1. Внутренние интерфейсы

Интерфейсы ПК

Все компоненты компьютерной системы соединяются между собой посредством интерфейса. Это понятие является основополагающим, базовым для понимания принципов функционирования персонального компьютера. Интерфейс можно упрощенно представить как совокупность сигнальных линий (шину), объединенных по назначению (данные, адреса, управление), с определенными электрическими характеристиками и протоколами обмена данными. Шина интерфейса обслуживается контроллерами и служебными устройствами (буфера, регистры, мосты), а также программной оболочкой (драйверами и операционной системой). Используемые в настоящее время шины отличаются по разрядности, способу передачи сигнала (последовательные или параллельные), пропускной способности, количеству и типу поддерживаемых устройств, а также протоколу работы. Шины могут быть синхронными (осуществляющими передачу данных только по тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в произвольные моменты времени), а также использовать различные схемы арбитража (то есть способа совместного использования шины несколькими устройствами). Как правило, шины ПК можно представить в виде некой иерархической структуры — шинной архитектуры. Важнейший принцип шинной архитектуры компьютеров класса IBM PC — открытость, то есть доступность спецификаций для всех производителей. Принцип открытой архитектуры обусловил широкое распространение IBM PC, удобство сборки и модернизации компьютеров, универсальность, огромный выбор компонентов и сравнительно низкие цены на комплектующие. К внутренним традиционно относят интерфейсы, предназначенные для подключения компонентов, находящихся внутри системного блока компьютера. Среди внутренних интерфейсов можно выделить системные шины, которые обеспечивают работу базовых компонентов платформы и не рассчитаны на подключение каких-либо дополнительных устройств. Например, к системным относятся шины GTL, HyperTransport, SMBus, V-Link, DMI и подобные им специализированные интерфейсы

1.1 Системная шина gtl

Интерфейсы ПК

Появление и развитие системной шины (Front Side Bus, FSB) неразрывно связано с историей развития архитектуры процессоров компании Intel. Первые процессоры вообще не имели системной шины, представляя собой «голое» арифметико-логическое устройство. Нынешняя параллельная системная шина Gunning Transceiver Logic (GTL) и ее модификации Asynchronic Gunning Transceiver Logic (AGTL), AGTL+ и GTL+ обслуживает 32-разрядные процессоры архитектуры Р6 — Pentium 4 (Celeron D). Системная шина связывает собственно процессор и северный мост НМСЛ. Шина представлена линиями, подключенными к транзисторам с открытым стоком и терминированные нагрузочными резисторами. Такая топология обеспечивает работу на высоких частотах при хорошей устойчивости к помехам. На выводы шины GTL+ поступает опорное напряжение (GTLREF), которое используется абонентами шины, чтобы определить, является ли сигнал логическим нулем или логической единицей. Входные схемы приемников являются дифференциальными, то есть сигнал воспринимается относительно опорного уровня. В целом системная шина объединяет несколько магистралей: данных, адреса, служебную, питания, в конечном итоге подключенные к разъему процессора. Разрядность шины данных в значительной мере определяет производительность процессора. Это параллельная шина, то есть каждый разряд данных передается по отдельной линии. Чем выше разрядность шины, тем больше линий. Шина данных в процессоре i286 была 16-разрядной, в нынешнем процессоре Pentium 4 используется 64-разрядная шина, хотя исполнительные устройства ядра остаются при этом 32-разрядными. В итоге число выводов современного процессора для подключения шины данных увеличилось вчетверо по сравнению с i286. Вторая группа сигналов, используемых процессором, — адресная. Адреса описывают номера ячеек памяти, в которых хранятся данные. Чем выше разрядность адресной шины, тем большее число ячеек памяти можно использовать для хранения данных, тем больше адресуемая память вычислительной системы. Шина адреса в процессоре i286 была 24-разрядной, что позволяло адресовать 16 Мбайт физической памяти. i386, i486 и Pentium имели адресную шину шириной 32 бит и адресовали 4 гигабайта физической памяти. Шина адреса также является параллельной, то есть увеличение ее разрядности влечет увеличение числа адресных выводов процессора. Так, в процессоре Pentium 4 адресная шина 36-разрядная, что позволило расширить адресуемую память до 64 Гигабайт. Третья группа сигналов, необходимая процессору для работы, относится к служебным. С их помощью чипсет и процессор обмениваются командами и запросами, по служебной шине осуществляется тактирование и синхронизация процессора, управление напряжением питания. Число сигналов управления и, соответственно, количество выводов разъема, необходимое для обмена служебными сигналами, зависит от архитектуры процессора и чипсета, количества поддерживаемых команд и инструкций. С усложнением архитектуры число служебных линий и сигналов управления увеличивается. Так, процессор i286 имел 18 выводов служебной шины, а процессор Pentium — уже 83. Подсчитаем число задействованных выводов для перечисленных выше магистралей системной шины современного процессора, например Pentium 4 • 36 для адресной шины; • 64 для шины данных; • 124 для служебной шины. Остальные выводы в разъеме Socket 775 процессора Pentium 4 резервируются (например, 28 выводов в процессоре Pentium 4 520) или используются для подачи питания. Эти выводы на принципиальных схемах обычно называются Vcc (плюс питания), Vss (земля) и Vтт (терминаторы). Так, в разъеме Socket 775 выводов Vcc — 226 штук, выводов VTT— 24, выводов Vss — 273. С расширением разрядности ядра процессоров до 64 бит, с внедрением двухъядерных архитектур и повышением рабочих частот будет расти число выводов процессора и магистралей системной шины. Преодоление этой тенденции возможно только с переходом на последовательные интерфейсы