Глава 10 Интерфейсные системы эвм

интерфейс (interface)¹ — совокупность средств сопряжения и связи, обеспечи­вающая эффективное взаимодействие систем или их частей. В интерфейсе обыч­но предусмотрено сопряжение на двух уровнях:

механическом (провода, элементы связи, типы соединений, разъемы, номера I контактов и т. п.);

логическом (сигналы, их длительности, полярности, частоты и амплитуда, про- токолы взаимодействия).

В современных интерфейсах для формирования стандарта подключения устройств к системе широко используются наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы. Это существенно усложняет и удорожает не только сам интерфейс, но и компьютер в целом.

Все интерфейсы ЭВМ можно разделить на внутримашинные и внешние. Внут-римашинный интерфейс — система связи и сопряжения узлов и блоков компью­тера между собой; внешние интерфейсы обеспечивают связь компьютера с внеш­ними (периферийными) устройствами и другими компьютерами.

Внутримашинный интерфейс представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, прото­колов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов. Существуют два вари­анта организации внутримашинного интерфейса:

• многосвязный интерфейс: каждый блок ПК соединен с прочими блоками свои­ми локальными проводами; многосвязный интерфейс иногда применяется в качестве периферийного интерфейса (для связи с внешними устройства­ми ПК), дополняющего системный, а в качестве системного — лишь в некото­рых простых компьютерах;

• односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую, или системную, шину).

¹ В компьютерной литературе иногда вместо термина «интерфейс» употребляют термины «контроллер» или «адаптер». Строго говоря, это не совсем верно, так как контроллер (controller) управляет интерфейсом и обеспечивает его работоспособность, адаптер (adapter) же отвечает за совместимость интерфейсов.

168

Глава 10. Интерфейсные системы эвм

В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфей­са используется системная шина. Шина (bus) — совокупность линий связи, по которым информация передается одновременно. Под основной, или системной, шиной обычно понимается шина между процессором и подсистемой памяти. Шины характеризуются разрядностью и частотой. Структура и состав системной шины рассмотрены в главе 7 «Основные блоки ЭВМ, их назначение и функциональ­ные характеристики». ,

Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность (макси­мально возможная скорость передачи информации), которая зависит от разряд­ности шины (8-, 16-, 32- и 64-разрядные шины) и тактовой частоты, на которой шина работает. Разрядность, или ширина шины (bus width), — количество ли­ний связи в шине, то есть число битов, которое может быть передано по шине од­новременно. Тактовая частота шины (bus frequency) — частота, с которой пере­даются последовательные биты информации по линиям связи.

В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться:

• шины расширений — шины общего назначения, позволяющие подключать боль­шое число самых разнообразных устройств;

• локальные шины, часто специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса, преимущественно видеосистем.

В компьютерах широко используются также периферийные шины — интерфейсы для внешних запоминающих и многочисленных периферийных медленно дейст­вующих устройств. Сравнительные технические характеристики некоторых шин приведены в табл. 10.1.

Шины расширений

1. Шина PC/XT — 8-разрядная шина данных и 20-разрядная шина адреса, рас­считанная на тактовую частоту 4,77 МГц; имеет 4 линии для аппаратных пре­рываний и 4 канала для прямого доступа в память (каналы DMA — Direct Memory Access). Шина адреса ограничивала адресное пространство микропро­цессора величиной 1 Мбайт. Использовалась с МП 8086, 8088.

2. Шина PC/AT — 16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса, ра­бочая тактовая частота до 8 МГц, но может применяться и МП с тактовой частотой 16 МГц, так как контроллер шины способен делить частоту попо­лам; имеет 7 линий для аппаратных прерываний и 4 канала DMA. Использо-валачь с МП 80286, совместима и с МП с тактовой частотой больше 66 МГц (коэффициент деления увеличен); увеличено количество линий аппаратных прерываний с 4 до 15 и каналов прямого доступа к памяти (DMA) с 4 до 7. Благодаря 24-разрядной шине адреса адресное пространство увеличилось с 1 до 16 Мбайт. Теоретическая пропускная способность шины данных равна 16 Мбайт/с, но реально она ниже, около 5,5 Мбайт/с, ввиду ряда особенно­стей ее использования. *

Шины расширений

169

Шина ISA (Industry Standard Architecture — промышленная стандартная ар­хитектура) представлена в двух версиях: для IBM PC/XT (1981 год) и для PC AT (1984 год). Она использовалась в первом компьютере IBM PC, и тогда это было неофициальное название шины IBM PC/XT, позволяющей добав­лять в систему различные устройства. Часто возникает путаница относительно ее характеристик, поскольку в новых компьютерах эта шина не применяется, а фирма IBM до 1987 года не публиковала ее полного описания и временных диаграмм сигналов. Конфигурация системы с шиной ISA показана на рис. 10.1.

ISA — основная шина на устаревших материнских платах. С появлением 32-разрядных высокоскоростных МП шина ISA стала существенным препят­ствием увеличения быстродействия ПК. Раньше с помощью интерфейса ISA подключались такие устройства, как видеокарты, модемы, звуковые карты и т. д. На современных материнских платах этот интерфейс либо совсем от­сутствует, либо имеется всего 1-2 слота. Конструктивно слот ISA представ­ляет собой разъем, состоящий из двух частей — 62-контактного и примыкаю­щего к нему (в PC AT) 36-контактного сегментов.

Шина EISA (Extended ISA) — 32-разрядная шина данных и 32-разрядная шина адреса, создана в 1989 году как функциональное и конструктивное рас­ширение ISA. Адресное пространство шины 4 Гбайт, работает на частоте 8-10 МГц. Теоретическая пропускная способность шины — 33 Мбайт/с, причем скорость обмена по каналу МП — кэш — ОП определяется параметрами мик­росхем памяти; увеличено число разъемов расширений — теоретически мо­жет подключаться до 15 устройств (практически до 10). Улучшена система прерываний, поддерживается Bus Mastering — режим единоличного управле­ния шиной со стороны любого из устройств на шине, имеет систему арбитража

170