Шины расширений

Глава 5. Микропроцессоры и системные платы

Внутримашинные системный и периферийный интерфейсы

МГц за такт Мбайт/с

Тактовая Количество Разрядность, Пропускная

Интерфейс


частота, блоков данных бит/байт способность,


 

Системная шина 64/8
AGP 32/4
Двухканальная RDRAM 32/4
Hub Interface 8/1
PCI 32/4

Итак, при выборе системной платы следует учитывать:

□ микропроцессор, который должен быть установлен на плате;

□ типоразмер системной платы (должен быть согласован с возможностями сис­темного блока);

□ тактовую частоту, на которой работает системная плата;

□ набор основных и вспомогательных микросхем (чипсет), обеспечивающих эффективную работу ПК;

□ основную, локальные и периферийные шины, с которыми плата может рабо­тать, и количество слотов для них;

□ наличие или возможность установки кэш-памяти;

□ наличие разъемов для подсоединения микросхем (разъем для процессора Over Drive, слоты для микросхем памяти и т. д.).

Интерфейс (interface)1 — совокупность средств сопряжения и связи, обеспечи­вающая эффективное взаимодействие систем или их частей. В интерфейсе обыч­но предусмотрены вопросы сопряжения на механическом (число проводов, эле­менты связи, типы соединений, разъемы, номера контактов и т. п.) и логическом (сигналы, их длительность, полярность, частоты и амплитуда, протоколы взаи­модействия) уровнях. В современных интерфейсах для формирования стандарта подключения устройств к системе широко используются наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы. Это существенно усложняет и удорожает не только сам интерфейс, но и компьютер в целом.

Внутримашинный интерфейс — система связи и сопряжения узлов и блоков компьютера между собой. Представляет собой совокупность электрических линий

1 В компьютерной литературе иногда вместо термина «интерфейс» употребляют термины «контроллер*- или «адаптер». Строго говоря, это не совсем верно, так как контроллер (controller) управляет интерфейсом и обеспечивает его работоспособность, адаптер (adapter) же отвечает за совместимость интерфейсов.




связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов. Существуют два варианта организации внутримашинного интерфейса:

□ многосвязный интерфейс: каждый блок ПК соединен с прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс иногда применяет­ся в качестве периферийного интерфейса (для связи с внешними устройства­ми ПК), дополняющего системный, а в качестве системного — лишь в некото­рых простых компьютерах;

□ односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину).

В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфей­са используется системная шина. Шина (bus) — совокупность линий связи, по которым информация передается одновременно. Под основной, или системной, шиной обычно понимается шина между процессором и подсистемой памяти. Шины характеризуются разрядностью и частотой. Структура и состав систем­ной шины были рассмотрены в разделе «Интерфейсная часть МП». Важнейши­ми функциональными характеристиками системной шины являются количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, то есть максимально возможная скорость передачи информации. Пропускная способность шины зави­сит от ее разрядности (есть шины 8-, 16-, 32- и 64-разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает.

Разрядность или ширина шины (bus width) — количество линий связи в шине, то есть количество битов, которое может быть передано по шине одновременно.

Тактовая частота шины (bus frequency) — частота, с которой передаются после­довательные биты информации по линиям связи.

В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться:

□ шины расширений — шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств;

□ локальные шины, часто специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса, преимущественно видеосистем.

В компьютерах широко используются также периферийные шины — интерфейсы для внешних запоминающих и многочисленных периферийных медленно дейст­вующих устройств. Сравнительные технические характеристики некоторых шин приведены в табл. 5.4.

□ Шина расширения ISA(Industry Standard Architecture — промышленная стан­
дартная архитектура) представлена в двух версиях: для IBM PC/XT (1981 год)
и для PC AT (1984 год). Она использовалась в первом компьютере IBM PC,
и тогда это было неофициальное название шины IBM PC/XT, позволяющей
добавлять в систему различные устройства. Часто возникает путаница от­
носительно ее характеристик, поскольку в новых компьютерах эта шина не
применяется, а фирма IBM до 1987 года не публиковала ее полного описания
и временных диаграмм сигналов.


Внутримашинные системный и периферийный интерфейсы



Шина PC/XT— 8-разрядная шина данных и 20-разрядная шина адреса, рас­считанная на тактовую частоту 4,77 МГц; имеет 4 линии для аппаратных пре­рываний и 4 канала для прямого доступа в память (каналы DMA — Direct Memory Access). Шина адреса ограничивала адресное пространство микро­процессора величиной 1 Мбайт. Использовалась с МП 8086, 8088.

Шина PC/AT—16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса, ра­бочая тактовая частота до 8 МГц, но может применяться и МП с тактовой частотой 16 МГц, так как контроллер шины способен делить частоту пополам; имеет 7 линий для аппаратных прерываний и 4 канала DMA. Использовалась с МП 80286, совместима и с МП с тактовой частотой больше 66 МГц (коэффи­циент деления увеличен); увеличено количество линий аппаратных прерыва­ний с 4 до 15 и каналов прямого доступа к памяти (DMA) с 4 до 7. Благодаря 24-разрядной шине адреса адресное пространство увеличилось с 1 Мбайт до 16 Мбайт. Теоретическая пропускная способность шины данных равна 16 Мбайт/с, но реально она ниже, около 5,5 Мбайт/с, ввиду ряда особенностей ее использования. Конфигурация системы с шиной ISA показана на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Конфигурация системы с шиной ISA

ISA — основная шина на устаревших материнских платах. С появлением 32-раз­рядных высокоскоростных МП шина ISA стала существенным препятствием увеличения быстродействия ПК. Раньше с помощью интерфейса ISA подключа­лись такие устройства, как видеокарты, модемы, звуковые карты и т. д. На со­временных материнских платах этот интерфейс либо совсем отсутствует, либо имеется всего 1-2 слота. Конструктивно слот ISA представляет собой разъем, состоящий из двух частей — 62-контактного и примыкающего к нему (в PC AT) 36-контактного сегментов.

Шина EISA(Extended ISA) — 32-разрядная шина данных и 32-разрядная шина адреса, создана в 1989 году как функциональное и конструктивное расшире­ние ISA. Адресное пространство шины 4 Гбайт, работает на частоте 8-10 МГц.



Глава 5. Микропроцессоры и системные платы


Теоретическая пропускная способность шины — 33 Мбайт/с, причем скорость обмена по каналу МП — кэш — ОП определяется параметрами микросхем памяти; увеличено число разъемов расширений — теоретически может подключаться до 15 устройств (практически до 10). Улучшена система прерываний, поддержива­ется Bus Mastering — режим единоличного управления шиной со стороны любо­го из устройств на шине, имеет систему арбитража для управления доступом устройств к шине. Обеспечивается автоматическое конфигурирование системы и управление DMA. Шина поддерживает многопроцессорную архитектуру вы­числительных систем. Шина EISA весьма дорогая и применяется в скоростных ПК, сетевых серверах и рабочих станциях. Внешне слоты шины на СП имеют такой же вид, как и ISA, и в них могут вставляться платы ISA, но в глубине разъ­ема находятся дополнительные ряды контактов EISA, а платы EISA имеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов.

Шина МСА(Micro Channel Architecture) — 32-разрядная шина, созданная фир­мой IBM в 1987 году для машин PS/2, пропускная способность 76 Мбайт/с, ра­бочая частота 10-20 МГц. По своим прочим характеристикам близка к шине EISA, но не совместима ни с ISA, ни с EISA. Поскольку компьютеры PS/2 не получили широкого распространения, в первую очередь ввиду отсутствия на­работанного обилия прикладных программ, шина МСА также используется не очень широко. Второй важной причиной отсутствия спроса на МСА является несовместимость плат адаптеров ISA с МСА. И не последнюю роль сыграл тот факт, что IBM потребовала от всех изготовителей, желающих приобрести права на использование этой шины, заплатить за использование ISA во всех выпущен­ных ранее компьютерах. Собственно говоря, это и повлекло за собой разработку альтернативы — EISA.