4.3.1 Системная шина

Системная шина персональных компьютеров IBM п редставляет собой набор проводников электрических сигналов и систему протоколов соединения устройств при помощи этих проводников. Тип и характеристики протоколов передачи информации по системной шине определяют скорость передачи информации между отдельными устройствами материнской платы. Системные шины персональных компьютеров стандартизируются как по числу контактов и разрядности (числу проводников, используемых для одновременной передачи данных), так и по протоколам общения устройств через проводники. Системная шина соединяет все устройства компьютера в единое целое и обеспечивает их взаимодействие, взаимоуправление и работу с центральным процессором.

В настоящее время, чаще всего, в персональных компьютерах используются системные шины стандартов ISA, EISA, VESA, VLB и PSI. На рисунке изображены четыре разъема шины PSI и три – ISA, расположенные на универсальной материнской плате. Все стандарты различаются как по числу и использованию сигналов, так и по протоколам их обслуживания. Взаимодействие устройств при помощи системной шины контролируется аппаратурой обслуживания шин и их контроллерами. Основа конструктивного исполнения шины входит в архитектуру материнской платы, на которой располагаются ее проводники и разъемы для подключения плат адаптеров устройств (видео !VideoCards>about, аудио !SoundCards>about, интерфейсов накопителей информации, интерфейсных портов ввода/вывода, внутренних модемов и т.п.) и расширений базовой конфигурации. Различают 16-ти и 32-х разрядные, высокопроизводительные (VESA, VLB и PSI с тактовой частотой более 16 МГц) и низкопроизводительные (ISA и EISA с тактовой частотой 8 и 16 МГц) системные шины. Также, шины, разработанные по современным стандартам (VESA, VLB и PSI) допускают подключение нескольких одинаковых устройств, а шина PSI обеспечивает самоконфигурируемость периферийного оборудования – поддержку стандарта Plug and Play исключающего ручную конфигурацию аппаратных параметров периферийного оборудования при его изменении или наращивании.

Общий принцип функционирования современных шин различных стандартов состоит в организации устройствами циклов шины во время которых устройства принимают и передают информацию. Цикл шины инициируется устройством – инициатором (master drive), которое определяет статус шины и если она не занята другими устройствами, устройство занимает ее и инициализирует интерфейсный контакт с другим устройством (slave drive) или устройствами – образует циклы шины. Таким образом, исключается ситуация конфликта шины или коллизии. В настоящее время, наиболее распространены протоколы, в которых взаимодействующие устройства равны в своих привилегиях использования шины, однако, продолжают существовать протоколы, предусматривающие одно устройство – инициализатор цикла шины – ведущее, и несколько ведомых устройств. При такой организации протоколов взаимодействия, чаще всего, устройством инициализатором является центральный процессор, а ведомыми – другие системные и периферийные устройства.

Особенности архитектуры персональных компьютеров IBM диктуют достаточно противоречивые принципы стратегии развития и разработки протоколов работы с устройствами. Принципы совместимости становятся противоположными принципам наивысшей производительности. Однако, универсальные стандарты системных шин персональных компьютеров IBM позволяют обслуживать 8-ми, 16-ти и 32-х разрядные устройства, производить выполнение циклов регенерации, циклов прямого доступа к памяти, осуществлять работу с 16-ти разрядным устройством как с 8-ми разрядным с использованием систем конвертирования, подключать различные периферийные устройства и др.. Все системные шины персональных компьютеров IBM реализованы по принципам открытой архитектуры, а технологии производства интегрированных контроллеров и их аппаратных и программных протоколов постоянно совершенствуются.