5.2 Внутримашинный системный и периферийный интерфейс
Интерфейс (interface) – объединение средств связи и согласования на механическом, и логическом уровнях.
Внутримашинный интерфейс - представляет собой совокупность электрических линий связи, схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов передачи и преобразования сигналов. Существует два варианта организации внутримашинного интерфейса:
- многосвязный интерфейс. В нем блоки связан между собой локальными проводами, в связи с этим он применяется в качестве периферийного интерфейса для связи с внешними устройствами;
-односвязный интерфейс (используется в большинстве компьютеров) реализован так, что все блоки компьютера связываются между собой посредством общей или системной шины).
Шина (bus) - линии связи, по которым одновременно передается информация, например, между процессором и подсистемой памяти (системная шина). Шины имеют ряд важных характеристик: разрядность, тактовая частота, количество обслуживаемых устройств, пропускная способность (максимально возможная скорость передачи информации, которая зависит от разрядности и тактовой частоты).
Разрядность шины – количество бит, которое можно передать по шине одновременно.
Тактовая частота шины – частота передачи последовательных бит информации по линиям связи.
Под системной шиной в разных типах компьютеров использоваться:
-шины расширений (позволяют подключать различные устройства);
-локальные шины (предназначены для подключения устройств определенного класса, преимущественно видеосистем).
-периферийные шины (предназначены для подключения внешних запоминающих и периферийных медленнодействующих устройств).
5.3 Шины расширений
Шина Multibus 1 бывает двух типов: PC/XT bus и PC/AT bus.
Шина PC/XT bus имеет следующие характеристики:
-8-разрядная шина данных;
-20-разрядная шина адреса;
-тактовую частоту 4,77 МГц;
-четыре линии для аппаратных прерываний;
-четыре канала для прямого доступа в память (DMA);
-адресуемое пространство 1 Мбайт.
-используется с микропроцессорами 8086, 8088.
Шина PC/AT bus:
-16-разрядная шина данных;
-24-разрядная шина адреса;
-рабочая тактовая частота до 8 МГц;
-контроллер шины имеет делитель частоты пополам;
-семь линий для аппаратных прерываний;
-четыре канала DMA;
-используется с микропроцессорами 80286.
Шина ISA (Industry Standard Architecture - архитектура промышленного стандарта) - шина на устаревших материнских платах, которая существенно снижала быстродействие компьютера при появлении новых микропроцессоров. Впервые начала использоваться в 1984 году. Ее слоты состоят из двух частей, из которых одна (большая) полностью копирует 8-разрядный слот, дополнительная - содержит 36 контактов (8 линий данных, 4 линии адреса и 5 линий IRQ, контакт для нового сигнала SBHE).
Реализация bus mastering не была удачной, поскольку, запрос на освобождение шины обрабатывался несколько тактов, к тому же каждый master должен был периодически освобождать шину, чтобы дать возможность провести обновление памяти. Для обеспечения обратной совместимости с 8-битными платами новые возможности реализовывались путем добавления дополнительных линий. Так как АТ построен на основе процессора Intel 80286, который быстрее, чем 8088, добавили генератор состояний ожидания. Для обхода этого генератора используется свободная линия (контакт В8) исходной 8-битной шины. При установке этой линии в 0 такты ожидания пропускаются. Это позволило разработчикам делать как 16-битные, так и 8-битные быстрые платы.
Новый слот содержал 4 новых адресных линии и копии трех младших адресных линий (LA17-LA19). Необходимость в таком дублировании возникла из-за того, что адресные линии ХТ - линии с задержкой, и эти задержки приводили к снижению быстродействия периферийных устройств. Использование дублирующего числа адресных линий позволяло 16-битной карте в начале цикла определить, что к ней обращаются, и послать сигнал о том, что она может осуществлять 16-битный обмен. Если процессор пытается осуществить 16-битный доступ к плате, он сможет это сделать только в том случае, если получит от нее соответствующий отклик IO16. В противном случае чипсет инициирует вместо одного 16-битного цикла два 8-битных.
Передача байта данных по шине ISA происходит следующим образом: сначала на адресной шине выставляется адрес ячейки RAM (порта) устройства ввода/вывода, куда следует передать байт, затем на линии данных выставляется байт данных. Производится задержка тактами ожидания и подается сигнал на передачу байта (строб записи. Поэтому тактовая частота шины выбрана 8,33 МГц, чтобы медленные устройства могли произвести по шине обмен данными. Пропускная способность при этом составила 5,3 Мбайт/с.
В последних спецификациях компьютерного оборудования начали отказываться от старой шины, однако у пользователей за это время накопилось множество разнообразных плат с ISA- интерфейсом. Тем более что такие низкоскоростные устройства как модемы или медленные сетевые платы не требуют высокой пропускной способности шины, и применение современных интерфейсов не дает для них каких-либо особых преимуществ.
Используя интерфейс ISA подключались следующие устройства компьютера: видеокарты, модемы, звуковые карты и т. д. Однако на современном этапе в материнских платах этот интерфейс совсем отсутствует.
Основные характеристики шины ISA:
-16-разрядная шина данных;
-24-разрядная шина адреса;
-рабочая тактовая частота 8 МГц;
-контроллер шины имеет делитель частоты на восемь;
-15 линий для аппаратных прерываний;
-11 каналов DMA;
-адресуемое пространство 16 Мбайт;
Рисунок 4 - Конфигурация системы с шиной ISA
Шина EISA (Extended ISA) создана в 1989 году как функциональное расширение ISA, однако она получилась довольно дорогой и потому применяется только в скоростных компьютерах и несет следующие основные характеристики:
-слот EISA полностью совместим с ISA. Новые возможности обеспечиваются путем добавления новых линий. Поскольку удлинять разъем ISA нецелесообразно то новые контакты разместили между контактами шины ISA и не довели до края разъема. На верхнем уровне этой конструкции находятся контакты ISA, на нижнем - новые выводы EISA. По этой причине в слоты EISA могут вставляться и ISA;
-32-разрядная шина данных, что дает пропускную способность в 33 Мбайт/с;
-32-разрядная шина адреса;
-адресуемое пространство шины 4 Гбайта;
-рабочая тактовая частота 8 МГц;
-поддержка Bus Mastering (режим управления шиной любым из устройств на шине);
-поддержка многопроцессорной архитектур.
-автонастройка плат расширения производится программно;
-существует поддержка возможности задания уровня двухуровневого прерывания, что позволяет нескольким устройствам использовать одно прерывание;
Особенностью шины являлась возможность для любого bus master обращаться к любому устройству памяти или периферийному устройству. Присутствуют четыре уровня приоритета: схемы обновления памяти, DMA, процессор, адаптеры шины.
Шина MCA (Micro Channel Architecture) - созданная фирмой IBM в 1987 году для компьютеров PS/2.
Основные характеристики шины:
-32-разрядная шина данных;
-32-разрядная шина адреса;
-рабочая частота 10-20 МГц;
-полностью несовместима с ISA, EISA.
-пропускная способность составила 20 Мбайт/с при частоте 10 МГц и максимальной пропускной способности 160 Мбайт/с;
-поддержка нескольких bus master. Любое устройство, подключенное к шине, может получить право на ее исключительное использование для передачи или приема данных с другого соединенного с ней устройства. Работу устройств контролирует арбитр шины (CACP - Central Arbitration Control Point).
Однако эта архитектура не получила широкого распространения из-за того, что она полностью не совместима с ISA. Кроме того, при переходе на использование новой шины пользователь вынужден покупать и все необходимые платы расширения с МСА- интерфейсом. Дело в том, что руководство IBM, посчитав свое лидирующее положение на рынке, предложило производителям, желающим использовать шину МСА заплатить за использование шины ISA во всех ранее произведенных компьютерах.