Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

«ИВАНОВСКИЙ ПРОМЫШЛЕННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №8

ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

«Архитектура ЭВМ и вычислительных систем»

Иваново 2012

Лабораторная работа № 8

Тема:« Внутренние интерфейсы системной платы»

Цель лабораторной работы:  Изучение внутренних интерфейсов системной платы;

Студент должен:

Знать: Характеристики современных шин внутреннего интерфейса;

Уметь: Определять внутренние интерфейсы системной платы.

Время выполнения — 2 часа.

Теоретическое введение.

Интерфейс – это совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или их частей. Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов (протоколов), предназначенную для осуществления обмена информацией между устройствами. 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 соответствии с функциональным назначением интерфейсы можно поделить на следующие основные классы:

• системные интерфейсы ЭВМ;

• периферийного оборудования (общие и специализированные);

• программно-управляемых модульных систем и приборов;

• интерфейсы сетей передачи данных и другое.

Внутренний интерфейс – это система связи и сопряжения узлов и блоков компьютера между собой. Представляет собой совокупность электрических линий связи, схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

Различные микросхемы и устройства, образующие ПК, должны быть соединены друг с другом таким образом, чтобы они имели возможность обмениваться данными и целенаправленно системно управляться. Эта проблема решена путем применения унифицированных шин. Используется набор проводников (на системной плате это печатные проводники), к которым подключены разъемы - гнезда (socket) или слоты (slot). В слоты расширения могут вставляться платы адаптеров (контроллеров) отдельных устройств и, что особенно важно, новых устройств. Таким образом, любой компонент, вставленный в слот, может взаимодействовать с каждым подключенным к шине компонентом персонального компьютера.

Шина (bus) – это совокупность проводников (линий связи), соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными. Под основной или системной шиной понимается шина между процессором и подсистемой памяти. Шины характеризуются разрядностью и частотой. В минимальной комплектации шина имеет три типа линий:

• управления;

• адреса;

• данных.

В современных компьютерах в качестве системного интерфейса обычно используется системная шина.

Разрядность или ширина шины (bus width) – количество линий связи в шине, т.е. количество битов, которое может быть передано по шине одновременно.

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

Обычно системы включают два типа шин:

• системная шина, соединяющая процессор с ОЗУ и кэш-памятью 2-го уровня;

• множество шин ввода-вывода, соединяющие процессор с различными периферийными устройствами. Последние соединяет с системной шиной мост, который встроен в набор микросхем (chipset), обеспечивающий функционирование процессора.

Следует отметить, что терминология, используемая в настоящее время для описания интерфейсов, не является вполне однозначной и ясной. Системная шина часто упоминается как «главная шина», «шина процессора» или «локальная шина». Для шин ввода-вывода используются термины «шина расширения», «внешняя шина», «хост-шина» и опять же - «локальная шина».

Устройства, подключенные к шине, делятся на две основные категории - bus masters и bus slaves. Bus masters - это активные устройства, способные управлять работой шины, то есть инициировать запись/чтение и так далее Bus slaves - соответственно устройства, которые могут только отвечать на запросы.

В качестве системной шины в ПК могут использоваться шины расширений и локальные шины.

Шины расширений – шины общего назначения, позволяющие подключать большое количество самых разнообразных устройств.

Локальные шины специализируются на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса.

Шины расширений

Шина расширения ISA (Industry Standard Architecture) – основная шина на устаревших материнских платах. Служит для подключения витдеокарт, модемов, звуковых карт и т.д. Конструктивно представляет собой разъем состоящий из двух частей – 62-контактного и примыкающего к нему 36-контактного сегментов. Допускает подключение до 6 устройств. Пропускная способность шины до 16 Мбайт/с. Рабочая частота до 8 МГц. Представлена в двух версиях PC/XT  и PC/AT.

Шина PC/XT  - 8-разрядная шина данных и 20-разрядная шина адреса, имеет 4 линии аппаратных прерываний и 4 канала для прямого доступа в память. Шина адреса ограничивает адресное пространство микропроцессора величиной 1 Мбайт. Тактовая частота 4,77 МГц.

Шина XT имеет:

• 8-битовую шину данных;

• 20-битовую шину адреса, что позволяет адресоваться к 2²⁰ бит (1 Мбайт) памяти;

• три канала прямого доступа к памяти (DMA);

• тактовую частоту 8 МГц;

• пропускную способность 4 Мбайт/с;

• 62-контактный разъем.

Шина PC/AT – 16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса. Имеет 7 линий для аппаратных прерываний и 4 канала прямого доступа в память. Тактовая частота до 16 МГц. Адресное пространство шины до 16 Мбайт.

Шина AT имеет:

• 6-битовую шину данных;

• 24-битовую шину адреса, что позволяет адресовать 16 Мбайт памяти;

• 8 каналов прямого доступа (DMA);

• тактовую частоту 8-16 МГц.

Шина ЕISA (Extended Industry Standard Architecture) – 32-разрядная адресная шина данных и 32-разрядная шина адреса. Адресное пространство шины 4 Гбайт. Тактовая частота 8-33 МГц. Пропускная способность 33 Мбайт/с. Теоретически может подключаться до 15 устройств. Шина поддерживает многопроцессорную архитектуру. Шина весьма дорога и применяется в скоростных ПК, сетевых серверах и рабочих станциях. Внешне слоты шины имеют такой же вид, как и ISA, и в них могут вставляться платы ISA , но в глубине разъема находятся дополнительные ряды контактов ЕISA, а платы ЕISA имеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов.

Разъемы шин ISA (a), EISA (б) и МСА (в)

Шина мса (MicroChannel Architecture)

MCA - микроканальная архитектура - была введена в пику конкурентам фирмой IBM для своих компьютеров PS/2 начиная с модели 50. Шина МСА несовместима с ISA/EISA и другими адаптерами.

Эта шина не обладала обратной совместимостью с ISA, но содержала ряд передовых для своего времени решений:

• 8/16/32-Разрядную передачу данных;

• пропускную способность 20 Мбайт/с при частоте шины 10 МГц;

• поддержку нескольких активных устройств. Работу координирует устройство, называемое арбитром шины (САСР - Central Arbitration Control Point). При распределении функций управления шиной арбитр исходит из уровня приоритета, которым обладает то или иное устройство или операция. Всего таких уровней четыре (в порядке убывания):

  • регенерация системной памяти;

  • прямой доступ к памяти (DMA);

  • платы адаптеров;

  • процессор.

LPC

Шина Low Pin Count («малоконтактный» интерфейс), или LPC, используется на IBM-совместимых персональных компьютерах для подсоединения низкоскоростных устройств, таких, как «преемственные» (legacy) устройства ввода-вывода (последовательный и параллельный порты, клавиатура, мышь, контроллер НГМД). Физически LPC обычно подсоединяется к чипу «Южного моста».

Спецификация LPC определяет 7 электросигналов для двунаправленной передачи данных, 4 из которых несут мультиплексированные адрес и данные, оставшиеся 3 - управляющие сигналы (кадр, сброс, синхросигнал).

Шина LPC предусматривает только 4 линии вместо 8 или 16 для ISA, но она имеет полосу пропускания ISA (33 МГц). Другим преимуществом LPC является то, что количество контактов для присоединяемых устройств равно 30 вместо 72 для эквивалента ISA.

Локальные шины.

Таблица основных характеристик внутренних интерфейсов

Стандарт	Типичное применение	Пиковая пропускная способность	Примечания
ISA	Звуковые карты, модемы	От 2 до 8.33 Мбайт/с	Практически не используется, начиная с 1999 года
EISA	Сети, адаптеры SCSI	33 Мбайт/с	Практически не используется, замещается PCI, LPC
LPC	Последовательный и параллельный порты, клавиатура, мышь, контроллер НГМД	Как ISA/EISA	Предложена Intel в 1998 году как замена для шины ISA
PCI	Графические карты, адаптеры SCSI, звуковые карты новых поколений	133 Мбайт/с (32-битовая шина с частотой 33 МГц)	Стандарт для периферийных устройств
PCI-X	Тоже	1 Гбайт/с (64-битовая шина с частотой 133 МГц)	Расширение PCI, предложенное IBM, HP, Compaq. Увеличена скорость и количество устройств
PCI Express	« « До 16 Гбайт/с Разработка «интерфейса 3-го поколения» (Third generation Input/Output - 3GIO), может заменить AGP. Последовательная шина
AGP	Графические карты	528 Мбайт/с 2x-mode (2 годаафические карты)	Стандарт для Intel-PC, начиная с Pentium II сосуществует с PCI
AGP PRO	ЗD-графика	800 Мбайт/с (4x-mode)	Поддерживает видеокарты, требующие мощность до 100 Вт (AGP - до 25 Вт)
HT (Гипер-Транспорт)	Универсальный интерфейс	До 32 Гбайт/с	Разработка AMD для процессоров К7-К8