passante di 250 MB/s e un rapporto di
trasferimento di 2,5 GT/s(1) e supporta carichi fino a 75W
 PCI Express 2.0 (2007)
• Vedere slide successiva
 PCI Express 3.0 (2010)
• È retrocompatibile, ha un’ampiezza di banda del Bus fino a
15.754 GB/s
 PCI Express 4.0 (2017?)
(1) Giga Transfer al secondo
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PCI Express 2.0
 Raddoppia l’ampiezza di banda del PCI Express 1.0
che passa:
• da 2,5 Gb/s per ogni via, a 5 Gb/s (in modalità 1x)
• da 8 GB/s a 16 GB/s (in modalità 16x)
 Offre slot x1, x4, x8 e x16 analogamente al suo
predecessore, con frequenza di 250 MHz
 È pienamente compatibile, dal punto di vista sia
meccanico che elettrico, con la precedente versione
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Gli slot di espansione
 Sono collegati
direttamente al bus di
sistema
 Le schede che vi si
inseriscono operano
come se fossero state da
sempre installate nel PC
 Permettono di installare nel computer le schede degli
adattatori che estendono le potenzialità del sistema
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La tecnologia Plug and Play
 Nasce per semplificare l’installazione e la
configurazione di nuovi dispositivi nel computer
 I sistemi operativi che lo supportano sono in
grado di riconoscere e configurare
automaticamente i nuovi dispositivi hardware
 Il sistema operativo riconosce il dispositivo e
carica in automatico il driver corrispondente
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Plug and Play: requisiti
 La tecnologia Plug and Play richiede tre
componenti
• sistema operativo
• BIOS (Basic Input-Output System)
• dispositivi da installare
 Tutti i componenti richiesti la devono supportare
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