Väylät

Wikiopistosta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Väylä on tietokoneessa tietoa tai virtaa välittävä alijärjestelmä. Väylät ovat fyysisiä rajapintoja, jotka yhdistävät monia erilaisia laitteistoja ja ohjelmistoja siten, että ne pystyvät kommunikoimaan keskenään. Väylien käytöllä saavutetaan pienempi määrä eri komponenttien suoraan toistensa välillä tarvittavia yhteyksiä yhdistämällä useamman komponentin välittämä tieto samassa yhteydessä. Erilaisia väylämalleja ovat:

  • Sisäinen väylä hoitaa prosessorin sisällä tapahtuvan tietoliikenteen
  • Osoiteväylä määrää kuinka paljon muistia prosessori pystyy maksimissaan osoitta
  • Ohjausväylä ajastaa väylän toimintaa.
  • Muistiväylä (FSB, ulkoinen väylä), jonka kellotaajuus ja leveys määräävät kuinka nopeasti prosessori keskustelee muistin kanssa. Prosessorin kellotaajuus määrittyy yleensä ulkoisen väylän nopeuden monikertana.
  • Liitäntä- / oheislaiteväylät

Sisäinen väylä hoitaa prosessorin sisällä tapahtuvan tietoliikenteen. Osoiteväylä määrää kuinka paljon muistia prosessori pystyy maksimissaan osoittamaan. Ohjausväylä ajastaa väylän toimintaa. Muistiväylän kellotaajuus ja leveys määräävät kuinka nopeasti prosessori keskustelee muistin kanssa. Prosessorin kellotaajuus määrittyy yleensä ulkoisen väylän nopeuden monikertana. Liitäntä-/oheislaiteväylät liittävät erinäisiä laitteita emolevyyn, kuten esimerkiksi kovalevyn, näytönohjaimen ja tulostimen. Väyliä ovat esimerkiksi AGP, PCI ja IDE. [1]

IDE (Integrated Drive Electronics)[muokkaa]

IDE-väylän liitäntä emolevyllä

IDE on yleisin mikrotietokoneissa käytetty kiintolevyjen ja CD-rom-asemien liitäntäväylä. Tunnetaan myös nimellä ATA tai AT Attachment. Uudemmissa emolevyissä IDE-ohjain on valmiiksi integroituna ja niitä on yleensä kaksi kappaletta. Yhteen IDE-ohjaimeen voidaan liittää kaksi IDE-laitetta. Toinen liitettävistä laitteista on isäntä (Master) ja toinen orja (Slave) -levy.

IDE-liitännästä on useita eri versioita, jotka ovat taaksepäin yhteensopivia.

Versio Nopeus MB/s
IDE 3.33
FastATA 13.3
FastATA-2 16.6
Ultra ATA/33 33
Ultra ATA/66 66
Ultra ATA/100 100

[2]

SATA (Serial ATA)[muokkaa]

Serial ATA -liitäntöjä emolevyllä, joista kahdessa on kaapeli kytkettynä.

SATA väylä on uusi tapa yhdistää kiintolevyt tietokoneelle. Väylä on huomattavasti nopeampi kuin vanha IDE, mutta IDE väylää käytetään edelleen yhdistämään optiset asemat.[3]

Versio Nopeus Gb/s
SATA 1.0 1.5 Gb/s
SATA 2.0 3 Gb/s
SATA 3.0 6 Gb/s
SATA 3.2 16 Gb/s

SCSI (Small Computer System Interface)[muokkaa]

SCSI mahdollistaa mm. irroitettavien kovalevyjen käytön tietokoneissa. SCSI-väylää käytetään useasti tulostimien, skannerien ja kiintolevyjen liittämiseen tietokoneeseen. SCSI-väylään voi liittää teoriassa kahdeksan lisälaitetta, mutta käytännössä seitsemän, koska itse SCSI-ohjain vie paikan yhdeltä laitteelta.

Eri SCSI-versioiden nopeuksia:

Versio Nopeus MB/s
SCSI 5
SCSI2 5
Fast SCSI 10
Wide SCSI 10
Fast Wide SCSI 20
Ultra SCSI 20
SCSI3 (Ultra Wide SCSI) 40
Ultra2 SCSI 40
Ultra2 Wide SCSI 80
Ultra3 SCSI 160
Ultra160 SCSI 160
Ultra160+ SCSI 160
Ultra320 SCSI 320

[4]

PCI (Peripheral Component Interconnect)[muokkaa]

On 32-bittinen väylä, joka on suunniteltu Pentium-koneiden tarpeita varten. PCI-väylä kytkeytyy prosessoriin väylänhallintapiirin avulla. Tämä piiri antaa väylän toimia itsenäisesti ja keskustella periaatteessa minkä hyvänsä prosessorin kanssa, joten tätä väyläratkaisua voidaan käyttää muuallakin kuin PC-koneissa. Väylän hetkellinen nopeus voi kasvaa noin 132 megatavuun sekunnissa ja väylän kellotaajuus on yleensä 33 MHz. PCI on teknisesti väylä, jossa on omat puskuripiirit. Väylästä on myös 64-bittinen versio.[5]

PCIe (PCI Express)[muokkaa]

PCIe

  • Käytetään I/O kontrollerin ja I/O-laitteen välillä.
  • PCI-väylä on suosittu prosessorista riippumaton väylä.
  • PCIe on jaetusta PCI-väylästä kehitetty nopea yhteys pisteestä pisteeseen.
    PCI Express ja PCI väylät

[6]

Nimi Kaistannopeus Kaistannopeus(16x)
PCI e 1.0 2 Gb/s 8 Gb/s
PCI e 2.0 4 Gb/s 16 Gb/s
PCI e 3.0 8 Gb/s 32 Gb/s
PCI e 4.0 16 Gb/s 64 Gb/s
PCI e 5.0 32 Gb/s 128 Gb/s

[7]

USB (Universal Serial Bus)[muokkaa]

USB 2.0 -laajennuskortti

USB on sarjaväylä oheislaitteiden liittämiseksi tietokoneeseen. USB-liittimet ovat yleisesti käytössä lähes kaikissa mobiililaitteissa ja tietotekniikkalaitteissa. Alunperin USB-väylä kehitettiinkin eri lisälaitteiden liitäntöjen yhdenmukaistamiseksi.

USB-väylän tiedonsiirtonopeudet ovat vuosien mittaan kasvaneet huomattavasti, mutta liittimet ovat viime vuosiin saakka pysyneet lähes samoina. USB-standardi on vuosien saatossa määritellyt pienempiä liittimiä perinteisten, kookkaampien rinnalle.

Nimi Julkaisuajankohta Enimmäistiedonsiirtonopeus Huomautus
USB 1.0 Tammikuu 1996 12 Mb/s (Full-speed)
USB 1.1 Elokuu 1998 12 Mb/s (Full-speed)
USB 2.0 Huhtikuu 2000 480 Mb/s (High-speed)
USB 3.0 Marraskuu 2008 5 Gb/s (SuperSpeed) Tunnetaan myös nimellä USB 3.1 Gen1
USB 3.1 Heinäkuu 2013 10 Gb/s Tunnetaan myös nimellä USB 3.1 Gen2
USB 3.2 Syyskuu 2017 20 Gb/s

[8]

USB-väylässä on vain yksi isäntä (host) ja yksi tai useampia laitteita (device). Isäntälaitteessa on sisäänrakennettu keskitin (root hub), joka tarjoaa yhden tai useamman liityntäpisteen. USB-väylään voidaan myös liittää ulkoisia keskittimiä (hub) kasvattamaan käytettävissä olevien fyysisten porttien määrää. Jokainen USB-väylään liitetty laite ja keskitin saa jokaisella liitäntäkerralla oman osoitteensa, joten vanhoista liitännöistä tuttuja IRQ-ristiriitoja ja I/O -osoiteristiriitoja ei esiinny. Teoreettinen maksimimäärä laitteita USB-väylässä on 127 johtuen osoitteen 7 bitin pituudesta. [8]

VGA (Video Graphics Array)[muokkaa]

VGA-näyttöliitin

VGA on liitäntätyyppi, jota käytetään yhdistämään näyttö tietokoneeseen. Standardi on otettu käyttöön 80 - luvun loppupuolella, joten tämäkin on poistumassa markkinoilta uusien DVI ja HDMI standardien tullessa tilalle. [9]

DVI (Digital Visual Interface)[muokkaa]

Naaraspuolisia DVI-portteja

Uusi näytön ja tietokoneen välinen liitäntä. DVI-liitäntä kehitettiin VGA-liitännän seuraajaksi.[10] VGA:sta poiketen DVI-liitäntä kantaa digitaalista signaalia.[11]

  • DVI-A (DVI-Analog) siirtää vain analogisignaalia.
  • DVI-D (DVI-Digital) siirtää vain digitaalisignaalia.
  • DVI-I (DVI-Integrated) siirtää sekä analogi- että digitaalisignaalia.

DVI-I-liitännällä olevaan näytönohjaimeen voi siis liittää myös VGA-monitorin.

HDMI (High Definition Multimedia Interface)[muokkaa]

HDMI standardia käytetään tietokoneissa sekä televisioissa. Tämän liitännän avulla voidaan siirtää HD-videokuvaa. [12]

ISA (Industry Standard Architecture)[muokkaa]

ISA on vuonna 1981 tehty laajennusväylä.

Alkuperäinen väylä oli 8 bittiä leveä rinnakkaisväylä ja kellotaajuudeltaan 4,77 MHz, joka oli synkronissa IBM PC:n 8088-suorittimen kellotaajuuteen. IBM AT esitteli 16-bittisen väylän, joka toimi 6 tai 8 MHz:n taajuudella, jolloin sen käytännön siirtonopeus oli korkeintaan noin 4 MB/s.

Siihen pystyttiin liittämään erilaisia kiintolevyohjaimia, verkkokortteja ja näytönohjaimia.

Se on kaikkein laajimmalle PC-tietokoneissa levinnyt laitteistoväylä sen yksinkertaisen valmistusprosessin, sekä edullisuuden vuoksi.

ISA-väylän tiedonsiirtokapasiteetti oli kuitenkin liian heikko vaativimmille näytönohjaimille, ja sille lähdettiin etsimään nopeampaa seuraajaa 1980-luvun lopulla.

AGP (Accelerated Graphics Port)[muokkaa]

Universaali AGP-portti (ruskea portti)

AGP mahdollistaa näytönohjaimen ja tietokoneen emolevyn piirisarjan välille laajakaistaisen yhteyden. AGP perustuu nopeudeltaan paranneltuun PCI-väylään. AGP-liitäntä käyttää 66MHz PCI-määrittelyä. AGP-väylä on fyysisesti, loogisesti ja sähköisesti riippumaton PCI:stä.[13]

AGP-portteja ja niiden nopeuksia emolevyltä näytönohjaimelle:

1X - 266 MB/s
2X - 533 MB/s
4X - 1066 MB/s
8X - 2133 MB/s

VMEbus (Versa Module Europa bus)[muokkaa]

VMEbus on alunperin Motorola 68000 -sarjan suorittimien käyttöön vuonna 1981 kehitetty väylä, jonka käyttö laajeni muihinkin käyttötarkoituksiin, mikä johti sen standardisointiin. [14]

Sitä käytetään muun muassa asejärjestelmissä, liikennejärjestelmissä ja roboteissa. Se kestää iskuja, vaihtelevia lämpötiloja ja väreilyä enemmän kuin normaalien tietokoneiden väylät. Siksi niitä käytetään vaativissa olosuhteissa, koska ne kestävät kovaakin käyttöä. [15]

Lähteet[muokkaa]

  1. http://appro.mit.jyu.fi/2005/kesa/laitteistot/luennot/luento1/
  2. (http://appro.mit.jyu.fi/doc/tietokone/index3.html), IDE. Viitattu 4.12.2018
  3. (http://koti.kainuu.com/jankkinen/verkkokurssi/vaylat.htmll), SATA. Viitattu 4.12.2018
  4. (http://appro.mit.jyu.fi/doc/tietokone/index3.html), SCSI. Viitattu 4.12.2018
  5. http://appro.mit.jyu.fi/doc/tietokone/index3.html
  6. Itä-Suomen yliopiston tietokonejärjestelmät kurssin luentomoniste: syöttö- ja tulostusjärjestelmät -I/O
  7. https://www.extremetech.com/computing/250640-pci-sig-announces-plans-launch-pcie-5-0-2019-4x-bandwidth-pcie-3-0
  8. 8,0 8,1 (https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/134758/haapala_ilkka.pdf?sequence=1), USB. Viitattu 4.12.2018
  9. (http://koti.kainuu.com/jankkinen/verkkokurssi/vaylat.htmll), VGA. Viitattu 4.12.2018
  10. (http://koti.kainuu.com/jankkinen/verkkokurssi/vaylat.htmll), DVI. Viitattu 4.12.2018
  11. (https://www.hardware.fi/artikkelit/artikkeli.cfm/opas-tyopoytanayttojen-teknologia-ja-terminologia/3), Hardware.fi Viitattu 6.12.2018
  12. (http://koti.kainuu.com/jankkinen/verkkokurssi/vaylat.htmll), HDMI. Viitattu 4.12.2018
  13. http://users.utu.fi/ptmusta/agp_connector.shtml
  14. https://www.vita.com/page-1855175
  15. https://whatis.techtarget.com/definition/VMEbus-VersaModular-Eurocard-bus