Episodio 119 – I BUS dei dati

Episodio 119 – I BUS dei dati

 
 
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ISA, VESA Local BUS, PCI, PCI-X, PCI-Express, SATA, USB, SAS. Questi sono tutti sistemi per il trasferimento dati all’interno di un PC, i cosiddetti BUS. Il più vecchio, ISA, viaggiava a 4MB al secondo, quelli nuovi arrivano a 15GB al secondo, i tempi, come si può notare, corrono!

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Ciao a tutti e bentornati all’ascolto di Pillole di Bit, questa è la puntata 119 e io sono, come sempre, Francesco.

Vi avevo lasciati con un cliffhanger, due puntate fa.
Riprendiamo un po’ le fila.
Questa è la seconda parte di una mini serie all’interno del podcast dove ho intenzione di affrontare l’architettura e il funzionamento dei calcolatori.
La prima puntata, se non l’avete sentita, è la 117, vi consiglio prima di ascoltare quella e poi riprendere questa.
mi ero fermato al BUS PCI Express, però credo che, come al solito, prima di parlare di cose moderne sia necessario capire cosa è un BUS e qual è la sua storia, almeno a grandi linee.
Un BUS è un canale di comunicazione tra periferica e processore o periferica e periferica.
Chi è vecchio avrà certamente in mente le vecchie schede ISA, quelle che si mettevano nel PC e avevano un connettore nero, c’erano le ISA a 8bit e quelle con lo slot più lungo, a 16 bit.
Era un BUS molto facile e molto lento.
Talmente facile che ho progettato una scheda da interfacciare su un BUS ISA all’esame di maturità, nel 1996
Il BUS ISA trasmetteva a una velocità di circa 4MB al secondo
In abbinata al BUS ISA c’erano queste schede lunghissime che si infilavano anche in uno slot aggiuntivo marroncino, il VESA Local BUS, un po’ più performante, ma adatto solo ai processori 486 e con molti limiti di quantità di schede attive contemporaneamente e di stabilità dei dati.

Dopo l’ISA nasce il BUS PCI, è il 1992. Questo bus ha iniziato a fare davvero la differenza nel trasferimento dei dati all’interno di un calcolatore perché è passato a lavorare a 32 bit e ha portato la velocità a 132MB/s. 
da 4 a 132 è un bel salto.

Ma in informatica si sa, la velocità non è mai abbastanza e nel 1999 viene presentato il PCI-X, che non è da confondersi con il PCI express. 
Il PCI-X nella sua versione a 64bit viaggia alla folle velocità di 533MB al secondo.

Adesso nei PC abbiamo degli slot di espansione di dimensioni diverse, alcuni anche molto piccoli. Questi sono gli slot del PCI Express.
Il PCI Express ha alcune caratteristiche profondamente diverse dai vecchi BUS.
La prima è che non è un BUS parallelo.

Alt!

Che vuol dire BUS parallelo?
La comunicazione parallela permette la trasmissione di un byte, ad esempio, in un colpo solo, inviando al destinatario, la CPU o la memoria, tutti e 8 i bit partono e arrivano insieme.
Non pensate che un BUS a 8 bit abbia solo 8 piste che corrono sulla scheda madre, ce ne sono altre, nello standard ISA, persino di più, che danno l’indirizzo dove il dato deve essere mandato.
Arriva quindi al processore l’informazione tutta in un colpo solo: questo dato va messo in questo indirizzo.
Per ridurre i collegamenti, nei BUS successivi la parte di comunicazione era condivisa, veniva prima mandato l’indirizzo e poi, sugli stessi fili, passatemi il termine, il dato.

Adesso le cose sono cambiate e la maggior parte dei BUS sono seriali
Universal Serial Bus, il comune USB
PCI Express
Serial Advanced Technology Attachment, il SATA, quello dei dischi.
E’ tutto seriale, le informazioni viaggiano un bit dopo l’altro, a velocità folle

Perché è più facile da gestire, i cavi sono più piccoli e viste le velocità in gioco si corre davvero forte.
Le connessioni seriali, di base hanno pochi PIN, ad esempio USB ne ha 4.
Il connettore SATA è più grande dalla parte dell’alimentazione che da quella dei dati, per esempio.
I bit partono e arrivano in serie, da qui seriale, uno dopo l’altro. Bene, per tornare la discorso, il PCI Express è un bus seriale, ecco perché il connettore è così piccolo.
Un BUS PCI Express trasmette un massimo di 15GB al secondo in modalità aggregata 16x

Ok, ho sparato in alto, adesso mi spiego meglio

Oltre ad essere seriale, una delle caratteristiche del BUS PCI Express è che ha molti canali tutti indipendenti tra di loro, che però possono essere aggregati. Quindi se una PCI express a 1x viaggia a poco meno di 1GB per secondo, metterne 16 insieme porta a 15GB per secondo, quindi tanti veloci bus seriali messi in parallelo tra di loro.

Tutta questa velocità ha un prezzo: la lunghezza del filo, anche se è una pista su una scheda madre, non può superare i 10 metri.

A questo punto sappiamo cosa è un BUS e più o meno come funziona.
E’ un canale di comunicazione tra CPU e periferica o periferica e memoria, in questo modo si chiama DMA, direct memory access.

Quindi sulle schede madri ci sono gli slot, negli slot ci posso mettere delle schede di espansione, che possono essere di parecchi tipi diversi. 
la scheda di espansione più usata è la scheda video, un dispositivo che ha una sua CPU e una sua RAM dedicata. Solitamente è molto, ma molto più potente della CPU principale del computer.
Qui il discorso si fa più complesso e ne parleremo più avanti.

Ci sono altri tipi di BUS che fanno riferimento alla scheda madre, solitamente al chipset, che è un altro circuito integrato tipo processore che gestisce buona parte delle comunicazioni.
Il più famoso è USB, che partito per essere una connessione facile e lenta, è arrivato ad essere una connessione veloce, indispensabile, sul quale passano segnali di ogni tipo, ricarica e alimentazione dei PC  compresa.
La connessione USB è partita con una velocità massima di 125KB per secondo nel 1996, per passare a 35MB per secondo nel 2000 con USB2 e poi a 400MB per secondo con la USB 3 nel 2008
Lo standard si è affermato grazie soprattutto ad Apple che ha deciso di metterla come unica porta nei primi iMac (oltre alla FireWire, che all’epoca era una vera chicca).
le porte USB sono ormai su ogni dispositivo, anzi, su quelli più moderni sono l’unica porta disponibile
Per certi versi anche il SATA è un BUS, nei sistemi server al posto del SATA c’è il SAS, Serial Attached SCSI che è l’evoluzione del bus SCSI per i dischi veloci di un tempo. Era un cavo con molto più fili dell’IDE, un vero incubo da gestire dentro al server.
C’è da aggiungere che USB è stato il primo connettore al quale si potevano collegare e scollegare dispositivi a computer già acceso. Ad esempio con la PS2 non era possibile. 

SE PCI Express e USB sono molto general purpose, cioè ci posso attaccare dispositivi di tipo molto diverso, SATA è specifico per le memorie di massa.

Ma visto che i tempi corrono, adesso fanno i dischi SSD che vanno direttamente su PCI Express e sono davvero una scheggia.

Riassumendo le due puntate siamo arrivati al punto da conoscere i componenti principali dei computer e come comunicano tra di loro. Da parlare ce n’è ancora un po’ e vi rimando alle future puntate di questa mini serie dentro Pillole di Bit.


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Oggi ve ne consiglio uno, per me nuovo, che mi ha consigliato Fabrizio, che ringrazio anche per la donazione.
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E’ uno di quei podcast che si deve ascoltare dall’inizio, un po’ come gli audiolibri.
Le puntate sono corte, registrate benissimo e di una qualità eccelsa, Rossella, la conduttrice è brava e ci sa fare sia con le parole che con il montaggio.
Personalmente ho trovato un nuovo standard al quale puntare per migliorare i miei podcast.
Questo è finito dritto in classifica dei miei podcast preferiti, al primo posto.

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Bene è proprio tutto, non mi resta che salutarvi e darvi appuntamento alla prossima puntata.

Ciao!