论文部分内容阅读
数据传输一直以来是PC体系结构的一个弱点，因为CPU处理能力的提高速度远远比磁盘和网络I/O快得多。如果磁盘和网络I/O的速度得不到有效提高，处理器的速度再快也没有多少意义。
所以为优化整体系统性能，系统平衡是很重要的。CPU、局部存储器和I/O设备必须协同工作才能为最终用户提供一个有效的工作环境。如果系统的某一方面（如输入/输出）成了瓶颈，系统的整体性能必定会受到影响。在客户机/服务器计算环境中这一点尤为突出，因为该环境中最终用户严重依赖数据、应用程序、外设等网络资源，并需要与网络上的其它用户进行交互。
在处理器里嵌入二级（L2）高速缓存和支持更多的内存可以提高访问速度，但根本的方法还是改进现有的I/O总线，使之速度提高到极限或开发新一代的I/O技术。
改进PCI总线
目前广泛应用的PCI总线还是在486时代就已经开始使用的运行在33MHz的32位PCI总线，从那时到现在，CPU的速度已提高了10倍以上，前不久，Intel和AMD已发布了运行在1GHz的CPU，二者之间的差距将会越拉越大。现在Intel和其他几家最大的PC供应商正试图改变这一状况，Intel已推出了64位/33MHz PCI总线，最近又推出了64位/66MHz PCI总线，把PCI总线的吞吐量提高到4.2Gbps。而Compaq、HP和IBM则联合起来开发速度更快的PCI-X，把64位/133MHz PCI总线的总吞吐量提高到8.5Gbps以上。这种技术将在2000年下半年得到应用。
对于使用32位/33MHz PCI的用户来说，PCI-X无疑是一种巨大的进步。IBM声称在最大速度下运行的PCI-X总线的性能将是32/33 PCI总线的10几倍。并且速度并非PCI-X的唯一优势。支持者声称PCI-X可以提高PCI总线的错误隔离能力，因为它有助于操作系统与适配器一道有效管理错误条件。
PCI-X的主要缺陷是它能支持的设备数量太少，而且PCI-X能在多长时间和多大程度上得到应用仍未可知。参与开发这一规范的供应商宣称PCI-X将有2-3年寿命，到时可能会出现速度更快的规范。但具体情况如何恐怕还要取决于象网状交换（fabric-based switching）等新的I/O技术能否很快得到普及。
Ultra160：第五代SCSI总线
SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）这种对于低端PC来说显得过于昂贵的技术在需要高性能的网络服务器和工作站领域却得到了广泛的应用，现在已经成为网络服务器的标准的接口选择。从SCSI-1最初的5MB/sec到今天的160MB/sec，SCSI一直提供优异的性能表现，在2001年，SCSI将达到320MB/sec的速度。
Ultra160 SCSI，第五代SCSI，在完全支持以前的SCSI设备的同时，其性能达到Ultra2 SCSI标准（最高80MB/sec）的2倍。Ultra160 SCSI在每个时钟周期内发送的是两位数据而不是一位，因而比Ultra2 SCSI有更高的吞吐量。双边界时钟是Ultra160 SCSI提高现有的设计方案的几种先进特点之一。此外，Ultra160 SCSI为原来的SCSI设备提供了完全的向后兼容性。一块单一的Ultra160 SCSI卡可以连接老设备和新设备，包括硬盘驱动器、CD-ROM、磁带驱动器、光盘存储以及扫描仪。
域确认和循环冗余检测（CRC）技术增强了系统的可靠性。域确认不光为SCSI技术设置可靠的速度限制，同时管理软件还可利用它来监视性能、建设总线的调整以获得更大的吞吐量、预测可能出现的问题，并提示管理员进行必要的维护。循环冗余检测（CRC）技术保证所有的数据以正确的形式达到正确的目的地。每个数据块包含数学编码形式的多余比特，接收设备可以验证其内容。
在未来几年内，Ultra SCSI设计将从新的技术提高中受益，比如最高速度从160MB/sec提高到320以及640MB/sec、带宽密度的提高以及改进的封装允许在一个PCI主机适配器上连接多达60个设备。SCSI外围设备将继续成为高性能工作站和服务器的选择。
智能化输入/输出（I2O）
I2O规范（智能化输入/输出规范）的提出和开发是为了满足在不同种类的操作系统间及在各种主机平台之间移植设备驱动程序的强烈要求和对分布式、智能化输入/输出处理的日益高涨的要求。其基本目标是开发一种设备驱动程序体系结构，这种体系结构既与被控制的专门设备无关，也与具体的主机操作系统无关。这些无关性是通过逻辑上把驱动程序中用于管理设备的部分与驱动程序中与特定操作系统相关的具体实现细节部分分开而实现的。这种方法（或这样的驱动程序体系结构）使得我们可以在不同操作系统间移植驱动程序中用于管理设备的部分。I2O还能隐藏各种机制之间的通讯本质，从而提供处理器独立性和总线技术独立性。
I2O的设计实现了智能化输入/输出子系统，并支持多个独立处理器之间的消息传递。目前设备驱动程序体系结构的各个层上都有中断密集型输入/输出任务，I2O的智能化的输入/输出体系结构将把主机从这些任务中解放出来，从而极大地改善了系统的输入/输出性能。与I2O兼容的系统能更有效地满足范围广泛的高带宽应用程序——如网络视频、群件和客户机/服务器处理——对输入输出吞吐量的要求。同时，I2O对这些层次模块的执行环境没有限制：支持单处理器，多处理器和集群系统。
I2O提供了一种十分具有发展前景的设备驱动程序模式，可以替代传统的程序结构。但它并不打算创造一个全新的接口并取代目前正在使用的设备驱动程序体系结构。I2O的目的是提供一种开放的、基于标准的方法，这种方法既能改进现有的驱动程序，又为新一代可移植、智能化输入输出解决方案的快速发展提供一个框架。
I2O规范将被用于系统、网络和外围设备接口卡；操作系统经销商也将使用I2O规范简化建造、维护高性能输入/输出子系统的繁重劳动。I2O的最初版本支持以下操作系统：NT，Netware4和Unixware；支持以下网络：Ethernet（以太网），TokenRing（令牌网），FDDI（分布式光纤网），ATM（异步交换网）；支持的外围接口有：SCSI、SCSI-II、fast SCSI-II接口和光纤通道。将来的版本计划支持更多的操作系统、外围设备接口和网络接口。
下一代I/O技术
到2000之后，PCI可能要随着点对点I/O的出现而淡出市场。和PCI等共享总线技术相比，点对点I/O技术有两个明显的优点。首先，随着共享总线速度的提高，为了维持信号的完整性，必然要降低总线长度和负荷能力。点对点I/O允许采用I/O子系统连接相距较远的设备，在所支持的设备数量方面的伸缩性非常大。因此，它适用于企业连网、系统域网络（system area network）和群集。
其次，当共享总线的一个设备发生故障时，其他所有设备都可能会受影响。在交换式点对点I/O总线里，可以把发生故障的设备隔离开，所以不会影响其他设备。
网状交换式点对点I/O将有两种版本：Intel的Next Generation I/O（NGIO，www.ngioforum.org），以及3Com、Adaptec、Cisco Systems、Compaq、HP和IBM发起的Future I/O（www.futureio.org）。
比较而言，Future I/O的速度更高，NGIO制定一个2.5Gbps（大约200Mb/sec）接口，而主Future I/O互连为1Gb/sec。从传输距离来看，NGIO定义了系列化电缆接口，最大传输距离为17.5米。而Future I/O要使用并行电缆实现互连，而且只有10米传输距离。但是，Future I/O还定义了2种光纤接口，其中一种供300米传输之用，另一种供300米以上的传输之用。
很多观察家相信这两种标准最终将走向统一，但就目前的情况而言，二者之间的分野是显而易见的。
所以为优化整体系统性能，系统平衡是很重要的。CPU、局部存储器和I/O设备必须协同工作才能为最终用户提供一个有效的工作环境。如果系统的某一方面（如输入/输出）成了瓶颈，系统的整体性能必定会受到影响。在客户机/服务器计算环境中这一点尤为突出，因为该环境中最终用户严重依赖数据、应用程序、外设等网络资源，并需要与网络上的其它用户进行交互。
在处理器里嵌入二级（L2）高速缓存和支持更多的内存可以提高访问速度，但根本的方法还是改进现有的I/O总线，使之速度提高到极限或开发新一代的I/O技术。
改进PCI总线
目前广泛应用的PCI总线还是在486时代就已经开始使用的运行在33MHz的32位PCI总线，从那时到现在，CPU的速度已提高了10倍以上，前不久，Intel和AMD已发布了运行在1GHz的CPU，二者之间的差距将会越拉越大。现在Intel和其他几家最大的PC供应商正试图改变这一状况，Intel已推出了64位/33MHz PCI总线，最近又推出了64位/66MHz PCI总线，把PCI总线的吞吐量提高到4.2Gbps。而Compaq、HP和IBM则联合起来开发速度更快的PCI-X，把64位/133MHz PCI总线的总吞吐量提高到8.5Gbps以上。这种技术将在2000年下半年得到应用。
对于使用32位/33MHz PCI的用户来说，PCI-X无疑是一种巨大的进步。IBM声称在最大速度下运行的PCI-X总线的性能将是32/33 PCI总线的10几倍。并且速度并非PCI-X的唯一优势。支持者声称PCI-X可以提高PCI总线的错误隔离能力，因为它有助于操作系统与适配器一道有效管理错误条件。
PCI-X的主要缺陷是它能支持的设备数量太少，而且PCI-X能在多长时间和多大程度上得到应用仍未可知。参与开发这一规范的供应商宣称PCI-X将有2-3年寿命，到时可能会出现速度更快的规范。但具体情况如何恐怕还要取决于象网状交换（fabric-based switching）等新的I/O技术能否很快得到普及。
Ultra160：第五代SCSI总线
SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）这种对于低端PC来说显得过于昂贵的技术在需要高性能的网络服务器和工作站领域却得到了广泛的应用，现在已经成为网络服务器的标准的接口选择。从SCSI-1最初的5MB/sec到今天的160MB/sec，SCSI一直提供优异的性能表现，在2001年，SCSI将达到320MB/sec的速度。
Ultra160 SCSI，第五代SCSI，在完全支持以前的SCSI设备的同时，其性能达到Ultra2 SCSI标准（最高80MB/sec）的2倍。Ultra160 SCSI在每个时钟周期内发送的是两位数据而不是一位，因而比Ultra2 SCSI有更高的吞吐量。双边界时钟是Ultra160 SCSI提高现有的设计方案的几种先进特点之一。此外，Ultra160 SCSI为原来的SCSI设备提供了完全的向后兼容性。一块单一的Ultra160 SCSI卡可以连接老设备和新设备，包括硬盘驱动器、CD-ROM、磁带驱动器、光盘存储以及扫描仪。
域确认和循环冗余检测（CRC）技术增强了系统的可靠性。域确认不光为SCSI技术设置可靠的速度限制，同时管理软件还可利用它来监视性能、建设总线的调整以获得更大的吞吐量、预测可能出现的问题，并提示管理员进行必要的维护。循环冗余检测（CRC）技术保证所有的数据以正确的形式达到正确的目的地。每个数据块包含数学编码形式的多余比特，接收设备可以验证其内容。
在未来几年内，Ultra SCSI设计将从新的技术提高中受益，比如最高速度从160MB/sec提高到320以及640MB/sec、带宽密度的提高以及改进的封装允许在一个PCI主机适配器上连接多达60个设备。SCSI外围设备将继续成为高性能工作站和服务器的选择。
智能化输入/输出（I2O）
I2O规范（智能化输入/输出规范）的提出和开发是为了满足在不同种类的操作系统间及在各种主机平台之间移植设备驱动程序的强烈要求和对分布式、智能化输入/输出处理的日益高涨的要求。其基本目标是开发一种设备驱动程序体系结构，这种体系结构既与被控制的专门设备无关，也与具体的主机操作系统无关。这些无关性是通过逻辑上把驱动程序中用于管理设备的部分与驱动程序中与特定操作系统相关的具体实现细节部分分开而实现的。这种方法（或这样的驱动程序体系结构）使得我们可以在不同操作系统间移植驱动程序中用于管理设备的部分。I2O还能隐藏各种机制之间的通讯本质，从而提供处理器独立性和总线技术独立性。
I2O的设计实现了智能化输入/输出子系统，并支持多个独立处理器之间的消息传递。目前设备驱动程序体系结构的各个层上都有中断密集型输入/输出任务，I2O的智能化的输入/输出体系结构将把主机从这些任务中解放出来，从而极大地改善了系统的输入/输出性能。与I2O兼容的系统能更有效地满足范围广泛的高带宽应用程序——如网络视频、群件和客户机/服务器处理——对输入输出吞吐量的要求。同时，I2O对这些层次模块的执行环境没有限制：支持单处理器，多处理器和集群系统。
I2O提供了一种十分具有发展前景的设备驱动程序模式，可以替代传统的程序结构。但它并不打算创造一个全新的接口并取代目前正在使用的设备驱动程序体系结构。I2O的目的是提供一种开放的、基于标准的方法，这种方法既能改进现有的驱动程序，又为新一代可移植、智能化输入输出解决方案的快速发展提供一个框架。
I2O规范将被用于系统、网络和外围设备接口卡；操作系统经销商也将使用I2O规范简化建造、维护高性能输入/输出子系统的繁重劳动。I2O的最初版本支持以下操作系统：NT，Netware4和Unixware；支持以下网络：Ethernet（以太网），TokenRing（令牌网），FDDI（分布式光纤网），ATM（异步交换网）；支持的外围接口有：SCSI、SCSI-II、fast SCSI-II接口和光纤通道。将来的版本计划支持更多的操作系统、外围设备接口和网络接口。
下一代I/O技术
到2000之后，PCI可能要随着点对点I/O的出现而淡出市场。和PCI等共享总线技术相比，点对点I/O技术有两个明显的优点。首先，随着共享总线速度的提高，为了维持信号的完整性，必然要降低总线长度和负荷能力。点对点I/O允许采用I/O子系统连接相距较远的设备，在所支持的设备数量方面的伸缩性非常大。因此，它适用于企业连网、系统域网络（system area network）和群集。
其次，当共享总线的一个设备发生故障时，其他所有设备都可能会受影响。在交换式点对点I/O总线里，可以把发生故障的设备隔离开，所以不会影响其他设备。
网状交换式点对点I/O将有两种版本：Intel的Next Generation I/O（NGIO，www.ngioforum.org），以及3Com、Adaptec、Cisco Systems、Compaq、HP和IBM发起的Future I/O（www.futureio.org）。
比较而言，Future I/O的速度更高，NGIO制定一个2.5Gbps（大约200Mb/sec）接口，而主Future I/O互连为1Gb/sec。从传输距离来看，NGIO定义了系列化电缆接口，最大传输距离为17.5米。而Future I/O要使用并行电缆实现互连，而且只有10米传输距离。但是，Future I/O还定义了2种光纤接口，其中一种供300米传输之用，另一种供300米以上的传输之用。
很多观察家相信这两种标准最终将走向统一，但就目前的情况而言，二者之间的分野是显而易见的。