Внутримашинный системный интерфейс
Внутримашинный системный интерфейс - это система связи и сопряжения узлов и блоков ПЭВМ между собой. Он представлен совокупностью электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.
В современных ПЭВМ в качестве системного интерфейса используется системная магистраль, или системная шина, к которой параллельно подключены различные устройства и блоки компьютера, конкурирующие между собой за возможность передавать свои данные по ее шинам. Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются количество обслуживаемых устройств и пропускная способность, т.е. максимально возможная скорость передачи данных. Пропускная способность шины зависит от ее разрядности (есть шины 8 - , 16 - , 32 - и 64 - разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает.
Системная шина физически представляет собой параллельные проводники, расположенные на материнской плате Эти проводники включают в себя:
- - кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;
- - кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода - вывода внешнего устройства;
- - кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов) во все блоки машины;
- - шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПЭВМ к системе электропитания.
Системная шина обеспечивает три направления передачи данных:
- - между микропроцессором и основной памятью;
- - между микропроцессором и портами ввода - вывода внешних устройств;
- - между основной памятью и портами ввода - вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).
В качестве системной шины в разных ПЭВМ использовались и могут использоваться:
- - шины расширений - шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств;
- - локальные шины, специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного типа.
Шины расширений. Исторически первой шиной данного класса была шина Multibus J, имеющая две модификации: PS/XT bus (Personal Computes
200
extended Technology - ПК с расширенной технологией) и PC/AT bus (PC Advanced Technology - ПК с усовершенствованной технологией).
Шина PC/XT bus - 8 - разрядная шина данных и 20 - разрядная шина адреса, ограничивающая адресное пространство микропроцессора величиной 1 Мбайт; рассчитана на тактовую частоту 4,77 МГц и использовалась с микропроцессорами i8086,18088.
Шина PC/AT bus использовалась с микропроцессором i80286, имела рабочую тактовую частоту до 8 МГц, 16 - разрядную шину данных и 24 - разрядную шину адресов.
Для IBM PC позднее был разработан стандарт шины ISA (Industry Standard Architecture - архитектура промышленного стандарта) с тактовой частотой 8 МГц, 16 - разрядной шиной данных и 24 - разрядной шиной адреса. По сравнению с шинами PC/XT и PC/AT было увеличено количество линий аппаратных прерываний с 7 до 15 и каналов прямого доступа к памяти с 7 до 11. При 24 - разрядной шине адреса адресное пространство памяти составило 16 Мбайт. Теоретически пропускная способность шины достигла 16 Мбайт/с, хотя реально она (ввиду ряда причин) составляет 4 - 5 Мбайт/с. Число подключаемых устройств 6 шт.
Шина EISA (Extended ISA) явилась жестко стандартизованным расширением шины ISA. Она содержит 32 - разрядную шину данных и 32 - разрядную шину адреса. Адресное пространство шины - 4 Гбайта, пропускная способность 33 Мбайт/с. Число подключаемых устройств - 15 шт. Из - за относительно высокой стоимости данная шина применяется в высокоскоростных компьютерах, сетевых серверах и рабочих станциях.
Шина MCA (Micro Channel Architecture) была разработана фирмой IBM в 1987 г. для машин PS/2, имеет 32/64 - разрядную шину данных и 32 - разрядную шину адреса. При более высокой тактовой частоте (до 10 МГц) увеличена пропускная способность шины до 76 Мбайт/с. По своим прочим характеристикам близка к шине EISA, но не совместима ни с ISA, ни с EISA.
Поскольку ПЭВМ PS/ 2 не получила широкого распространения, в первую очередь ввиду отсутствия наработанного обилия прикладных программ, шина МСА так и не стала настоящим стандартом и используется не очень широко.
Локальные шины. Современные вычислительные системы характеризуются:
- - значительным увеличением быстродействия микропроцессоров (например, МП Pentium может выдавать данные со скоростью более 500 Мбайт/с по 64 - разрядной шине) и некоторых внешних устройств (для отображения цифрового полноэкранного видео с высоким качеством необходима пропускная способность интерфейса 22 Мбайт/с);
- - появлением программ, требующих выполнения большого количества интерфейсных операций (например, программы обработки графики, работа в среде мультимедиа).
201
В этих условиях пропускной способности шин расширения, обслуживающих одновременно несколько устройств, оказалось недостаточно. Разработчики интерфейсов пошли по пути создания локальных шин, подключаемых непосредственно к шине МП и обеспечивающих связь микропроцессора с некоторыми скоростными устройствами: основной и внешней памятью, видеосистемами и др.
В настоящее время существуют два основных стандарта универсальных локальных шин: VLB и PCI.
Шина VLB (VESA Local Bus - локальная шина VESA) была разработана в 1992 г. Ассоциацией стандартов видеооборудования (VESA - Video Electronics Standarts Association), поэтому часто ее называют шиной VESA. Шина VLB, по существу, является расширением внутренней шины микропроцессоров i80386, i80486. Предназначена для связи с видеоадаптером и реже с винчестером или сетевым адаптером. Имеет 32/64 - разрядную шину данных и 32 - разрядную шину адреса. Реальная пропускная способность - 80 Мбайт/с, теоретически достижимая - 132 Мбайт/с. Она позволяет подключать до 4 различных устройств. Вместе с тем, из - за отсутствия арбитража шины могут быть конфликты между подключаемыми устройствами.
Шина PCI (Peripheral Component Interconnect - соединение внешних устройств) была разработана в 1993 г. фирмой Intel.
Шина PCI является намного более универсальной, чем VLB, имеет свой адаптер, позволяющий ей настраиваться на работу с любым МП: 80486, Pentium, Pentium Pro и др.; возможно подключение до 10 устройств самой разной конфигурации, для которых имеется свой арбитраж. Теоретическая пропускная способность шины в 32 - разрядном варианте равна 132 Мбайт/с, а в 64 - разрядном варианте - 263 Мбайт/с (реальная вдвое ниже).
Следует иметь в виду, что практическое использование в ПЭВМ шин VLB и PCI возможно только при наличии соответствующей VLB - или PCl - материнской платы. Также выпускаются материнские платы с мультишинной структурой, позволяющей использовать комбинации системных шин расширения ISA/EISA и локальных шин VLB и PCI. Варианты конфигурации систем с шинами VLB и PCI показаны на рис. 9.2 и 9.3.
202
Рис. 9.2. Конфигурация системы с шиной VLB
Рис. 9.3. Конфигурация системы с шиной PCI
Основные технические характеристики рассмотренных шин расширения и локальных шин приведены в табл. 9.1.
203
Таблица 9.1
Основные характеристики шин
| Характеристика | ISA | EISA | МСА | VLB | PCI |
| Разрядность шины, бит | |||||
| - данных | 16 | 32 | 32/64 | 32/64 | 32/64 |
| - адреса | 24 | 32 | 32 | 32 | 32 |
| Рабочая частота, МГц | 8 | до 33 | 10 - 20 | до 33 | до 33 |
| Пропускная способность, Мбайт/с | |||||
| - теоретическая | 4 | 33 | 76 | 132 | 132/264 |
| - практическая | 2 | 8 | 20 | 80 | 50/100 |
| Число подключаемых устройств, шт. | 6 | 15 | 15 | 4 | 10 |
204
200 :: 201 :: 202 :: 203 :: 204 :: Содержание
