Адаптеры и контроллеры ЭВМ
Вопрос: Охарактеризуйте развитие системы внутренних интерфейсов пк.
Ответы:
Внутренний интерфейс (back-end interface) - интерфейс с внутренним компонентом систе-
мы. Среди внутренних интерфейсов можно отдельно выделить малые интерфейсы и
интерфейсы ввода-вывода. Малый интерфейс - интерфейс, используемый для подключения однотипных устройств к общему устройству управления. Интерфейс ввода-вывода (input-output interface) - стандартное сопряжение устройств управления внешними (периферийными) устройствами и каналов ввода-вывода. Эти понятия были введены для ЭВМ общего назначения типа IBM 360/370 (ЕС-ЭВМ). В этих ЭВМ под каналом понимался процессор ввода-вывода, управляющий интерфейсом ввода-вывода. Контроллеры (адаптеры) ПУ подключались к каналу через интерфейс ввода-вывода, а через малый интерфейс - к ПУ. Периферийные устройства представляли собой относительно простые исполнительные электромеханические устройства с простой электроникой, реализующей их локальные функции (например, дисковод накопителя на магнитных дисках, приводы накопителей на магнитных лентах, видеомонитор, консольное устройство ввода-вывода, модем и т.п.). Управление работой ПУ через линии малого интерфейса осуществляли или контроллеры ПУ (контроллеры накопителей на магнитных дисках и лентах), или (для относительно простых устройств типа консольного устройства ввода-вывода, модема и т. п.) центральный процессор. Во втором случае ЦП управлял линиями малого интерфейса и получал информацию о состоянии устройств и данные через программно доступные регистры (порты) ввода-вывода (порт данных, порт управления, порт состояния и т. д.) Локальный интерфейс (шина L) относится к внутренним интерфейсам хоста и полностью сориентирован на интерфейс ввода-вывода центрального процессора (i80286). Контроллер этого интерфейса находится в ЦП.
Интерфейс памяти (шина М) относится к внутренним интерфейсам хоста. Его фун-
кционирование определяется особенностями взаимодействия с элементами динамической
памяти, скомпонованными в модули памяти (SIMM, RIMM, DIP). Управление интерфейсом осуществляется контроллером динамической памяти, который реализует также функции адаптера S-M. Рабочие циклы этого контроллера инициируются командными сигналами, поступающими с шины управления интерфейса S. Системный интерфейс (шина S) - интерфейс расширения системы (ИВВ хоста) стандарти-
зируется в рамках ряда ПК типа IBM PC/AT (ISA, EISA, MCA и др.) и аналогичен по назначению интерфейсам И0 мини- и микро-ЭВМ. При реализации программного обмена управление циклами передачи по шинам интерфейса S осуществляется системным контроллером, входящим в состав адаптера L-S. Он реализует свои функции по запросу от ЦП. В режиме прямого доступа к памяти циклами передачи по шинам интерфейса S управляет контроллер прямого доступа к памяти (КПДП) подсистемы DMA (DMA - Direct Mammary Access). Управлять передачами по шинам интерфейса S могут также устройства расширения, подключаемые к слотам расширения интерфейса S и поддерживающие режим Bus Master (busmastering). В истории развития ИВВ хоста ПК насчитывается уже три поколения. К первому поколению относится ISA - синхронный параллельный ИВВ хоста с возможностью поддержки асинхронного режима обмена. Он обладал относительно низкой пропускной способностью (единицы мегабайт в секунду), и не имел средств обеспечения надежности обмена и автоконфигурирования.
Второе поколение началось с EISA - синхронного параллельного ИВВ хоста с возможностью поддержки асинхронного режима обмена (а также асинхронного параллельного интерфейса МСА), за которыми последовал синхронный параллельный ИВВ хоста PCI и его расширение - PCI-X. Это поколение отличается надежностью передачи данных и поддержкой средств автоконфигурирования. Имеются варианты, снабженные возможностью «горячего» подключения-отключения устройств расширения. Скорость передачи достигает единиц гигабайт в секунду. Для подключения большого числа устройств применяется иерархическое объединение шин этих ИВВ в древовидную структуру с помощью мостов. Для третьего поколения (шина PCI Express, она же 3GIO, Hyper Transport, Advanced Switching и InfiniBand) характерен переход от шинной топологии к двухточечным соединениям с последовательным интерфейсом; средством объединения множества абонентов являются «коммутационные фабрики». По сути, коммуникационная среда хоста с ИВВ системного уровня третьего поколения приближается к сугубо локальным (в пределах системной платы) сетям. В относительно современных компьютерах основными ИВВ хоста являются PCI и его расширение PCI-X; их дополняет AGP. В современных ПК широко используется PCI Express, как средство подключения графического видеоадаптера, постепенно вытесняя AGP. Шина
ИВВ хоста ISA из настольных компьютеров ушла, но она сохраняет свои позиции в промышленных и встраиваемых компьютерах как в традиционном слотовом варианте, так и в «бутербродном» варианте РС/104. В блокнотных компьютерах широко применяются слоты PCMCIA с ИВВ PC Card и Card Bus, появляется и Express Card. У карт PCI, PCI-E и AGP, в отличие от ISA/EISA и VLB, компоненты расположены на левой стороне печатной платы. Для экономии площади печатной платы часто использовали так называемый разделяемый слот (Shared Slot). На самом деле это разделяемое окно на задней стенке корпуса, которое могло использоваться либо картой ISA, либо картой PCI. Таким образом, максимальное суммарное количество устанавливаемых модулей (карт) расширения ISA и PCI оказывалось на единицу меньшим, чем видимое количество слотов на системной
плате.
Сравнительные характеристики шин ИВВ хоста PC-совместимых компьютеров представлены в табл. 4.1
