Một số khái niệm về bus hệ thống PC - kỳ 2

PCI nguyên thủy dùng xung 33MHz, sau đó nâng lên 66MHz (phiên bản PCI 2.1) để nhân đôi băng thông lý thuyết (đạt 266MBps); nhanh gấp 33 lần bus ISA. PCI còn cho phép thiết lập chuyển đổi bus 32bit hoặc 64bit linh hoạt nên chấp nhận cả card 32bit lẫn 64bit. Việc hiện thực 64bit lên bus tốc độ 66MHz vào năm 99 đã nâng băng thông lý thuyết lên 524MBps. PCI thông minh hơn ISA vì cho phép chia sẻ yêu cầu ngắt (IRQ). Tính năng này rất hữu ích vì lượng yêu cầu ngắt mà hệ thống hiện cung cấp chưa đáp ứng đủ cho nhu cầu của các máy tính cao cấp. Ngoài ra, độ trễ của bus PCI thấp hơn nên tốc độ hệ thống cũng được nâng lên.
Từ giữa năm 1995, những thiết bị cần tốc độ chính yếu của máy tính đều chuyển sang sử dụng bus PCI. Phổ biến nhất chính là card điều khiển đĩa cứng và đồ họa; cả lúc tích hợp trên bo mạch chủ lẫn khi cắm trên khe mở rộng.

AGP

AGP nhanh và rộng tương đương với Bus PCI nhưng được dành riêng để phục vụ chức năng xử lý đồ họa. Thời kỳ dùng bus ISA, màn hình được điều khiển bởi card CGA (Colour Graphic Array) và MDA (Monochrome Display) nên chỉ đáp ứng được độ phân giải tối đa 320x200, 16bit màu với tần số 75Hz.
Đồ họa 3D có khả năng mang lại tính bay bổng và thực tế cho hình ảnh hiển thị trên không gian 2D. Nhưng các bước tạo đối tượng và ánh xạ vân (texture) xử lý rất nhiều dữ liệu nên cần có một kênh truyền nhanh để hình ảnh chuyển động trơn tru, không giật. Băng thông PCI 132MBps đã trở nên quá chật hẹp.

Giải pháp Intel đưa ra là tách kênh dữ liệu đồ họa ra khỏi tuyến bus bộ xử lý và đưa ra đặc tả Accelerated Graphic Port (AGP). Chipset AGP hoạt động như một cầu trung gian giữa bộ xử lý và bộ đệm cấp 2. Trong kiến trúc Single Edge Contact Cartridge của Pentium II, chipset AGP được gọi là bộ tăng tốc Quad Port (4 cổng) vì nằm giữa ngã tư nối đến bộ xử lý, bộ nhớ chính, I/O và cổng AGP.

AGP ban đầu hoạt động cùng tần số 66MHz với bus bộ xử lý (FSB), gấp đôi tần số PCI và đạt băng thông tối đa là 264MBps. Để hỗ trợ xử lý đồ họa, trong phiên bản AGP 2X, dữ liệu được truyền tại cả cạnh lên và xuống trong một xung nên tần số lên đến 133MHz (gấp đôi xung đồng bộ) và đạt băng thông 528MBps. Khi ứng dụng cơ chế hàng chờ lệnh vào phiên bản AGP 2X, hiệu quả sử dụng băng thông được giữ ổn định ở mức 80%. Đặc biệt, khi đưa hàng chờ 32 lệnh vào quá trình Sideband Addressing (SBA), hiệu quả băng thông tăng lên đến 95%.
Băng thông của AGP còn được nâng lên gấp bốn (AGP 4X), gấp tám (AGP 8X) xung hệ thống nhằm tăng tốc độ truyền dữ liệu đồ họa và tạo cơ hội triển khai ứng dụng đồ họa cao cấp, nâng cao chất lượng hình ảnh mà không sợ ảnh hưởng đến tốc độ hiển thị.

Đặc tả AGP hiện có ba phiên bản: 1.0 (tương ứng AGP 1X, 2X), 2.0 (AGP 1X, 2X, 4X) và 3.0 (AGP 4X, 8X). Trong đó, phiên bản AGP 3.0 không chỉ đơn thuần là tăng tốc độ xung mà còn có một số tính năng bổ sung như:
o Truy xuất trực tiếp đến bộ nhớ hệ thống
o Sử dụng tín hiệu mới có điện áp thấp và ít bước chuyển đổi.
o Sử dụng cơ chế địa chỉ cạnh (Side band addressing) để nâng hiệu quả bus dữ liệu.
o Phân chia mức năng lượng để tối ưu chất lượng tín hiệu.
o Bộ đảo bus động (dynamic bus invertor) giảm nhiễu.
o Vận hành với chế độ đẳng thời cho phép truyền tốt dữ liệu dạng video, âm thanh liên tục.
Phiên bản PCI-X V1.0 được IBM, Hewlett-Packard và Compaq hợp tác phát triển đã được Peripheral Component Interconnect Special Interest Group (PCI SIG) chấp nhận vào mùa thu năm 1999. Có thể tương thích ngược với PCI, PCI-X được xem là giải pháp nâng cấp lý tưởng để tăng băng thông cho những ứng dụng cấp xí nghiệp như Gigabit Ethernet, Fiber Channel, Ultra3 SCSI và xử lý đồ họa cấp cao.

PCI-X không chỉ tăng tốc độ PCI mà còn tăng thêm lượng khe tốc độ cao. Với thiết kế hiện tại, PCI chạy tần số 33MHz và chỉ có một khe tần số 66MHz. PCI-X tăng gấp đôi tốc độ của PCI, hỗ trợ một khe 64bit tần số 133MHz (đạt băng thông 1GBps). Đặc tả mới cũng nâng cấp giao thức để tăng hiệu quả truyền dữ liệu và đơn giản hóa quá trình định thời tín hiệu; một yếu tố quan trọng trong mạch xử lý tần số cao.
Tuy nhiên, cha đẻ của PCI-X vẫn chỉ xác định đây là công nghệ mang tính tạm thời nên họ vẫn tiếp tục đầu tư phát triển một kiến trúc bus I/O dài hơi hơn mang tên Future I/O. Hiện tại, PCI-X đang được triển khai cho máy chủ, máy trạm; và môi trường truyền thông dữ liệu, hệ thống tích hợp. Năm 2002, PCI-X 2.0 ra đời đã nâng tốc độ PCI-X lên 4 lần.

PCI Express
Vào mùa hè năm 1999, nhóm đề xuất Future I/O và NGIO đã đồng ý hợp nhất hai công nghệ vào một đặc tả mới mang tên System I/O. Nhưng đến cuối năm, họ

Kiến trúc PCI-EXPRESS cho máy tính để bàn/Di động

đã đổi tên công nghệ này thành InfiniBand. Điểm yếu của InfiniBand là thay đổi hoàn toàn hệ thống khi nâng cấp, cả phần cứng lẫn phần mềm.
Hè năm 2001, Intel phát triển công nghệ mới mang tên Third-Generation Input/Output (3GIO) và có tên mã là Arapahoe. Đầu năm sau, công nghệ này đã được chuyển giao cho PCI SIG và được mang tên mới là PCI Express Architecture. Cuối cùng thì ngành công nghiệp đã tìm được người nối dõi chuẩn PCI và quá trình chuyển giao cũng sẽ diễn ra suôn sẻ như thời kỳ chuyển từ ISA/EISA lên PCI.
PCI Express Architecture được thiết kế linh hoạt, có thể mở rộng, tốc độ cao, cơ chế nối tiếp, điểm-điểm, cho phép tháo lắp/thay thế nóng và tương thích được với phần mềm dành cho PCI. PCI Express không chỉ đủ sức thay thế PCI và PCI-X mà còn có thể thay thế cả AGP. Thật ra, ngay từ đầu công nghệ này đã được thiết kế hướng đến ứng dụng làm điểm nối kết giao tiếp đồ họa. Thế hệ đầu tiên của PCI Express có khả năng cung cấp hai băng thông AGP 8X và có thể hỗ trợ nhiều thiết bị đồ họa trên một hệ thống.

Không giống chuẩn tiền thân, PCI Express dùng liên kết nối tiếp. Bus nối tiếp có băng thông/kênh rộng hơn kiến trúc bus song song và dễ mở rộng lên băng thông lớn hơn. Chuẩn cho phép thiết lập mạng theo giao tiếp điểm-điểm giữa các thiết bị, thay thế cho kiểu một-nhiều của kiến trúc song song nên không cần bộ điều khiển bus (tác nhân làm chậm và ngăn cản khả năng thay thế nóng). Kiến trúc PCI Express còn giúp thu nhỏ 50% diện tích bo mạch chủ. Một phiên bản khác của PCI Express cũng đang được phát triển để thay thế cho tuyến cầu nam trong chipset.
Một kết nối điểm-điểm theo kiến trúc PCI Express Architecture với 32 đường dữ liệu có khả năng cung cấp băng thông 16GBps, đủ hỗ trợ những ứng dụng trong hệ thống thông tin tương lai (bài "PCI Express bắt kịp tốc độ", TGVT A 10/2002). Chip PCI Express dự định sẽ được tung ra vào năm 2004 và triển khai rộng cho cả truyền thông, máy tính để bàn, thiết bị di động và máy chủ.

(Nguồn PC Word Việt Nam)