Praegusele ajajärgule on omased kiired muutused arvutitega seotud valdkonnas
ning muutustega kursisolek on lausa moes. Lisaks tavapärasele evolutsioonile
on turul terve rida lahendusi, mis teatud mõõtmes ületavad väljakujunenud
standardeid, kuid pole kas piisavalt head või pole neil piisavat seljatuge,
et saada valitsevateks. Ühel hetkel saabub uus tegija ning korjab aasta
auhinnalaua tühjaks. Käesolev artikkel käsitleb uusi tuuli eelkõige protsessorite
ning välissiinide valdkonnas, kuid olgem ausad - see on vaid piisk tulevaste
muutuste meres.
Kas AMD või Pentium, kas AMD 3Dnow! käsustik või ainult MMX, kas Slot 1
või Socket 7 või hoopis Socket 370, kas DirectX+ActiveX, kas Creative või
Aureal audio, kas Nvidia või 3Dfx graafika jne. Paljuski võib tegu olla
vaid uute värskete tegijate poolt põhjustatud häiritusega ehk fluktuatsiooniga,
mille suurfirma rahulikult alla neelab, kui aeg küpseks saab. Siiski, see
on tants nugadel ning otsusega hilinemine võib panna ka "suure" pikaldaselt
põdema ning esiliinilt taanduma. Võib veendunult prognoosida, et aastad
1999 ja 2000 toovad esile uusi tegijaid ja raputavad jätkuvalt vanu. Lõppkasutaja
aga võidab, sest suhteliselt väikese väljaminekuga saab uskumatult palju
arvutusvõimsust - tänapäeva lauaarvuti on igas mõttes jõudsam kui 1976.
aasta supearvuti Cray-1, mis maksis siis 4 miljonit dollarit.
PROTSESSORID
Kui mõned aastad tagasi oli riistvara tegijate jaoks oluline saada oma
tootele peale Windows-ühilduvuse logo, siis praeguses protsessorite sõja
olukorras ei ole see enam sugugi ainukriteerium, olgu pealegi, et kontoritarkvara
osas on Microsoft kindlalt standardiks saanud ja teised tarkvara tegijad
peavad hoolt kandma selle eest, et MS Wordi ja muude formaatide filtrid
oleksid kindlalt paigas, vältimaks klientide kaebusi ja kaotusi. Täiesti
loomulik, et töö seisukohalt on ühilduvus kõige tähtsam või muidu takerdub
kogu äritegevus pisiasjade taha. Paraku pole kontoritarkvara tänapäeval
ammugi enam maailmas suunamääraja, selleks kipuvad saama hoopiski mängud.
Mängude valdkonnas on kaos lubatavam ja ongi hetkel suur. Kui räägitakse,
et "jalakäijad moodustavad inimkonna parima osa", siis midagi selle väljendi
mõttest on kehtiv ka mängijate kohta. Ilmselge, et ei ole ka parimad laiatarbe-arvutilahendused
praegu veel unelmatekvaliteediga - nad ei kujuta endast juhitavat virtuaalreaalsust,
mis oma detailirohkuse ja täpsuse osas vastaks tegelikule maailmale (kes
meist ei tahaks käia ära Filipiinidel, Babülon 5-l, mikro- või makrokosmoses,
ja seda ilma töölaua tagant tõusmata?). Kui nii, siis on iga lahendus,
mis võimaldab paremat töötlust ja kõrgemat kvaliteeti, teretulnud ja enam
kui Windowsi logo maksab riistvara tegijate hulgas Tomb Raideri kaubamärk.
Mitte inimene kontorist ei ütle, et üks riistvara on parem kui teine (seda
teeb tema eest Microsoft), vaid seda määrab inimene "tänavalt", so mängur.
Arvutitootjatel pole vaja karta mingi firma otsust valida nende asemel
teine tarnija, vaid valdava kasutajarühma - mängurite arvamuse kaldumist
ühe või teise tootja kasuks, mille tagajärjed jõuavad varem või hiljem
töökohtadele.
Mängurid tunnevad oma arvutit läbi-lõhki seest ja väljast ning on valmis
kulutama raha, et aegunud või mitterahuldavalt funktsioneerivat komponenti
välja vahetada. Praegu on mängurite hulgas kogu noorem põlvkond ja ka keskealised,
arvutite hulk kodudes kasvab järjepanu ja see on lõik, kus ei vaadata ainult
Windowsi logot, olgugi et operatsioonisüsteemina on see kaubamärk peaaegu
ainutuntud.
Rääkides protsessoritest, on hiiglane Intel hädas AMDga (Advanced Micro
Devices), kes tegi aruka panuse multimeedia- ja meelelahutussuunale. Mitmed multimeedia jõudlustestid kipuvad visa järjekindlusega
näitama AMD-protsessorite suuremat jõudlust ja seda kuni kolmandiku võrra
madalama hinna juures. Kontori ja firma arvutipargis valitseb küll Intel
(Celeron, Celeron-A, Pentium-II) - seda põhjendatult, sest Inteli toodang
on optimeeritud kontoriarvutusteks, aga küllap ka seepärast, et nii on
saanud kombeks. Samas mängurit ei seo traditsioonid ning tema valib protsessori,
mis kiirendab enam pilditöötlust või üldiselt kogu multimeediat - 20-30
% enam kaadreid sekundis on võhikulegi märgatav vahe.
Niisiis, vastutus protsessorite ja neid ümbritsevate alamsüsteemide arengu
eest on liikunud hoopiski mänge valmistavatele väikefirmadele ja need peavad
oma valikutes tegema vastutusrikkaid otsuseid.
Inteli vastulöök ei jää tulemata, oodatav Katmai ehk Pentium-III käsustik
sisaldab samuti uusi ja suuri täiendusi multimeedia toetuseks (SSE - Streaming
SIMD Extensions, või KNI - Katmai New Instructions). Karta on, et AMD peab
siis pigem loobuma oma 3Dnow! käsustikust ja kloonima Intelit nagu tavaliselt
ning arvestatavalt hästi.
Nagu näha jooniselt 2, koosneb Sharptooth 21,3 miljonist transistorist,
mis on sisuliselt tänase päeva tipptase protsessorite osas, kuid kaugeltki
mitte tehnoloogiline piir.
TÖÖSTUSSTANDARDID
Tarbija õnneks (eks muidugi aruka tootja õnneks esmalt) reguleerivad võimalikku
lahenduste anarhiat mitmed suurtootjatevahelised kokkulepped, de facto
standardid, mille eesmärgiks tänapäeval on lihtsustada arvuti hooldust,
käsitsust ning konfiguratsioonimuutusi, mis siiani nõuavad toimetulemiseks
süsteemiinseneri oskusi.
Omaette lugu on protsessori välissiiniga, mis Intelil on Slot 1, AMD aga
kasutab 100 MHz Super 7 siinilaiendusega pesa vähemalt 1999. aasta lõpuni.
Alles uus põlvkond, so AMD K7 protsessor läheb senise Inteli toodanguga
vähemalt füüsiliselt samasugusele liidesele Slot 1, lubades sellel esialgset
töö- sagedust 200 MHz. Siiski, tegemist ei ole Inteli Slot 1-ga, AMD K7
valikuks on Digitali multiprotsessorsiini EV6 variant (Slot A). Planeeritav
K7 esmane töösagedus on 500 MHz, aga viimaste uudiste valguses, mis näitavad
IMB vaskühenduste tehnoloogia ja AMD protsessori patentide ristkasutamist,
võib juba 2000. aasta algul jõuda koduarvutitesse maagilise 1GHz töösagedusega
protsessor.
Suurte numbritega peab muidugi ettevaatlik olema, sest mida suurema jõudlusega
on keskus, seda enam peab ka ümbrus talle järele tulema, või kogu oodatav
efekt taandub vaid lipikule "1 GHz inside". Kõik need keerulised ja mitmeastmelised
siinid, vahemälud, kiirendid jms teenivad ikka ühte eesmärki - anda protsessorile
talle sobivat tööd just nii kiiresti, kui ta on suuteline seda tegema.
Keerulisemaks muutuv emaplaat kannab teenimatult lihtnime "plaat", tegemist
on protsessoriga sünergilises seoses oleva seadmega ja paraku eri protsessoritootjad
enam universaalse emaplaadi ideed ei toeta. Muide, selles pole ka midagi
uut - milliseks PC emaplaat kujuneb, võib aimu saada, vaadates mõne UNIX-tööjaama
või -serveri sisemusse.
Järgnev tabel illustreerib toimunud muutusi personaalarvutite ehk PCde tuumas.
HOOLDUSVABA PC
Nagu juba öeldud, nõuab praeguste arvutite konfigureerimine häid süsteemiinseneri
teadmisi ja kogemusi, ning see tehakse lähtetööna ära müügifirmas. Edasiste
muutmiste jaoks tuleb kas tellida teenindus või riskida ja õppida vigadest.
Viimane variant on kindlasti juba kasvatanud terve hulga frustreeritud
ja arvutivaenulikke kodanikke, kelle meele parandamine saab raske töö olema.
Tundub, et aeg on küps senise praktika muutmiseks, tegemaks arvutid samavõrd
teenindusvabaks nagu on nüüdisaegsed televiisorid või kassettraadiod. Tõepoolest,
arvuti emaplaat pole ju lihtsalt mitmekihiline ühendusvõrk, vaid tipphäälestuses
tervikseade, mida kasutajal ei tohiks vaja olla kunagi puutuda. Sellise
null- või tühihoolduse tagamiseks soovitatakse uued korpused ehitada orvadega,
millesse paigaldatavad lisaseadmed ei puutu kokku mitte tundliku andmesiiniga
emaplaadil, vaid jadaliidestega USB või IEEE 1394, mida kasutatakse ka
muude lähis-välisseadmete juurdeühendamiseks. See on piltlikult öeldes
juba tuntud PnP- (Plug-in-and-Play) tehnoloogia väljaspool arvutit, mida
mõistetakse Microsofti lihtsa interaktiivse personaalarvutina (SIPC - Simple
Interactive Personal Computer). Lisaks seadmete juurdeühendamise lihtsusele
käivad SIPC juurde energiasäästutehnoloogiad OnNow ja ACPI.
- OnNow-tehnoloogia eesmärgiks on vähendada energiatarvet kolmandiku võrra, garanteerides samas väiksema kui viiesekundilise töövalmiduse arvuti suikeseisundist. OnNow toimimine nõuab vastavat valmisolekut kõigilt alamsüsteemidelt nii emaplaadil kui väljaspool arvutit, aga samamoodi rakendustarkvaralt, operatsioonisüsteemilt (OS) ja BIOSelt.
- ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) on spetsifikatsioon ja keel, mille abil OS juhib installeeritud seadmete energiavajadust, järelikult peavad seadmete draiverid olema ACPI-valmid. ACPI loodi Inteli, Microsofti ja Toshiba ühistööna, toetamaks OnNow initsiatiivi.
PC-le lisaseadmete ühendamise tülikus ja piiratus on olnud pinnuks silmas
paljudele ning ei saa öelda, et lahendusi poleks pakutud (Apple'i GeoPort,
Philipsi Access-siin), aga nagu ikka, kõige suuremad määravad - Intel/Microsoft/IBM-trio
selge toetus USB-le ja IEEE 1394-le on ilmselt otsustav. Vähemalt see on
kindel, et üsna lähimal ajal võime unustada arhailised 9- ja 25-klemmilised
jadaliidesed RS-232 ja 25-pesalise Centronicsi printeriliidese. Üleminek
ei saa muidugi toimuda üleöö, vana ja uus püsivad paralleelselt kasutusel,
kuni uudse standardiga perifeeriaseadmed on vanad välja söönud.
ÜLDOTSTARBELISED SIINID
Universaalne jadaliides
Universaalne jadasiin (USB - Universal Serial Bus) on jadaprotokolliga
siin suhteliselt madala andmevahetusvajadusega seadmete triviaalseks kokkuühendamiseks.
Selliste seadmete hulka loetakse klaviatuur, hiir, telefonimodemid, audioseadmed,
skannerid, printerid jms.
USB kasutab korruselist tähttopoloogiat (jadamisi ühendatud tähtede jadad).
Iga hargnemine nõuab jaoturit (HUB), mis moodustab korruse, millest võib
edasi minna veel kuni 6 korrust, kusjuures ühendussegmendi kaabli pikkus
võib olla kuni 5 meetrit. Selline topoloogia võimaldab kokku ühendada maksimaalselt
127 seadet. USB-segmendid töötavad pooldupleks-reûiimis koos veakontrolli
ja veataastusega. Jaotur on iseenesest lihtsa kontroll-loogikaga seade,
milles toimub signaali viivituseta kordamine. PC on nii USB-kontroller
kui ka -jaotur, olles varustatud tüüpiliselt kahe USB-pistmikuga. USB-kaablid
on neljajuhtmelised - kaks diferentsiaalsignaali jaoks ning kaks toitejuhet,
millest piisab (sõltuvalt jaoturi tüübist on 5V pingel toitejuhtmete koormatavus
100-500 mA) väikese voolutarbega lisaseadmete toiteks. Ka jaotur võib
saada toite siinilt, aga sel juhul ei saa temale uusi "korruseid" juurde
ühendada.
USB-kontroller hoolitseb ühendatud seadmete tuvastamise, adresseerimise
ja mitmereûiimilise andmevahetuse korraldamise eest. Uue seadme avastamisel
siinil (seadmeid võib juurde ühendada või eemaldada töö ajal) määratakse
kindlaks selle liik, omistatakse talle aadress, informeeritakse OSi vajaliku
seadmedraiveri otsimiseks ja laadimiseks, konfigureeritakse seade ning
lõpuks antakse OSle teada draiveri käivitamisvalmidusest. Vastavalt eelmises
peatükis kirjeldatud energiasäästutehnoloogiatele võib kontroller väljastada
siinile suike- ja taastamiskäske juurdeühendatud seadmete toitemajanduse
juhtimiseks. Kontroller määrab dünaamiliselt andmevahetusekiiruse siinil,
mis võib ulatuda kuni 12 Mbitini sekundis, millest piisab ka MPEG-2-video
ja CD-ROM-seadmete jaoks. Aeglasemad seadmed, nt hiir, võivad samal ajal
kasutada madalama kiirusega alamkanalit, mis lubab keerutamata juhtmepaaril
kuni 1 Mbps - keerutamine maksvat 4 senti jala kohta.
IEEE 1394 (FireWire)
IEEE 1394 on alates PC 98 spetsifikatsioonist nõutav jadaprotokolliga
siin, mis on mõeldud selliste suurt andmevahetuskiirust vajavate seadmete
nagu videokaamerad, videosalvestid, videokonverentsiseadmed, kõvakettad,
CD- ja DVD-seadmed jms arvutile juurdeühendamiseks. IEEE 1394 standard
mahus 292 lehekülge on liiga suur sisuliseks refereerimiseks, nii et järgnevas
leiate vaid mõningaid silmatorkavamaid fakte.
Kiiruslikult asendab IEEE 1394 tänapäeval emaplaadil oleva ATA/IDE-liidese,
olles samaaegselt lokaalvõrgu võimetega. IEEE 1394 andmevahetuskiiruseks
on 100, 200 ja edaspidi 400 Mbitti sekundis samal kaablil, kusjuures seadmetevaheline
andmevahetuskiirus määratakse nendevahelise kokkuleppeprotokolliga. Nagu
USB korralgi, on seadmetele aadresside omistamine dünaamiline ja toimub
vastavalt seadmete juurdeühendamisele ja eemaldamisele. Ühendusviis on
punktist punkti, aga hargnemisvõimalused suvalises punktis võimaldavad
ehitada peaaegu suvalise puukujulise võrgu, kusjuures punktidevahelise
ühenduse pikkus ei tohi olla üle 4,5 m ja lubatud on maksimaalselt 16 hüpet
kahe punkti vahel. Ühel siinilõigul võib füüsiliselt olla kuni 63 seadet,
kusjuures sildade abil on see laiendatav hierarhiliseks mittetsükliliseks
võrguks sisuliselt piiramatu arvu seadmetega. FireWire kaabel on kuuejuhtmeline,
millest kaks paari on andmesignaali jaoks ja kaks juhet sarnaselt USBle
väikese energiavajadusega lisaseadmete toiteks (kokku kuni 60 W). IEEE
1394-l on teisigi ühendusviise, nt seadmetele emaplaadil või siis neljajuhtmeline,
so toiteta, audio-visuaalseadmete jaoks.
FireWire käivitamisel toimub siini struktuuri automaatne määramine. Üks
seade, tavaliselt PC, saab ja jääb väljalülitamiseni ühenduspuu "juure"-seadmeks.
Kasutamislihtsuse seisukohalt on kõige tähtsam omadus ikkagi sõlmede juurde-
ja lahtiühendamise võimalus töö ajal - uus konfiguratsioon tuvastatakse
ja võetakse omaks nii nagu USB korralgi ilma kasutajapoolse vahelesegamiseta.
SCSI
IEEE 1394 andmevahetuskiirus 400 Mbitti sekundis on küll märkimisväärne
, aga sellest ei piisa paljude lokaalsete seadmete, nagu nt kiirete kõvaketaste
ja muude salvestusseadmete jaoks. Seepärast võib oletada SCSI-(Small Computer
System Interface) liidesele veel küllalt pikka eluiga. Kui SCSI1 ja SCSI2
(mõlemad 5 MBps) ei ole FireWire'le võistlejad, siis uuematel standarditel
- Fast SCSI2 (10 MBps), Wide-SCSI2 (20 MBps), Ultra-SCSI või SCSI3 (20
MBps) ja Wide Ultra SCSI (40 Mbps) - on piisavalt eluruumi. SCSI-l on mitmeid
lokaalvõrgu atribuute, see lubab kokku ühendada kuni 8 (Ultra-SCSI 16)
"sõlmseadet" ning teha mitmeid failiülekandeid samaaegselt. Ei saa alahinnata
ka suurfirma Hewlett-Packardi SCSI soosimist.
KOKKUVÕTTEKS
Maailm muutub ja eriti muutuvad arvutid, mille hämmastavat mõju ühiskonnale
on raske hinnata, sest oleme selle kiirendusega toimuva arengu sees, et
mitte öelda "alguses". Mingi stabiilne etapp arvutite väljanägemises ja
ühendusviisis on ümber saamas ning uus arenguspiraali ring algamas. Muutused
puudutavad peaaegu iga detaili, sest küpseks on saanud uus kiibi-, kuva-,
salvestustehnoloogia jne, rääkimata võrkude ja tarkvaratehnoloogiate arengust.
Liiguvad mälestused riigimehest, kes 1970ndatel julges arvata, et Eestile
on vaja maksimaalselt kolme arvutit, aga mõeldes, kui palju need siis maksid,
võis see olla majanduslikus mõttes isegi õige hinnang! Kui palju ja milliseid
arvuteid me vajame kümne aasta pärast, ei oska aga keegi veenvalt ennustada
- 600MHz Pentium-III on siis juba ajalugu.
KIRJANDUST
- Bruce Shiver, Bennett Smith. The Anatomy of a High-Performance Microprocessor. A Systems Perspective. IEEE Computer Society Press, 1998.
- John L. Hennessy, David A. Patterson. Computer Organization and Design. The Hardware/Software Interface. Morgan Kaufmann Publishers, Inc., 1998.
- Ingrid J. Wickelgren. The facts about FireWire. IEEE Spectrum, April, 1997.
Kalle Tammemäe
TTÜ arvutitehnika instituut