10.2. Шина расширения

Как уже отмечалось, ШР позволяет МП и ОП взаимодействовать с различными ПУ. За время, прошедшее после появления первых IBM PC, было разработано достаточно много вариантов ШР, поскольку появление новых быстродействующих поколений процессоров и ПУ (особенно видеосистем) требовало и более производительных ШР. Между тем одной из главных причин, сдерживающих интенсивное внедрение новых ШР, явилась их несовместимость со старыми стандартами, по которым множество фирм уже выпустили сотни тысяч единиц электронных компонентов PC и которые становились совершенно ненужными в случае использования новых ШР. В связи с этим эволюция ШР происходит достаточно медленно, без резких скачков. Ниже рассматриваются основные моменты в процессе эволюции архитектуры ШР IBM PC.

10.2.1. Шина расширенияisa

Шина ISA(IndustrialStandardArchitecture) была использована в первыхIBMPC, построенных на процессореI8088, в 1981 г. Она имела 8 линий данных, 20 линий адреса, позволяла адресовать до 1 Мбайта памяти и тактовую частоту 8 МГц. Для передачи данных требовалось от двух до восьми тактов. Эта же ШР была использована и в следующей модели –PC/XT, построенной на процессореI8086.

Шина ISAсчитается достаточно простой, но фирмаIBMникогда не публиковала ее полной спецификации, поэтому при создании плат адаптеров для первыхIBM-совместимых компьютеров разработчикам приходилось самим разбираться в ее работе.

Появление в 1984 году процессора второго поколения I80286, оперирующего уже 16-разрядными данными, поставило проблему замены или модернизации ШР ISA. ФирмаIBMпошла по второму пути, и появился компьютерPC/ATсо сдвоенными слотами расширения на модернизированной шинеISA. Вторая версия шиныISAимела 16 линий данных, 24 линии адреса, позволяющих адресовать до 16 Мбайт памяти, и тактовую частоту 8 МГц. Для передачи данных также (как и в первой версии) требовалось от двух до восьми тактов. Первая и вторая версии шиныISAбыли полностью совместимы, а сдвоенные слоты позволяли использовать старые 8-разрядные платы адаптеров, которые можно было вставлять в переднюю часть слота. Новые же (16-разрядные) платы адаптеров вставлялись в обе части сдвоенного слота. Пропускная способность новой версии шиныISAсоставляла

8 МГц 16 бит : 2 такта = 64 Мбит/с64 Мбит/с : 8 = 8 Мбайт/с.

Соответственно, пропускная способность первой версии шины ISAвдвое меньше, т.е. 4 Мбайт/с. Как уже отмечалось, это теоретическая, максимальная скорость передачи данных. Однако достаточно сложный протокол обмена существенно снижает реальную пропускную способность шины. Считается, что реальная пропускная способность ШР составляет примерно половину от максимальной.

Впоследствии с появлением 32-разрядных процессоров некоторые фирмы начали разрабатывать свои собственные версии расширения шины ISA, но сколько-нибудь заметного распространения они не получили. Дополнительные линии этих шин обычно использовались только при работе с платами расширения памяти и видеоадаптерами. Их параметры и разводки разъемов существенно отличаются от стандартных.

10.2.2. Шина расширения мса

Появление 32-разрядного процессора I80386 привело к тому, что 16-разряднаяISAперестала соответствовать возможностям нового поколения МП. ФирмаIBMне стала вновь модернизировать шинуISA, а разработала новую – МСА (MicroChannelArchitecture). Шина МСА полностью несовместима с шинойISAи не позволяет использовать старые платы адаптеров, однако по всем параметрам превосходит 16-разрядную шинуISA. Это достаточно дорогая шина, разработанная в пику конкурентам для своих компьютеровPS/2, начиная с модели 50. Состав управляющих сигналов, протокол и архитектура ориентированы на асинхронное функционирование шины и процессора, что снимает проблемы согласования скоростей процессора и ПУ. В процессе работы шина МСА может передавать управление отдельным подключенным к ней адаптерам (bus mastering), для реализации режима ПДП или обмена между двумя адаптерами. Все запросы на захват шины поступают в специализированное устройство, называемоеарбитром шины(CACP–CentralArbitrationControlPoint). Арбитр обеспечивает доступ к шине всем устройствам в соответствии с системой приоритетов, предотвращая конфликты и монополизацию шины одним из них. Более подробно понятия “busmastering”, “арбитр шины”, а также режим ПДП (DMA) обсуждаются в гл. 11. Архитектура шины позволяет эффективно и автоматически конфигурировать все устройства программным путем (в МСАPS/2 нет переключателей ни на системной плате, ни на адаптерах). В шине МСА предусмотрено 6 типов слотов:

• 16-разрядные;

• 32-разрядные;

• 16- и 32-разрядные с дополнением для плат памяти;

• 16- и 32-разрядные с дополнениями для видеоадаптеров.

Фирма IBMхотела не просто заменить старый стандартISAна новый, но и сделать на этом деньги.IBMпотребовала от всех производителей, желающих получить лицензию на использование новой шины МСА, заплатить за использование шиныISAво всех ранее выпущенных компьютерах. Это непомерное требование привело к разработке конкурентами фирмыIBMальтернативной шиныEISA(см. п. 10.2.3), что существенно замедлило распространение шины МСА.

Эта причина, а также полная несовместимость с массовыми ISA-устройствами привели к тому, что новая шина МСА при всей прогрессивности архитектуры (относительноISA) не пользуется популярностью из-за узости круга пользователей МСА-устройств. Между тем МСА еще находит применения в мощных файл-серверах, где требуется обеспечить высоконадежный производительный ВВ.