Лекция №26 шины персональных компьютеров.

План лекции

1. Обзор шин ПК.

2. Шина ISA/EISA.

3. Шина Micro Channal.

4. Шины VLB, PCI.

5. Шина AGP.

26.1. Обзор шин пк.

Все компоненты ПК объединены между собой проводниками (кабелями) позволяющими обмениваться данными, адресной информацией, управлять режимами работы, подключать питание и т.д.

Группы проводников, объединённые по определённым признакам носят название шин или магистралей.

В архитектуре ПК выделяют системные шины (шины расширения — Expansion Bus) и локальные шины. Основной обязанностью системной шины является передача информации между базовым МП и остальными электронными компонентами компьютера.

Локальные шины вводятся для повышения производительности ПК при работе с устройствами, требующими передачи больших объёмов информации (например, накопителей, видеоадаптеров). Локальные шины связывают между собой процессор непосредственно с контроллерами периферийных устройств.

Как следует из названия системные шины (шины расширения) предназначены для подключения различных адаптеров периферийных устройств, расширяющих возможности компьютера.

Интерфейсы шин начали свою историю с 8-битной шины ISA. Открытость этой шины обеспечила появление широкого спектра плат расширения, позволяющих использовать PC в различных случаях, вплоть до применения в качестве управляющего компьютера в различных системах автоматизации.

С появлением АТ-286 шина ISA была модифицирована, что позволило повысить её производительность. Шина EISA явилась откликом на потребность в высокопроизводительном обмене для серверов. Это довольно дорогая шина и распространена не так широко. В шину EISA можно установить и ISA – адаптеры.

Шина МСА, выдвинутая фирмой IBM как прогрессивная альтернатива ISA, не была поддержана производителями блоков PC, так её спецификация не была открытой. В результате она практически отмерла вместе с семейством ПК IBM PS/2.

C появлением МП i486 появилась потребность в повышении производительности вычислительной системы, т.о. родилась локальная шина VLB. Принципиальная привязка к шине процессора 486 не обеспечила ей долгого существования - пришла пора Pentium.

С процессорами 486 появилась и другая скоростная шина PCI. Она является новым этажом в архитектуре PC , к которому подключается шина типа ISA/EISA.

Шина PCI является в настоящее время стандартной для ПК и используется с процессорами 4,5 и 6 поколений.

Развитием шины PCI, нацеленным на дальнейшее повышение производительности обмена, является порт AGP, специально предназначенный для подключения мощных графических адаптеров.

Местоположение шин в архитектуре современных ПК иллюстрирует рис.26.1.

Рис.26.1.

26.2. Системные шины.

Упрощённо системную шину можно представить как совокупность сигнальных линий, объединённых по их назначению (данные, адреса, управление). Передачей информации по шине управляет одно из подключённых к ней устройств или специально выделенный для этого узел, называемый арбитром шины. Наибольшее распространение в ПК типа IBM PC/AT нашли шины ISA и EISA.

Шина ISA.

Для ПК типа PC/AT-286 в качестве стандартной была принята 16-ти разрядная системная шина ISA (Industriе Standart Architecture).Она и в настоящее время наиболее распространена в ПК. Эта шина объединяет все устройства (МП, память, порты ввода-вывода) в одном канале шины. Для передачи адреса в шине выделены 24 линии, что позволяет напрямую обращаться к 16 Мбайтам системной памяти. Количество линий аппаратных прерываний - 15, каналов DMA - 7.

Системные платы с шиной ISA допускают возможность синхронизации работы самой шины и МП разными тактовыми частотами. Это позволяет устройствам, выполненным на платах расширения работать медленнее, чем базовый процессор. Это стало особенно актуально, когда тактовая частота превысила 10 - 12 МГц. Тактовая частота работы шины – 8,33МГц. Т.о., максимальная скорость передачи теоретически может быть 16 Мбайт/с. На практике указанная скорость достигает 2 - 4 Мбайта/с.

Типовая структура ПК с шиной ISA показана на рис.

Рис.26.2.

Разъём ISA включает в себя два слота 8-ми разрядный 62-контактный слот, в который вставляются короткие 8-разрядные карты и дополнительный 36-контактный слот, содержащий дополнительные 8 линий данных и 4 адресных линии.

Однако, с появлением новых МП, таких как i80486, стало очевидно, что системная шина ISA является основным препятствием на пути повышения производительности системы.

Дело в том, что возможности этой шины для построения высокопроизводительных систем следующего поколения были практически исчерпаны.

Для согласования скорости работы МП с шиной стали применять замедлители, снижающие скорость обмена по шине.

Кроме того, она не справляется с передачей больших объёмов данных, генерируемых новым поколением прикладных программ. Современные МП работают на частоте f > 33МГц и вынуждены значительное время ждать, пока жёсткие диски, видеоадаптеры и другие устройства пересылают и принимают данные по общему тракту с малой скоростью.

Новая системная шина должна была обеспечивать наибольший возможный объём адресуемой памяти (32 разр.), 32-разрядную передачу данных, в том числе в режиме DMA, автоматическую конфигурацию системы и плат расширения.

Шина Micro Channel.

В 1987г. фирма IBM представила новую системную шину MC-микроканал. Эта шина была установлена на компьютере IBM класса PS/2.

Отличительной чертой этой шины явилось то, что она работала с частотой 10 МГц и была 32-разрядной. Скорость передачи данных достигала 20-25 Мбайт/с. Шина MCA поддерживает до 6 внешних устройств.

Все карты расширения имеют свою кодировку, с помощью которой самостоятельно распознаются и конфигурируются. Удобство состоит в том, что при конфигурации системы не требуется использовать переключатели и джамперы, так как всё коммутируется программно. В соответствии с этим Chipset MCA состоит из элементов, отличных от применяемых с шиной ISA. Результат этого – 100% несовместимость с шиной ISA. Т. о. пользователю при модернизации ПК , связанным с переходом на шину MCA необходимо менять не только материнскую плату, но и одновременно все карты расширения.

Шина EISA.

Необходимость повышения производительности, наряду с обеспечением совместимости привела к дальнейшему развитию шины ISA, которое определило появление расширенной версии шины ISA – Extended ISAEISA.

Основные достоинства шины EISA:

1 Слот EISA полностью совместим со слотом ISA. Это достигается благодаря “двухэтажной” конструкции слота. На “первом этаже” расположены контакты ISA , а на “втором” –выводы EISA. По этой причине в слоты шины EISA можно устанавливать карты ISA (одноэтажные). Это позволяет установить на первых порах после модернизации старые модули расширения.

2 Шина EISA является 32-разрядной. Это означает, что все 32 линии данных можно также найти на слоте. Хотя линия работает с частотой 8,33МГц, в соединении с 32-разрядной передачей данных это позволяет увеличить скорость передачи данных по линии до 32 Мбайт/с.

3 Как и для шины MCA, конфигурация карт расширения происходит не аппаратно, с помощью DIP-переключателей и джамперов, а программно.

4 Шина EISA предоставляет большие возможности для использования КЭШ-памяти.

Остановимся на последнем свойстве подробнее.

Дело в том, что в архитектуру ПК с шиной EISA введена дополнительная высокопроизводительная шина, связывающая между собой CPU, КЭШ и основную память.

Типовая архитектура ПК с шиной EISA приведена на рис.26.3.

Рис.26.3.

Большинство EISA –систем поддерживают на шине работу от 6 до 11 устройств.

В настоящее время разработано расширение к шине EISA (EMPEnhanced Master Burst), которое поддерживает дополнительно 2 режима передачи данных со скоростью 66 и 132 Мбайт/с.