Bussysteme. Mikroprozessor- und PC-Busse. ISA MCA EISA VESA Local Bus SCSI Nu Bus, Q-Bus, UNI-Bus, BI-Bus, Turbochannel PCI, PCI-64, PCI-Express

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1 Bussysteme Christoph Wrobel Das vorliegende Dokument ist urheberrechtlich geschützt. Es darf zu privaten Studien genutzt werden. Das Kopieren, Vervielfältigen, Umsetzen in irgendein elektronisches Medium oder maschinell lesbare Form im Ganzen oder in Teilen, d.h. speziell der Abdruck oder die Veröffentlichung in Online-Medien, ist nicht ohne meine Erlaubnis gestattet. Folie 3-1 Mikroprozessor- und PC-Busse ISA MCA EISA VESA Local Bus SCSI Nu Bus, Q-Bus, UNI-Bus, BI-Bus, Turbochannel PCI, PCI-64, PCI-Express Kommunikationswege VME, VXI, PXI, LXI, SCXI SBus, MBus, XBus Punkt-zu-Punkt-IFs Busse Netze Rechnerbusse Systembusse Feldbusse Gerätebusse/Busse für Messtechnik Folie 3-2

2 ISA Industry Standard Architecture Entwickler: IBM Busbreite: 8 bit 16 bit µp: 8088/ Adressraum: 1 Mbyte 16 Mbyte Durchsatz: 4-6 Mbyte/s Einsatz: XT AT Einsatz in: IBM-PCs, Kompatible PCs, PS/2, Modell 25 u. 30 Folie 3-3 MCA Micro Channel Architecture Entwickler: IBM Busbreite: 32 bit µp: / Adressraum: 4 Gbyte Durchsatz: Mbyte/s Micro Channel Implementierungslevel Level 1 PS/2 20 MB/s Level 2 RISC System MB/s Level 3 80 MB/s Level MB/s Einsatz: IBM PS/2, RISC System 6000 nicht kompatibel zu ISA, EISA Folie 3-4

3 EISA Extended Industry Standard Architecture Erfinder: Compaq, AST, Epson, HP, NEC, Olivetti, Tandy, Wyse, Zenith u.a. Busbreite: 32 bit 8/16-bit-kompatibel (ISA) µp: / Adressraum: 4 Gbyte Durchsatz: 33 Mbyte/s Einsatz: Compaq MP / DECpc 400 bis 15 Steckplätze länger als ISA Sperre für ISA-Platinen Folie 3-5 VESA Local Bus Video Electronics Standards Association Local Bus, auch VL-Bus Erfinder: VESA ( Vereinigung von Grafikkarten-Hersteller) Busbreite: 32 bit (Adress), 64 bit (Daten) Adressraum: 4 Gbyte Durchsatz: bis zu 80 Mbyte/s bei Onboard, bis zu 75 Mbyte/s bei Systemen mit Slots Einsatz: 80486er VESA ISA Foto: Folie 3-6

4 SCSI Small Computer System Interface (Aussprache oft Skassie ) Erfinder: Shugart Technologies SCSI Fast-SCSI Wide-SCSI Busbreite 8 bit 8 bit 16 bit Geschwindigkeit 5 MB/s 10 MB/s 10 MB/s Distanz 6 m 3 m 3 m Teilnehmer 8 Einsatz: Rechnerbus, der auch nach außen für Peripherie-Anbindung geführt wird Neu: Serial Attached SCSI, SAS 3 Gbit/s, FDX, über Fan-Outs auf über TN erweiterbar Folie 3-7 Nu Bus Erfinder: Texas Instruments Busbreite: 32 bit Adressraum: 4 Gbyte Durchsatz: 32 Mbyte/s Einsatz: Macintosh II PowerMAC 6100/7100/8100, Sparc Folie 3-8

5 Q-Bus Erfinder: DEC Busbreite: 16 bit Adressraum: 1 Gbyte Durchsatz: Einsatz: PDP-11, Micro VAX II Folie 3-9 Unibus Erfinder: DEC Busbreite: 8 bit, 16 bit Adressraum: 262 kbyte Durchsatz Einsatz: VAX II/750 Folie 3-10

6 BI-Bus Erfinder: DEC Busbreite: 32 bit Adressraum: 1 Gbyte Durchsatz: 13,3 Mbyte/s Einsatz: VAX 6000, VAX 8000, VAX 9000, DECsystem 5800 Folie 3-11 Turbochannel Erfinder: DEC Busbreite: 32 / 64 bit Adressraum: 16 Gbyte, 512 Gbyte progr. I/O Durchsatz: 90 Mbyte/s Einsatz: DECstation ,2 mm * 116,8 auf Doppel-Eurocard platzierbar Folie 3-12

7 PCI Peripheral Component Interconnect Erfinder: Intel Mehrere Varianten für die jeweiligen Einsatzgebiete PCI Conventional bekannteste PC-Lösung Compact PCI PCI-X PCI-Express Compact PCI-Express Folie 3-13 PCI, PCI-64 Busbreite: 32 bit / 64 bit µp: / Pentium / Nachfolger Adressraum Durchsatz 133 Mbyte/s (32 bit, 33 MHz) für Burst, 115 sonst 266 Mbyte/s (32 bit, 66 MHz bzw. 64 bit, 33 MHz) 533 Mbyte/s (64 bit, 66 MHz) für Burst, 490 Mbyte/s sonst Einsatz: Peripherie-Anbindung Teiln.zahl: bis zu 10 (4 Interrupt-Leitungen) Master und Targets Multimaster-System PCI-64 Folie 3-14

8 Vergleich der PCI-Varianten Lösung Takt Leitungen Transfer-Rate PCI 32 bit 33 MHz 33 MHz Mbyte/s PCI 32 bit 66 MHz 66 MHz Mbyte/s PCI 64 bit 33 MHz 33 MHz Mbyte/s PCI 64 bit 66 MHz 66 MHz Mbyte/s PCI-X MHz Mbyte/s PCI-X MHz Mbyte/s PCI-X MHz 64 1 Gbyte/s PCI-X MHz 64 2 Gbyte/s PCI-X MHz 64 4 Gbyte/s PCIe v1 x1 1,25 GHz Mbyte/s (1 Lane) PCIe v2 x1 2,50 GHz Mbyte/s (1 Lane) PCIe v3 x1 GHz 4 1 Gbyte/s Folie 3-15 Futurebus Busbreite: Durchsatz: Einsatz: 32 bit 60 Mbyte/s amerikanische Marine Folie 3-16

9 Multibus I / II Erfinder: Busbreite: Intel I = 8 / 16 bit II = 32 bit Adressraum: 4 Gbyte Durchsatz: 40 Mbyte/s Einsatz: Industrie-Rechner Rackmount Folie 3-17 SBus Erfinder: SUN Busbreite: 32 bit (64 bit Rev. B) Adressraum: 4 Gbyte Durchsatz: 80 Mbyte Einsatz: SPARCstation, ELC, IPX, IPC/2 146,7*83,8 mm vergleichsweise klein 2 Karten pro Doppel-Eurocard (2x 160*100) möglich Folie 3-18

10 MBus Multiprocessor Bus ( Metering Bus (Feldbus)) Erfinder: SUN Busbreite: 64 bit Verwaltung: bis zu 4 Prozessoren mit Arbiter angesteuert Durchsatz: 320 Mbyte/s Einsatz: SPARCstation 10, SPARCsystem 600MP, Solbourne Folie 3-19 XBus Erfinder: Busbreite: Verwaltung: Einsatz: SUN und XEROX 64 bit bis zu 64 Prozessoren in Servern Folie 3-20

11 VME-Bus Versabus Module Europe Erfinder: Thomson, Mostek, Motorola, Philips Busbreite: 32 bit (bei VME64 64 bit) auf Doppel-Europakarte Adressraum: 4 Gbyte Durchsatz: 50 Mbyte/s (praktisch 34 Mbyte/s) Einsatz: Industrierechner, SUN-3, SUN-4, Backplane-Bus Format Doppel-Eurocard 6 U (233,35 mm) 160 mm Anwendung: Luft- und Raumfahrttechnik (ISS) Folie 3-21 VXI-Bus VME extended for Instrumentation Erfinder: National Instruments, Hewlett-Packard, Tektronix u.a spezifiziert Weiterentwicklung des VME-Bus für die Mess- und Prüftechnik Einsatz: High-End-Anwendungen in Luft- und Raumfahrttechnik, Militär Im Low-End und Mid-Range wird VXI von PXI verdrängt; Hersteller wechseln zu PXI und geben VXI auf (z.b. Tektronix) Agilent bietet neuen LXI alternativ für High-End an. Folie 3-22

12 PXI PCI extensions for Instrumentation Entwickler: National Instruments / PXI Systems Alliance 1997 spezifiziert, weiterentwickelt aus dem CompactPCI Einsatz: Mess- und Prüftechnik im Automobil, Luft- und Raumfahrt Folie 3-23 LXI LAN extensions for Instrumentation LAN auf Basis von Ethernet mit Erweiterungen zu Triggerung und Synchronisierung der Instrumente Kühlung Mechanische Schnittstellen Software-Schnittstellen EMV-Aspekte Einsatz: vgl. VXI und PXI auch bei nicht-modularen Geräten Kompaktes Geräteformat: 1 HE * (8,5 oder 19 ) Zeitsynchronisierung per IEEE 1588 (PTP) 7 VXI-11-Protokoll 6 XDR 5 ONC/RPC 4 TCP / UDP 3 IP 2 Ethernet DLL 1 Ethernet PHY Hardware-Triggerung per 8 bidirektionale Kanäle M-LVDS Folie 3-24

13 MXI-Bus Multisystem extension Interface Erfinder: National Instruments Busbreite: 8 / 16 / 32 bit Durchsatz: 10 Mbyte/s Einsatz: Multidrop (Daisy Chain) - Verbindung von Rechnern (50polig) bis 20 m Distanz Folie 3-25 LPC-Bus Low Pin Count Bus Entwickelt von Intel serieller ISA -Bus Nutzt 33-MHz-Takt von PCI Einsatz: Ersatz für ISA Anbindung von langsamen alten Komponenten, die früher mit ISA angefahren wurden: BIOS-ROM, DMA-Controller, PS/2- Maus, parallele und serielle Schnittstellen, etc. Bindet in den meisten der heutigen Rechnern das TPM an Wird software-seitig wie ISA angesprochen, wandelt ISA - Signale in serielle Kommandos SW bleibt gleich, HW ist günstiger herzustellen Folie 3-26

14 I 2 C-Bus Inter-Integrated Circuit Entwickler: Philips Semiconductors (nun NXP Semiconduct.) Einsatz: langsame Kommunikation zwischen Systemkomponenten Serieller Datenbus, 2 Draht Standard-Modus: 100 kbit/s (100 khz Takt) Fast-Modus: 400 kbit/s (Version 1.0) Fast-Modus Plus: 1 Mbit/s (Version 3.0) High-Speed-Modus: 3,4 Mbit/s (Version 2.0) 7 bit Adressen 112 Adressen + 16 reservierte 10 bit Adressen Master-Slave, Multi-Master Daten- und Taktleitung R p R p DA CL Master Slave Slave Slave U Folie 3-27 Rechnerbusse im Überblick IBM-PC DEC Apple SUN ISA Q-Bus Nu-Bus SBus UNI-Bus MBus MCA EISA VL-Bus BI-Bus XBus cpci PCI-X AGP Turbo Ch. Industrie Multibus I/II am. Marine Futurebus SCSI VME VXI PXI MXI LXI SCXI Folie 3-28