Đề tài Thiết bị ngoại vi và kỹ thuật ghép nối

BÀI TẬP LỚN MÔN: Thiết bị ngoại vi và kỹ thuật ghép nối Giảng viên hướng dẫn : Thầy Phan Trung Kiên Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hồng Thái Phạm Ngọc Toàn Phạm Thị Bích Hồng Đinh Thị Hiền Lê Thị Mơ Đinh Thị Hải Nguyễn Văn Quý Lớp K48 ĐHSP TinTìm hiểu Bus PCI Express I. Khái niệm bus: - Bus là một tập hợp các đường truyền kết nối của máy tính lại với nhau, các bus có thể thực hiện vận chuyển thông tin đồng thới (áp dụng với bus địa chỉ và bus dữ liệu) - Phân loại : + Bus địa chỉ: Thực hiện vận chuyển địa chỉ từ CPU đến modun nhớ. + Bus dữ liệu : Vận chuyển lệnh từ bộ nhớ tới CPU và vận chuyển dữ liệu giữa các thành phần thiết bị. + Bus điều khiển : Vận chuyển các tín hiệu điều khiển: Đọc , Ghi... II. Tìm hiểu lịch sử phát triển của PCI PCI ( Peripheral Component Interconnect) trong khoa học máy tính là một chuẩn để truyền dữ liệu giữa các thiết bị ngoại vi đến một bo mạch chủ thông qua chíp cầu nam. Lịch sử phát triển PCI được Intel phát triển để thay thế các bus cổ điển ISA và EISA vào những năm 1992. Sự phát triển của bus PCI đã thay đổi qua nhiều phiên bản, có thể kể đến như sau: PCI phiên bản 1.0: ra đời vào năm 1992 bao gồm hai loại: loại chuẩn (32 bit) và loại đặc biệt (64 bit) PCI phiên bản 2.0: ra đời năm 1993 PCI phiên bản 2.1: ra đời năm 1995 PCI phiên bản 2.2: ra đời tháng 1 năm 1999 PCI-X 1.0 ra đời tháng 9 năm 1999 mini-PCI ra đời tháng 11 năm 1999 PCI phiên bản 2.3 ra đời tháng 3 năm 2002 PCI-X phiên bản 2.0 ra đời tháng 7 năm 2002 PCI Express phiên bản 1.0 ra đời tháng 7 năm 2002 và ít lâu sau là 1.1 PCI Express phiên bản 2.0 ra đời 15 tháng 1 năm 2007 PCI Express phiên bản 3.0 sẽ ra mắt khoảng năm 2010 Các kiểu bus PCI PCI với bus 33,33 Mhz, độ rộng 32 bit là bus PCI thông dụng nhất cho đến thời điểm năm 2007 dùng cho các bo mạch mở rộng (bo mạch âm thanh, bo mạch mạng, bo mạch modem gắn trong...Tuy nhiên có một số bus PCI khác như sau: PCI 66 Mhz: Độ rộng bus: 32 bit; Tốc độ bus: 66 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 266 Mbps PCI 64 bit: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 33 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 266 Mbps PCI 64 Mhz/66 bit: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 66 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 533 Mbps PCI-X 64: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 66 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 533 Mbps PCI-X 133: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 133 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 1066 Mbps PCI-X 266: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 133 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 2; Băng thông: 2132 Mbps PCI-X 533: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 133 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 4; Băng thông: 4266 Mbps Những bus PCI 66 Mhz hoặc 64 bit theo liệt kê trên không thông dụng trong các máy tính cá nhân, chúng thường chỉ xuất hiện trên các máy chủ hoặc máy trạm. Khe cắm mở rộng PCI 33Mhz, 32 bit màu trắng (bên phải) loại thông dụng thường thấy trên các máy tính cá nhân Hình minh hoạ vị trí bus PCI trong bo mạch chủ Đặc điểm Chuẩn PCI (Peripheral Component Interface) đầu tiên do Intel phát triển là Version 1.0 kết hợp với kiểu PCI Local bus 2.0 do SIG (Special Interest Group) giới thiệu vào tháng 5 năm 1993 Được chọn làm chuẩn giao tiếp của hầu hết card thiết bị ngoại vi Đáp ứng được yêu cầu về chuẩn bus tốc độ cao Ngay sau khi ra đời chuẩn PCI đã thống trị khe giao tiếp của các phần mở rộng máy tính như card hình, card tiếng, card mạng, ổ cứng... Khe PCI chiếm vị trí chủ đạo trên các bo mạch chủ thời đó. Bo mạch chủ với 9 khe PCI Ban đầu tốc độ xung nhịp đồng hồ cho Bus PCI là 33MHz , về sau nâng lên 66MHz đối với PCI 2.1 , với tốc độ lí thuyết là 266MBps - gấp 33 lần so với ISA Bus . Nó có thể thiết lập cấu hình 32-bit hoặc 64-bit . Với 64-bit chạy với tốc độ xung nhịp 66MHz - giữa năm 1999 - tăng băng thông về mặt lí thuyết tới 524MBps . PCI có kích thước nhỏ hơn so với ISA, Bus mastering PCI giảm thời gian trễ và kết qủa làm tăng tốc độ của hệ thống. Ưu điểm chính của PCI Speed: có thể truyền tốc độ 133MBytes với 32bit hoặc 266 MBytes/s với 64 bit Configurability: hệ thống bus độc lập với processor cho phép định cấu hình tự động dễ dàng cho người sử dụng Multiple Master: bất kỳ thiết bị nào cũng có thể là chủ bus hỗ trợ cơ chế DMA Reliability: có tính Hot plug và Hot swap: khả năng thay đổi module mà không làm ảnh hưởng tới hoạt động của hệ điều hành Đặc tính cơ bản của PCI: là cầu nối giữa bộ vi xử lý và bus mở rộng Khả năng giao tiếp tối đa 256 thiết bị là bus 32 bit với tốc độ 133MBytes/s có khả năng mở rộng 64 bit với tốc độ 266MBytes/s làm việc với hệ thống đa xử lý hỗ trợ nguồn 5V và 3.3V truyền dữ liệu liên tục với chiều dài bất kỳ tần số làm việc trong khoảng 0 đến 33MHz tín hiệu địa chỉ và dữ liệu được dồn kênh hỗ trợ ISA, EISA, MCA định cấu hình qua phần mềm và thanh ghi Đặc tính độc lập với bộ vi xử lý Hoạt động Bus PCI là bus của I486 trong đó dữ liệu và địa chỉ được gửi đi theo cách thức dồn kênh, các đường địa chỉ và dữ liệu được dồn chung trên các đường của PCI. Cách này tiết kiệm được số chân PCI nhưng lại hạn chế tốc độ vì phải cần 2 xung clock cho một quá trình truyền dữ liệu ( 1 cho địa chỉ và 1 cho dữ liệu). Việc nối giữa CPU, bộ nhớ chính, và bus PCI được thực hiện bằng cầu PCI, qua đó bus PCI sẽ phục vụ cho tất cả các đơn vị của các bus PCI. Tối đa là 10 thiết bị được nối tới bus PCI, trong đó cầu PCI được coi là một. Chu kỳ bus của PCI đạt gần bằng tôc độ chu kỳ bus của I486. Nó có thể hoạt động với độ rộng 32 bit dữ liệu và tốc độ 33Mhz ( có thể đạt 64 bits với tốc độ 66MHz). Một điểm mạnh của PCI là dữ liệu được truyền tải theo kiểu cụm, trong đó địa chỉ chỉ được truyền đi 1 lần, sau đó nó sẽ được hiểu ngầm bằng cách cho các đơn vị phát hoặc thu đếm lên trong mỗi xung clock. Do đó, bus PCI hầu như được lấp đầy bởi dữ liệu. Tốc độ truyền tối đa trong kiều cụm có thể lên đến 120MBps Nhược điểm Chuẩn PCI cũ xuất hiện từ những năm 90 đã quá lạc hậu, do đó không còn đáp ứng được nhu cầu ngày càng lớn về băng thông và tốc độ của các thiết bị mới. Nhưng PCI có một vài hạn chế . Những CPU , Card màn hình , Card âm thanh và những Card mạng ngày càng nhanh hơn và mạnh hơn trong khi đó PCI lại dậm chận tại chỗ . Nó cố định độ rộng dữ liệu 32-bit và chỉ có thể điều khiển 05 thiết bị trong cùng một lúc . III. Tìm hiểu Bus PCI Express Cách đây không lâu, PCI còn là chuẩn tốt nhất để máy tính giao tiếp với các card chức năng mở rộng (sound, modem...) qua các khe cắm trên mainboard. Nay, một chuẩn mới ra đời để đáp ứng yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu ngày một tăng, đó là chuẩn PCI Express. Tuy chuẩn này hiện chủ yếu ứng dụng cho card đồ họa nhưng có lẽ chẳng bao lâu nữa nó cũng sẽ được dứng dụng cho nhiều thiết bị khác. Vì vậy, một mainboard có hỗ trợ PCI Express hay không cũng là một điều đáng được xem xét để cân nhắc khi mua sắm. Thời gian gần đây có lẽ bạn nghe nhắc nhiều tới cụm từ pci express, nhất là khi tìm hiểu các thông số kỹ thuật của một số loại mainboard hoặc card đồ họa đời mới. có thể ở thời điểm hiện tại và trong tương lai sắp tới thì vấn đề có hỗ trợ pci express hay không sẽ ảnh hưởng nhiều tới quyết định khi lựa chọn trang bị phần cứng cho máy tính của bạn. Có hai lý do khiến bạn nên quan tâm đến PCI-Express: Thứ nhất, chuẩn PCI cũ xuất hiện từ những năm 90 đã quá lạc hậu, do đó không còn đáp ứng được nhu cầu ngày càng lớn về băng thông và tốc độ của các thiết bị mới. Thứ hai, chuẩn AGP cũng có số phận tương tự khi đã phát triển đến ngưỡng và xuất hiện những dấu hiệu lạc hậu, đồng thời các nhà sản xuất ngày càng tỏ ra ưu ái và dần thay thế AGP bằng một giao tiếp vượt trội hơn - PCI Express. Do đó có thể dự đoán về một sự soán ngôi trong lãnh vực card đồ họa, và người dùng sẽ là đối tượng hưởng lợi mặc dù sẽ không còn nhiều lựa chọn như trước. Vấn đề băng thông Hiện thời, PCI Express được chia làm nhiều loại ứng với từng tốc độ truyền tải dữ liệu khác nhau là: 1x, 2x, 4x, 8x, 12x, 16x (và cả 32x), tất cả đều có băng thông lớn hơn nhiều so với chuẩn PCI cũ. Trong đó loại 4x, 8x và 12x sử dụng trong thị trường máy chủ, còn 1x, 2x và 16x thì sử dụng cho người dùng thông thường. Bảng bên cạnh so sánh các loại này với nhau và với các chuẩn truyền tải dữ liệu khác: Lưu ý: vì PCI Express là công nghệ dựa trên nền tảng tương tự (serial) nên dữ liệu có thể truyền tải qua bus theo hai hướng, do đó con số trong ngoặc vuông là băng thông tổng cộng theo cả hai hướng. Phân biệt PCI Express, AGP và PCI:  Chuẩn PCI Express có thể ứng dụng trong nhiều thiết bị khác, tuy nhiên tại thời điểm này nó được sử dụng chủ yếu trong các loại card đồ họa. Trong hình minh họa ở trang sau, bạn sẽ thấy hình ảnh cụ thể về ba thế hệ card đồ họa sử dụng các chuẩn PCI, AGP và PCI Express 16x. Do card đồ họa PCI loại cũ rất hiếm trên thị trường nên ta chỉ quan tâm so sánh giữa card AGP và PCI Express mà thôi. Như bạn thấy, card PCI Express có hàng chân cắm bắt đầu và kết thúc bằng những miếng nhựa nhỏ và sẽ không được cắm hoàn toàn vào khe cắm trên mainboard. Đây là đặc điểm nhận dạng nổi bật nhất giúp phân biệt giữa card PCI Express và AGP. Và theo đó, bạn tuyệt đối không thể cắm một card PCI Express vào khe AGP và ngược lại. Điểm khác biệt thứ hai giúp bạn phân biệt card PCI Express và AGP là số lượng khe trên hàng chân cắm. Trên card PCI Express bạn thấy chỉ có một khe, trong khi đó trên card AGP và PCI loại cũ có tới 2 khe. Các loại card PCI Express 1x và 4x có một số điểm khác biệt nhưng chúng đều rất hiếm và gần như không tìm thấy trên thị trường hiện thời. Loại PCI Express 1x có chân cắm gần giống với các thiết bị sử dụng khe AMR đã rất cũ, tuy nhiên trên thị trường linh kiện hiện giờ không có một loại mainboard nào có cả hai loại khe cắm là AMR và PCI Express cả. Một số câu hỏi được nhiều người quan tâm về PCI Express  - Chuẩn PCI Express có thật nhanh hơn PCI?  Với chuẩn PCI loại cũ thì đúng như vậy, PCI Express có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn nhiều so với PCI. Chẳng hạn với loại card PCI Express 1x thì tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn tối thiểu là 118%. Còn nếu so sánh card đồ họa PCI Express 16x với card đồ họa PCI loại cũ thì tốc độ nhanh hơn tới 29 lần. Còn đối với chuẩn AGP thì câu trả lời là đúng và cũng chưa đúng. Trên lý thuyết thì card PCI Express 16x có tốc độ truyền tải dữ liệu giữa hệ thống và card đồ họa nhanh hơn tới 190% so với card AGP 8x. Tuy nhiên trên thực tế thì kết quả không hoàn toàn như mong muốn bởi nhiều nguyên nhân về công nghệ. Bởi vậy nếu bạn đang sử dụng hệ thống với chuẩn AGP và bạn cảm thấy hài lòng với nó thì việc đầu tư chuyển sang sử dụng PCI Express là không cần thiết. Thay vào đó bạn có thể trang bị một card AGP có tốc độ nhanh (như nVidia 6800GT...) là quá đủ cho mọi mục đích sử dụng và chơi game rồi. Chỉ trừ khi hệ thống đã thuộc loại cũ với các chuẩn AGP 4x hay 2x thì việc xem xét chuyển sang PCI Express là nên làm. - Cùng với PCI Express người ta còn thường nói nhiều tới SLI, vậy SLI là gì?  SLI (Scalable Link Interface) là công nghệ có khả năng sử dụng cùng lúc hai card đồ họa riêng biệt của nVidia để đem lại hiệu quả cao hơn. Điều kiện là card đồ họa và mainboard của bạn phải hỗ trợ công nghệ này. Bạn có thể hình dung cách làm việc của SLI là chia sẻ công việc đồ họa nặng nề cho hai card đồ họa xử lý cùng lúc (xu hướng này dễ hiểu khi mà mọi thứ đều làm việc “có đôi” như Hyper Threading của bộ vi xử lý và Dual Channel của bộ nhớ RAM, nhờ đó công việc nhanh và hiệu quả hơn rất nhiều). Chẳng hạn, hai card 6600GT sẽ làm việc hiệu quả hơn rất nhiều so với chỉ một card 6800GT hay X800 dù giá cả thấp hơn việc bạn mua hai card 6600GT riêng biệt. Vấn đề duy nhất là hiện giờ công nghệ SLI còn mới và chỉ giới hạn sử dụng trên hệ thống AMD 64 / AMD FX socket 939. Tương lai tới sẽ có sự đổi khác và công nghệ này có thể sử dụng phổ biến trên nhiều nền tảng hơn. - Liệu có cần một nguồn cấp điện bổ sung cho card PCI Express? Mặc dù bạn có thể sử dụng nguồn cấp điện bổ sung nhưng đa số các loại card PCI Express đều chưa sử dụng tới khả năng này. Một số loại card đồ họa sử dụng chipset X600, X700, X300, hay 6600 thường không sử dụng nguồn cấp điện bổ sung. Trong trường hợp card đồ họa PCI Express yêu cầu sử dụng nguồn điện bổ sung mà bộ cấp điện nguồn lại không hỗ trợ, bạn có thể sử dụng thiết bị PCI Express Power Adapter (tham khảo ở địa chỉ để tự tạo ra một nguồn cấp điện riêng cho card PCI Express. Kiến trúcPCI – E Hiện nay, tốc độ truyền tải của PCI Express 1.x (PCIe 1.x) nhìn chung có thể đáp ứng hầu hết các ứng dụng thông thường, tuy nhiên với các ứng dụng đồ họa cao cấp thì vẫn chưa đủ. Đây chính là lý do để công nghệ PCI Express (PCIe) không ngừng cải tiến và tới thời điểm này đã hiện thực trên các sản phẩm giao tiếp PCI Express (PCIe) 2.0 và PCIe 3.0. Kiến trúc PCIe được phân thành các lớp như hình 1 Hinh 1 PCIe hoàn toàn tương thích với thế hệ PCI trước đây. Điều này có nghĩa là tất cả các ứng dụng và trình điều khiển tương thích với PCI cũng hoạt động không thay đổi với PCIe. Chính vì vậy chuẩn giao tiếp PCIe cũng có nguyên lý giao tiếp giống như PCI. • Lớp vật lý (physical) Liên kết PCIe cơ bản bao gồm các cặp tín hiệu: một tín hiệu truyền và một tín hiệu nhận như hình2: Hinh 2 Một xung dữ liệu được ghi vào bằng cách sử dụng mã hóa 8b/10b để đạt được tốc độ dữ liệu cao. Tần số của phiên bản PCIe đầu tiên là 2,5 Giga transfers/giây/hướng (GT/s); với công nghệ silicon, tần số này có thể được cải tiến để nâng lên thành 10GT/s. Lớp vật lý chuyển các gói giữa các lớp liên kết của 2 PCIe. • Lớp liên kết (Link) Vai trò cơ bản của một lớp liên kết là để bảo đảm tính xác thực của việc truyền đi các gói thông qua liên kết PCIe. Lớp liên kết chịu trách nhiệm trong việc bảo toàn và kiểm tra dữ liệu bằng chuỗi đánh số gói, chuỗi CRC (Cyclic redundancy check) vào các gói của lớp truyền/nhận (transaction) gửi đến như hình 3: Hầu hết các gói được bắt đầu ở lớp transaction. Giao thức điều khiển luồng bảo đảm các gói này chỉ được truyền khi có một bộ đệm để nhận gói này ở điểm cuối. Điều này giúp loại trừ việc phải gửi đi nhưng có nơi nhận phải gửi lại gây ra việc lãng phí băng thông. Lớp liên kết sẽ tự động gửi lại một gói khi gói này bị sai lệch. • Lớp truyền/nhận (transaction) Lớp transaction nhận các yêu cầu đọc và ghi từ lớp phần mềm và tạo ra các gói yêu cầu cho việc truyền đến lớp liên kết. Đa số tất cả các yêu cầu đều độc lập và một số gói yêu cầu cần phải có một gói trả lời. Lớp transaction cũng nhận các gói trả lời từ lớp kết nối và kết hợp các gói trả lời này với các gói yêu cầu từ lớp phần mềm. Mỗi gói sẽ có một mã riêng biệt để bảo đảm các gói trả lời tương ứng với từng gói yêu cầu ban đầu. Định dạng gói hỗ trợ 32bit địa chỉ nhớ có thể mở rộng thành 64bit địa chỉ nhớ. Các gói cũng có các thuộc tính như “no-snoop”, “relaxed ordering”, “priority”. Các thuộc tính này có thể được sử dụng để tối ưu lộ trình của những gói này thông qua các hệ thống xuất nhập (I/O) con. • Các lớp phần mềm (software) Các lớp phần mềm sẽ tạo ra các yêu cầu đọc và ghi để chuyển đến các thiết bị I/O bằng lớp transaction. Tới thời điểm này, các sản phẩm phần cứng đến tay người tiêu dùng đã bắt đầu được hiện thực với chuẩn giao tiếp PCIe 2.0 và trong tương lai theo dự kiến sẽ là PCIe 3.0. Nhưng PCIe 2.0 và PCIe 3.0 có những cải tiến gì so với PCIe 1.x. PCI Express 2.0 Với phiên bản PCIe 1.1 có tốc độ bit 2,5Giga transfers/s (GT/s) nhưng với phiên bản PCIe 2.0 thì tốc độ này được tăng gấp đôi lên thành 5GT/s. Ví dụ, một PCIe 1.1x8 có băng thông tổng cộng 4GBytes/s, tương đương với băng thông của PCIe 2.0x4 của công nghệ tín hiệu 5GT/s. Tuy nhiên, PCIe 2.0 có thể hỗ trợ cùng lúc tốc độ 2,5GT/s và 5GT/s, có thể tương thích ngược với PCIe 1.0 và 1.1. Có nghĩa là một thiết bị được thiết kế hoạt động ở tốc độ 5GT/s có thể cắm trên khe hỗ trợ tín nhiệu 2,5GT/s và ngược lại. Bên cạnh tốc độ nhanh hơn gấp đôi, PCIe 2.0 còn có một số cải tiến như tương thích tốt hơn, độ tin cậy cao hơn trong thiết kế các liên kết PCIe. Ngoài ra, PCIe 2.0 còn có những tính năng đặc biệt trong đặc tả: • Gia tăng khả năng kiểm soát lỗi định thời: giảm lỗi định thời và gia tăng khả năng điều chỉnh thời gian • Chức năng xác lập lại mức ban đầu (level reset) và truy xuất các dịch vụ điều khiển: tăng cường mạnh mẽ việc hỗ trợ khả năng ảo hoá I/O (tuỳ chọn) • Khe thay đổi giới hạn cấp nguồn: cho phép khe cấp nguồn cao hơn để đáp ứng cho những card đồ họa mới, mạnh hơn • Điều khiển tốc độ tín hiệu: cho phép phần mềm xác định tốc độ tín hiệu hoạt động của một thiết bị, giúp làm giảm sự tiêu thụ năng lượng cũng như cung cấp toàn bộ mức I/O cho bộ nhớ. PCI Express 3.0 PCI Express 3.0 là phát triển kế tiếp của chuẩn PCIe 2.0, với tốc độ bít đạt 8GT/s, gấp đôi PCIe 2.0, trong khi vẫn duy trì sự tương thích của các giao tiếp phần mềm và vận hành trong tất cả các phiên bản. Tại sao lại nói tăng gấp đôi khi PCIe 2.0 có thể đạt tốc độ bit 5GT/s? PCIe 2.0 có tốc độ bit là 5GT/s nhưng tốc độ thực sự chỉ 4GT/s, 20% còn lại dành cho việc mã hóa 8b/10b (là sự sắp mã theo byte, mỗi byte của dữ liệu vào một hay 2 ký tự 10bit). PCIe 3.0 đã không sử dụng công đoạn mã hóa 8b/10b mà thay vào đó là kỹ thuật “scrambling” (dùng hàm nhị phân để biểu diễn luồng dữ liệu). Chính nhờ điểm “tiết kiệm” này, PCIe 3.0 tăng gấp đôi hiệu năng nhưng chỉ cần tốc độ bit là 8GT/s thay vì phải cần đến 10GT/s nếu dùng cơ chế mã hóa 8b/10b. Ngoài ra, cả 3 chuẩn PCIe (PCIe 1.x, PCIe 2.0, PCIe 3.0) đều tương thích lẫn nhau. Điều này có nghĩa card PCIe 1.x và PCIe 2.0 có thể cắm vào khe PCIe 3.0 và hoạt động ở tốc độ cao nhất mà card hỗ trợ. Tương tự, tất cả các card PCIe 3.0 đều có thể cắm vào khe PCIe 1.x và PCIe 2.0 và hoạt động với tốc độ mà khe cắm hỗ trợ. Tuy nhiên, một yêu cầu quan trọng đối với giao tiếp PCIe 3.0 là các sản phẩm phải được thực hiện với công nghệ 65nm hay công nghệ tốt hơn nữa thì mới có thể tối ưu được tốc độ của giao tiếp. BẢNG TỐC ĐỘ BIT VÀ BĂNG THÔNG CỦA MỖI KIẾN TRÚC PCIe Khi nói đến máy tính, bạn thường nói đến hay được kể đến những "nhân vật" quan trọng như bộ vi xử lý, ổ đĩa cứng, bộ nhớ mà quên rằng một thành phần không kém phần quan trọng chính là các kênh giao tiếp, kênh truyền dữ liệu mà bạn có thể hình dung như những con đường huyết mạch vận chuyển dữ liệu chạy qua lại giữa bộ vi xử lý, ổ cứng, bộ nhớ Một kiến trúc công nghệ được xem là chủ đề nóng tại diễn đàn các nhà phát triển Intel- IDF mùa xuân 2005: PCIExpress hay như cách gọi của SLCCTL là PCI tốc hành. Ghi nhận tại diễn đàn các nhà phát triển Intel IDF mùa xuân 2005 không chỉ giúp chúng ta có thể tiếp cận với những công nghệ mới, những sản phẩm mới ở dạng ý tưởng, mà tại đây, nhiều công nghệ chỉ một vài kỳ IDF trước đây vừa mới rời khỏi phòng nghiên cứu, thí nghiệm, thì nay đã được thương mại hoá thành công. Một trong số đó chính là chuẩn giao tiếp PCI Express. Mỗi một "con đường dữ liệu" vào ra như vậy lại có một chuẩn, một kênh giao tiếp riêng. Chẳng hạn, card màn hình dùng chuẩn giao tiếp AGP; ổ cứng giao tiếp với máy tính thông qua chuẩn ATA, SATA, chuột, bàn phím kết nối theo chuẩn tuần tự và bây giờ là USB; máy in dùng chuẩn song song Parallel, và các thiết bị mở rộng như card mạng, card âm thanh giao tiếp thông qua chuẩn PCI. Cơ hội tìm hiểu các sản phẩm ứng dụng chuẩn giao tiếp thế hệ mới PCI Express: nâng đời máy tính xách tay từ cấp thấp lên cấp cao; sản xuất máy tính xách tay với công nghệ mới nhất, truyền hình độ nét cao trên máy tính. Song trước hết, hãy làm quen với cái gọi là cổng giao tiếp PCI. Từ PCI đến PCI Express: cuộc cách mạng muộn màng! So với những bước tiến vượt bậc của các công nghệ máy tính như bộ vi xử lý hay card video, thì công nghệ truyền dẫn dữ liệu vào ra trong hệ thống máy tính dường như dẫm chân tại chỗ. Kể từ khi kênh truyền dữ liệu PCI xuất hiện vào đầu thập kỷ 90, rất đã có ít sự thay đổi về cách thức trao đổi dữ liệu bên trong máy tính. Các ổ đĩa cứng, thiết bị ngoại vi, card mạng, soundcard, USB, và cổng Firewire hiện nay đều truyền dữ liệu theo cách thức như thế hệ của dòng máy tính 486 đầu tiên, đường truyền PCI chạy ở xung nhịp 33 Mhz và truyền tải 133 megabit/s dữ liệu. Một ví dụ về công nghệ mới đây, 1 bộ vi xử lý Pentium 4 với bộ nhớ DDRam có thể truyền dữ liệu với tốc độ 2,1 gigabit/giây qua kênh truyền bộ nhớ. Kênh truyền AGP tốc độ 8X cũng có thể truyền dữ liệu ở tốc độ đó. Đây là những công nghệ đã được phát triển đạt đến mức giới hạn của PCI. Đại diện công ty hàng đầu sản xuất thiết bị card màn hình nVidia ông Han cho biết:" Ngay bản thân công nghệ AGP cũng bị giới hạn bởi băng thông. Khi chuyển sang công nghệ mới PCI Express cho phép truyền dữ liệu số lượng lớn. nó phá bỏ được giới hạn băng thông của công nghệ cũ. Nhờ đó chúng tôi có thể thiết kế máy tính cung cấp video chất lượng cao, trò chơi, đưa công nghệ tính toán sang một cấp độ mới". Một câu hỏi đặt ra là tại sao trong suốt 10 năm qua, không có sự thay đổi nào với kiến trúc kênh truyền dữ liệu PCI. Một lý do duy nhất, nó làm việc rất hiệu quả. PCI cung cấp một nền tảng ổn định và linh hoạt cho phần cứng và các nhà phát triển phần mềm xây dựng ứng dụng trên đó trong 1 thập kỷ. Những ai còn nhớ thời trước khi có Windows 95 và trước thời các thiết bị có thể cắm và chạy Plug and Play đều hiểu tại sao máy tính lại trở nên phổ biến kể từ sau thời điểm đó. Nhưng giờ đây, sự ổn định đã nhường chỗ cho nhu cầu băng thông ngày một lớn: phải có một cách thức mới trong truyền dữ liệu vào ra. Lấy các công nghệ phổ biến như RAID, SCSI và giờ đây là Gigabit Ethernet Tất cả các công nghệ truyền dữ liệu này đang cố gắng đẩy một khối lượng thông tin thông qua kênh truyền rất hẹp PCI 133 megabit/giây. Rõ ràng đây là một điểm giao thông thắt nút cổ chai. Quý vị có thể hình dung trường hợp này với thực tế của những chiếc ô tô đời mới, công suất lớn lại phải chạy trên những con đường nhỏ, hẹp, tốc độ bị giới hạn. PCI Express ra đời đúng như trời hạn gặp được cơn mưa vậy! Ông Eugene Ahn-công ty Altera khẳng định:" Công nghệ PCI Express là lời giải cho sự giới hạn băng thông dữ liệu máy tính. Nếu bạn sử dụng công nghệ PCI như hiện nay, bạn sẽ gặp sự giới hạn tốc độ đường truyền, hạn chế chất lượng dịch vụ. Khi bạn chuyển sang dịch vụ cung cấp Video trực tuyến, các chương trình Liveshow, bạn cần đảm bảo chất lượng dịch vụ, đảm bảo tốc độ truyền, xử lý dữ liệu trong máy tính, thì bạn phải cần đến công nghệ truyền dữ liệu thế hệ mới PCI Express. Sử dụng công nghệ này, giải pháp Eugene của chúng tôi cho phép cùng một lúc máy tính tiếp nhận và xử lý 2 nguồn tín hiệu analgog và số". PCI Express hay còn gọi là công nghệ I/O thế hệ thứ 3 là một cổng kết nối tuần tự 2 chiều, vận chuyển dữ liệu dưới dạng gói, tương tự như cách truyền dữ liệu qua các kết nối Ethernet. Mỗi card PCI Express gồm 2 làn truyền dữ liệu lên và xuống. Mỗi làn có thể truyền 2,5 gigabit/s mỗi hướng. Tốc độ truyền liên tục tương đương 200 megabit/giây. Công nghệ PCI Express đã ra đời, tạo ra một kênh truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao đáp ứng các nhu cầu tính toán mới. Kiến trúc PCI Express đáp ứng tất cả các yêu cầu về kênh truyền dữ liệu vào ra tốc độ cao. Những tính năng tiên tiến, khả năng mở rộng cho phép kiến trúc này trở thành một giải pháp truy xuất dữ liệu vào ra thống nhất trên nhiều nền tảng thiết bị khác nhau: để bàn, di động, máy chủ, truyền thông, máy trạm và các thiết bị nhúng. Ông Eugene Ahn cho biết:"Bạn có thể thấy nhu cầu ứng dụng PCI Express rất lớn thị trường truyền thông, thị trường Video, truyền hình, phát thanh, từ các khách sạn. Rất nhiều cơ hội cho công nghệ kênh giao tiếp PCI Express". Truyền hình với PCI Express Việc xem truyền hình trực tiếp trên máy tính không phải là chuyện mới, nhưng xem truyền hình độ phân giải cao lại thực sự là một bước tiến của công nghệ máy tính. Cái khó để thu và phát truyền hình độ nét cao không phải ở tốc độ xử lý của bộ vi xử lý, dung lượng bộ nhớ hay ổ cứng mà chính là kênh truyền dữ liệu vào ra bị giới hạn. Hãng Micronas với sản phẩm Eugene ứng dụng công nghệ giao tiếp PCI Express đã tạo ra một bước đột phá trong thu phát truyền hình trên máy tính. "Trong hai kênh tín hiệu truyền hình: Một Analog, một digital các bạn có thể xem đây là bản giới thiệu tổng quát các kênh. Hệ thống đang quét các kênh có thể cung cấp. Từ đó bạn có thể chọn lựa kênh mình muốn xem. Cái chúng tôi muốn trình diễn là khả năng thu phát hai kênh truyền hình, đồng thời bạn có thể phóng to kênh TV lên chế độ trên màn ảnh. Nhưng đây chỉ là truyền hình tiêu chuẩn mà thôi. Còn đây là chiếc máy tính thu phát chương trình truyền hình BBC của Anh. Bạn sẽ có một bộ dò chương trình duy nhất, một bộ chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số tiêu chuẩn DVBT, truyền tín hiệu truyền hình số vào máy tính thông qua cổng PCI Express của Engene. Và việc giải mã tín hiệu số chỉ sử dụng phần mềm bên trong máy PC không cần phải có chip giải mã nào Mepeg2 như các giải pháp hiện nay", - ông Eugene Ahn nói. PCI Express cho máy tính xách tay? Bạn tự hào với chiếc máy tính xách tay đời mới nhất của mình: Centrino, màn hình LCD độ nét cao, công nghệ bluetooth, đồ hoạ Radeon! Chúc mừng bạn, nhưng bạn có chắc rằng, đó đã là những công nghệ mới nhất! Xin tiết lộ với bạn là những chiếc máy tính đời mới nhất đều được thiết kế với công nghệ cách đó tối thiểu là 9 tháng. Tại sao vậy, vì việc thiết kế, tích hợp các công nghệ, thử nghiệmtrên một máy tính xách tay thông thường mất chừng đó thời gian. Song, giờ đây, với việc ứng dụng công nghệ PCI Express, hãng nVidia với sản phẩm cạc đồ hoạ nổi tiếng GeForce đã rút ngắn tối đa thời gian đưa công nghệ ra thị trường. Ông Han cho biết:" Với bo mạch chủ MXM dựa trên công nghệ PCI Express. Bo mạch chủ thì được cấu hình gồm các linh kiện cơ bản. Đâu là lợi ích mà công nghệ giao tiếp PCI Express có thể mang lại? Nó sử dụng cho máy tính xách tay và có thể nâng cấp sau này. Lợi ích của công nghệ này là do việc thiết kế máy tính xách tay thông thường mất rất nhiều thời gian và do đó các kĩ sư thiết kế thường phải chọn công nghệ đã ra đời chín tháng trước đó. Còn giờ đây với công nghệ mới này, họ có thể lựa chọn công nghệ ngay thời điểm nó chuẩn bị tung ra thị trường. Khi muốn cập nhật hay nâng cấp công nghệ mới, các kỹ sư chỉ việc thay thế card mở rộng này mà thôi". Mấu chốt của giải pháp này là việc tách các công nghệ mở rộng ra khỏi bo mạch chủ. Bo mạch chủ lúc đó chỉ gồm những thành phần cơ bản của máy tính. Các công nghệ mở rộng sẽ được thiết kế trên một card riêng giao tiếp thông qua kênh PCI Express. Một câu hỏi đặt ra là tại sao người ta không làm điều này trước đây? Đơn giản là chỉ khi có PCI Express, tốc độ truyền dữ liệu được tăng tốc, các kỹ sư mới có thể chuyên biệt hoá thành phần mở rộng và thành phần cơ bản của máy tính. Cũng với ý tưởng như vậy, hãng Texas Instruments lại triển khai công nghệ cổng giao tiếp PCI Express cho việc lên đời máy tính xách tay. Nghĩa là bạn có thể mua máy tính xách tay rẻ tiền với cấu hình và tính năng cơ bản, khi có điều kiện về kinh phí bạn có thể nâng cấp bằng việc mua các thiết bị ngoài như DVD, ổ đọc thẻ nhớ, hay camera... Đại diện Hãng Texas Instruments Javed Ahmad cho rằng:"Bạn có thể dùng máy tính xách tay hoặc là một máy tính phiến mỏng hoặc ổ đĩa cắm thêm. Nếu máy tính xách tay của bạn được thiết kế cổng PCI Express. Trong trường hợp này, đây là máy tính HP có trang bị khe cắm PCI Express, đây là giắc cắm PCI Express do hãng chúng tôi thiết kế. Kết nối với thiết bị mở rộng thông qua giây cáp PCI Express. Trong thiết bị mở rộng này, các bạn có ổ đĩa DVD, Camera kết nối qua cổng fiwire 1394. Các bạn có thể xem tín hiệu đầu ra của Camera này trên màn hình máy tính. Đây là thẻ nhớ đang chạy bộ phim. Còn phía trên là chương trình từ ổ đĩa DVD. Tất cả chương trình đó điều chạy thông qua dây cáp PCI Express". Một ứng dụng cụ thể, chẳng hạn, những chiếc máy tính giá rẻ dưới 500 USD. Trên những chiếc máy tính này, sẽ không có nhiều tính năng mà chỉ có cấu hình cơ bản do người mua chỉ có một ít kinh phí. Nhưng khi có thêm tiền, họ có thể mua thiết bị mở rộng này để có các tính năng cần thiết. Anh đúng khi nói rằng, tại sao tôi phải mua thiết bị này khi máy tính xách tay của tôi đã có đầy đủ các tính năng. Thiết bị mở rộng này chỉ dành cho máy tính cấu hình thấp, giá rẻ mà thôi. Có bạn sẽ hỏi rằng có điều gì khác biệt giữa ổ đĩa cứng, hay ổ DVD gắn ngoài sử dụng cổng giao tiếp USB, Firewire với những thiết bị mở rộng tương tự sử dụng cổng PCI Express. Tưởng là giống nhau, mà khác nhau cơ bản đấy! Với cổng giao tiếp thông thường, việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị mở rộng bên ngoài và máy tính không mang tính liên tục, và tốc độ cao. Trong khi cổng PCI Express lại cho phép làm điều đó. Một ví dụ điển hình là ổ cứng ngoài sử dụng cổng USB, Firewire chỉ cho phép chứa dữ liệu, không thể xử lý trực tiếp những dữ liệu như video, audio. Mặt khác thông qua cổng giao tiếp tốc hành PCI Express, các nhà thiết kế máy tính xách tay, để bàn lại có nhiều cơ hội để thi thố các ý tưởng của mình. Ông Javed Ahmad khẳng định:" Lợi ích đối với các nhà sản xuất PC trong trường hợp này, chẳng hạn chiếc máy tính này không hề có ổ đĩa cứng nào. Tất cả chỉ có, như anh có thể thấy bộ vi xử lý và chipset. Còn đây là bộ nhớ, cơ bản là bạn có thể giảm kích cỡ bo mạch chủ này, vì chúng ta không cần sử dụng nhiều tính năng tích hợp sẳn trên bo mạch. Vì vậy, bo mạch chủ sẽ nhỏ hơn, chi phí thấp hơn. Với ý tưởng đó, bạn sẽ có máy tính giá rẻ. Còn với thiết bị mở rộng Modular Hub, bạn có thể lựa chọn thêm trên thị trường khi có nhu cầu". Đến với Diễn đàn các nhà phát triển Intel, không chỉ đến với công nghệ PCI Express. Trong các chương trình tới SLCCTL sẽ có cơ hội tiếp cận, khám phá các công nghệ đáng chú ý như bộ vi xử lý đa lõi Multicore, các ứng dụng giải trí số vô cùng thú vị.