Реферат по дисциплине Контроль и диагностика измерительновычислительных комплексов
 Скачать 116.5 Kb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Гагарина Ю.А. Кафедра «Приборостроение» Реферат по дисциплине «Контроль и диагностика измерительно-вычислительных комплексов» Тема: «Интерфейс PCI Express. Основные характеристики. Области применения.» Выполнил: студент 3 курса б-ПБРС31 Кузьмин Тимофей Васильевич Проверил: начальник НИЛ № 231 КБ Полушкин Алексей Викторович Саратов 2022 Содержание: Введение……………………………………………………..............................................................3 Основная часть………………………………………………............................................................4 Заключение…………………………………………………..............................................................7 Список используемых источников………………………...............................................................8 Введение Под интерфейсом для измерительной техники понимают совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, обеспечивающих нормальное функционирование комплекса в режиме автоматического сбора, обработки, отображения и хранения измерительной информации. Интерфейс состоит из общей магистрали для скоростной передачи приборных (информационных) и интерфейсных сообщений; интерфейсной части измерительных приборов (функциональных элементов); устройства управления (контроллера). GPIB - General Purpose Interface Bus - универсальная интерфейсная плата реализующих дистанционное программное управление всеми параметрами приборов и удаленного управляющего компьютера, снабженного интерфейсной платой адаптера, которая обеспечивает согласование магистрали используемого компьютера с 16-разрядной магистралью приборного интерфейса. RS-232, RS-422 и RS-485 - интерфейсы для цифровой передачи данных. Стандарт RS-232 более известен как обычный СОМ порт компьютера или последовательный порт. Интерфейсы RS-422 и RS-485 широко применяются в промышленности для соединения различного оборудования. CAN (Controller Area Network) - это промышленный стандарт, позволяющий осуществить объединение в единую сеть различных узлов, механизмов, датчиков и т. п. Протокол является широковещательным, это значит, что все устройства в CAN-сети принимают все передаваемые по шине сигналы. Режим передачи данных - последовательный, при этом байты сообщений формируют кадры определенного вида. Структуру этих кадров данных мы также обязательно разберем в этой статье. USB - промышленный стандарт, изобретённый в середине 1990-х годов и содержащий кабели, разъемы и протоколы обмена данными, а также возможность использования между компьютерами и электронными устройствами. USB был сконструирован для стандартизации соединения компьютерных периферийных устройств. I2C - Последовательная асимметричная шина для связи между интегральными схемами внутри электронных приборов. Использует две двунаправленные линии связи, применяется для соединения низкоскоростных периферийных компонентов с процессорами и микроконтроллерами SPI Последовательный периферийный интерфейс (SPI)-это спецификация интерфейса синхронной последовательной связи, используемая для связи на короткие расстояния, в основном во встроенных системах. PCI Express означает Peripheral Component Interconnect Express и представляет собой стандартный интерфейс для подключения периферийного оборудования к материнской плате на компьютере. MIL-STD-1553 — это военный стандарт , опубликованный Министерством обороны США , который определяет механические, электрические и функциональные характеристики последовательной шины данных. Ethernet — семейство технологий пакетной передачи данных между устройствами для компьютерных и промышленных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI . SATA последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA, который после появления SATA был переименован в PATA. FireWire представляет собой стандарт высокоскоростной шины последовательного типа. Он необходим для передачи цифрового контента между компьютерными устройствами и различной электроникой. Данный стандарт на сегодня является устаревшим. 2) Основная часть: Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel. Спецификации первой его версии появились еще в 2002 году. Сейчас развитием PCI Express занимается организация PCI Special Interest Group, в совет директоров которой входят представители основных разработчиков аппаратного и программного обеспечения (Intel, Microsoft, IBM, AMD, Sun Microsystems, HP, NVIDIA и другие). В своем развитии PCIe прошел несколько этапов и уже развился до версии 5.0. Контроллер (управляющее устройство) линий PCIe не так давно встраивался только в чипсет (главную микросхему) материнской платы. Но, начиная с 2009 года, контроллер PCIe добавляется производителями также и непосредственно в центральный процессор. Это уменьшает задержки и позволяет процессору более эффективно взаимодействовать с другими устройствами. б) модель взаимодействия стеков для рассматриваемого интерфейса (физический, канальный, сетевой, транспортный и т.п.); PCIe является полнодуплексным протоколом, то есть предусматривает использование независимых друг от друга каналов приёма и передачи данных (устройство может одновременно отправлять и получать данные). Перед отправкой данные кодируются в блоки. Это необходимо для синхронизации передающего и принимающего устройств, а также уменьшения влияния помех. В версиях PCIe 1.0 и PCIe 2.0 используется схема кодирования 8b/10b. То есть, каждый 8-битный блок кодируется в 10-битный, в котором только 80% передаваемых данных являются полезными. Остальные 20% нужны для обеспечения правильной работы протокола. В PCIe 3.0 и боле новых ее версиях данные кодируются по более эффективной схеме 128b/130b (каждые 128 бит кодируются в 130-битный блок). Доля полезного содержания в передаваемых данных здесь составляет уже около 98,46%. Разные версии PCIe отличаются не только способом "упаковки" битов в блоки, но и частотой передачи данных. В PCIe 1.0 она составляет 2,5 ГТ/с (гигатранзакций в секунду), то есть за одну секунду передается 2,5 миллиарда битов. Для лучшего восприятия переведем это в привычные единицы: 2,5*109 Бит / с = 312,5 Мегабайт / с. Учитывая, что только 80% из них являются полезными данными, реальная пропускная способность PCIe 1.0 составляет 250 Мегабайт / с. В PCIe 5.0 частота передачи данных возросла аж до 32 ГТ/с. Переведем это в удобный вид: 32*109 Бит / с = 4000 Мегабайт / с = 4 Гигабайт / с. Поскольку полезные данные составляют 98,46%, реальная пропускная способность PCIe 5.0 равна 3,938 Гигабайт / с. Подробнее об особенностях разных версиях PCIe см. в таблице:
в) провести сравнение с остальными видами интерфейсов (см. перечисленные в вопросах), показать преимущества и недостатки (желательно привести сравнительные таблицы для наглядности); Основными соперниками интерфейса являются Ethernet, SATA, USB
В абсолютном исчислении среди рассматриваемых интерфейсов самый быстрый — PCI Express, что не удивительно, ведь он изначально создан для работы с гораздо более скоростными устройствами. г) привести примеры использования различных интерфейсов для обмена между устройствами, входящими ИВК. Чем обусловлен выбор интерфейса в каждом конкретном случае? Структуру ИВК во многом определяют используемые интерфейсы. Кроме информационной и конструктивной совместимости они должны обеспечивать и программную совместимость. Стоит выбирать интерфейс исходя из 3-х основных факторов: 1. Необходимая «толщина канала», т. е. какой объём данных потребуется передавать, будут ли это редкие управляющие сигналы или же поток данных, и какие допустимы задержки; 2. Цена и доступность PHY, а также необходимые дополнительные компоненты к нему; 3. Протоколы, используемые поверх этого интерфейса — какие есть стандартные и подходят ли они для вашей задачи или же наоборот — легко ли будет написать свой протокол, специально под конкретную задачу; д) согласование устройств с различными интерфейсами; Версии и количество линий PCIe в разных моделях процессоров и чипсетов отличается. Большая их часть формируется в разъемы, размещаемые на материнской плате. Они позволяют подключать к компьютеру разнообразные устройства (видеокарты, звуковые карты, сетевые карты, Wi-Fi-адаптеры и др.). На материнской плате современного компьютера можно найти разъемы PCIe нескольких видов, отличающихся количеством используемых в них линий PCIe (от х1 до х16 линий). Не зависимо от того, насколько старым является компьютер, и какая версия PCIe в нем используется, эти разъемы всегда выглядят одинаково. Разные версии PCIe являются полностью совместимыми. То есть, если в старый компьютер, где используется версии PCIe 2.0, установить, например, видеокарту с PCIe 4.0, она будет нормально работать. Однако, реальная скорость обмена данными при этом у нее будет ограничена возможностями PCIe 2.0. И наоборот, в самый новый компьютер с PCIe 4.0 можно без проблем установить старую видеокарту с PCIe 2.0. Еще одной особенностью PCIe является совместимость разных ее разъемов. В разъем PCIe x16 можно подключить не только видеокарту, но и абсолютно любое другое устройство PCIe, в том числе и с разъемом PCIe x8, PCIe x4 или PCIe x1. Совместимость разъемов сохраняется также и в обратную сторону. То есть, в разъем PCIe x1 можно установить видеокарту с разъемом PCIe x16. Физически она туда не войдет, но если разрезать заднюю стенку разъема, то все получится. Это, конечно же, "кустарщина" и без крайней надобности так делать не нужно. Тем более, что видеокарта при таком подключении будет работать в режиме PCIe x1, что весьма негативно скажется на ее быстродействии. В ноутбуках для установки дополнительных устройств вместо упомянутых выше разъемов используется более компактный вариант - Mini PCIe. Линии PCIe используются также для создания некоторых других разъемов, в частности, разъемов M.2 (служат для подключения современных запоминающих устройств, а также устройств некоторых других типов). Распознавание изображений-это приложение машинного обучения, которое находит и идентифицирует объекты на изображениях и видео. Люди могут легко распознавать объекты, но системы компьютерного зрения еще не совсем справляются с этой задачей; однако они быстро совершенствуются благодаря графическим процессорам и методам глубокого обучения. Вместо того, чтобы просто распознавать отдельные объекты, существует программное обеспечение, которое может описать всю сцену на картинке. В декабре 2015 года исследователи из Microsoft использовали графические процессоры для достижения рекордных результатов в ImageNet с использованием нейронной сети уровня 152. Объем вычислительной мощности, необходимой для такой глубокой нейронной сети, огромен, но при использовании графических процессоров вместо процессоров количество времени обработки может быть значительно сокращено. Один из новых продуктов One Stop Systems, GPUltima хорошо подходит для таких приложений, как глубокое обучение и распознавание изображений. GPUltima-это 14,3 петафлопс вычислительных кластеров в стойке, которая содержит до восьми узлов, причем каждый узел содержит до 16 ускорителей, причем каждый ускоритель содержит 2 графических процессора и один или два сервера с двумя сокетами. Клиенты могут создавать до полной стойки, по одному узлу за раз, в зависимости от требований своего приложения. Полная стойка содержит 256 сетевых графических процессоров, использующих новейшие технологии PCIe и Infiniband. ж) рассмотреть возможности дальнейшего совершенствования выбранного вами интерфейса PCI e показывает наилучшие результаты по сравнению в другими интерфейсами, имеет несколько разработок новых версий интерфейса. А также все современные и будущие технологии будут опираться на него для достижения максимальной производительности. 3) Заключение – анализ изученного и изложенного материала с кратким выводом о перспективах развития ИВК и интерфейсов обмена в них. Как показала практика Pci e наилучший выбор среди подобных себе интерфейсов. Имеет большой потенциал к развитию. Как и прежде, PCI Express 6.0 обратно совместим со всеми прошлыми поколениями PCIe, однако если вернуться к версии 1.0, то мы сможем получить только 4 ГБ/с в одну сторону, от порта x16. Теперь мы будем передавать в 32 раза больше данных, через такое же соединение. Прошлые версии PCI Express становились все быстрее и быстрее, за счет увеличения собственной частоты передачи, но ее невозможно увеличивать постоянно, поскольку сигнал может стать нестабильным. Это в некоторой степени напоминает Wi -Fi 5 ГГц, который безусловно быстрее обычного 2,4 ГГц соединения, но он также становится не таким стабильным на больших расстояниях.Таким путём, данный интерфейс будет использоваться и совершенствоваться ещё долгое время Используемая литература: М. Гук «Интерфейсы персонального компьютера». Справочное пособие. СПб. Propaganda Art's, 1999г.- 385с. 2) Ф. Дженнингс «Практическая передача данных. Модемы, сети и протоколы.» М.: Мир – 1989г. Интерфейсы систем обработки данных. Справочник. А.А. Мячев, В.Н. Степанов, В.К.Щербо, М.: Радио и связь, 1989 г. – 416 с.: ил. Локальные вычислительные сети: Справочник. В 3-х кн / Под.ред. С.В.Назарова. — М.: Финансы и статистика, 1994 — Т. Кн.1. Принципы построения, архитектура, коммуникационные средства. — 208 с. — 10 000 экз. Самойленко В.В. Локальные сети. Полное руководство. Киев. Издательство: Век +, ISBN 966-7140-28-8, 400 стр. 2002 Яшкардин В. Л. USB. Спецификация универсальной последовательной шины.. SoftElectro (2011). В. И. Слюсар «PCI Express. Лицо стандарта” Мир автоматизации. № 1 2006г. С.38— 41 http://slyusar.kiev.ua/standart_PCI_EXPRES.pdf С.Н. Зайченко Какие платформы выбирать российскому потребителю для построения модульных тестовых систем? 2015 http://www.informtest.ru/upload/iblock/abe/abe6d2f01bdb8e96d3f10f22869f64f1.pdf Интегральные схемы кабельного повторителя под интерфейс USB 1.1, а также удлинитель USB 2 ОМИКС для передачи сигнала на расстояние до 40 метров, (Компоненты и технологии №6'2009) Микросхемы для реализации физического уровня протокола PCI Express , (Компоненты и технологии №9'2009) Простые решения FTDI: от USB-хоста до высокоскоростных аппаратных мостов интерфейса USB-UART / FIFO, (Компоненты и технологии №5'2009 Новые компоненты для Embedded Internet и решения на их основе , (Компоненты и технологии №4'2009) Обзор USB-компонентов от Texas Instruments, (Компоненты и технологии №11'2008) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||