Внутримашинный системный интерфейс

Внутримашинный системный интерфейс — это совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

В качестве системного интерфейса используется, как правило, системная шина. Важнейшими характеристиками системной шины являются: количество обслуживающих интерфейс устройств и пропускная способность шины. Пропускная способность шины зависит от разрядности (есть шины 8-, 16-, 32- и 64-разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает.

В качестве системной шины в разных ПК используются:

• шины расширений (шины общего назначения), позволяющие подключать большое число разнообразных устройств;

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

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. Как правило, шины ПК можно представить в виде некой иерархической структуры - шинной архитектуры. Особенностью современных ПК является наличие шины ISA, унаследованной от самых первых моделей IBM PC. Кроме нее, в ПК применяются шины EISA, MCA, VLB, PCI, PCMCIA (CardBus) и AGP.

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).

Шины расширений

Шина ISA (Industry Standard Architecture – архитектура промышленного стандарта) – 16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса, рабочая частота 16 МГц, но может использоваться МП с тактовой частотой 50 МГц. Увеличение количества линий аппаратных прерываний с 7 до 15 и DMA-каналов – с 4 до 11. Адресное пространство 16 МБ. Теоретическая пропускная способность шины данных 16 МБ/с, но реально она ниже – около 4-5 МБ/с ввиду ряда особенностей ее использования.

Шина EISA (Extended ISA) – 32-разрядная шина данных и шина адреса. Адресное пространство – 4 Гбайт, скорость обмена между МП, кэшем и ОП определяется параметрами микросхем памяти, увеличено число разъемов расширений (до 15 устройств – теоретически, 10 – практически). Шина EISA обеспечивает автоматическое конфигурирование системы поддерживает режим Plag and Play и управление DMA; полностью совместима с ISA (есть разъем для подключения ISA), поддерживает многопроцессорную архитектуру вычислительной системы. Применяется в скоростных ПК, сетевых серверах.

Шина MCA (Micro Channel Architecture) разработана IBM в 1987 г. для PS/2. Пропускная способность шины 76 Мбайт/c, рабочая частота 10–20 МГц. По характеристикам близка к EISA, но поскольку PS/2 не получил широкого распространения, шина MCA используется не очень широко.

Локальные шины

Локальные шины подключаются непосредственно к шине МП, работают на тактовой частоте МП и обеспечивают связь с некоторыми скоростными внешними по отношению к МП устройствами: основной и внешней памятью, видеосистемами и др.

В настоящее время существуют 2 стандарта универсальных локальных шин: VLB и PCI.

Шина VLB (VESA Local Bus, VESA – Video Electronics Standards Association) является расширением внутренней шины МП для связи с видеоадаптером и (реже) с винчестером, платами мультимедиа, сетевым адаптером. Разрядность – 32 бита, 64 бита. Реальная скорость передачи данных – 80 Мбайт/с (теоретически – 132 Мбайт/с).

Недостатки:

• жесткая зависимость от частоты МП (каждая шина VLB рассчитана только на конкретную частоту);

• малое количество подключаемых устройств (4);

• рассчитана на работу с МП 80386 и 80486.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect – соединение внешних устройств) разработана в 1993 г. фирмой Intel. Шина PCI имеет свой адаптер, позволяющий ей настраиваться на работу с любым МП, к ней можно подключать 10 устройств различной конфигурации с возможностью автоматического конфигурирования.

Разрядность PCI – 32 и 64 бита, теоретическая пропускная способность – 132 Мбайт/с, а в 64-битовом варианте – 263 Мбайт/с.

Шина PCI, хотя и является локальной, выполняет и многие функции шины расширения (ISA, EISA, MCA). Совместное использование в ПК шин VLB и PCI возможно при наличии соответствующей VLB- или PCI- материнской платы. Выполняются в настоящее время материнские платы с мультимедийной архитектурой – VIP (по начальным буквам VESA ISA PCI), позволяющие использовать ISA/EISA, VLB и PCI.

С появлением портативных компьютеров остро встал вопрос о создании универсального и компактного интерфейса для подключения внешних устройств. В качестве такого интерфейса стандартом де-факто стал интерфейс PCMCIA, поддерживаемый Ассоциацией PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), объединяющей компании, разрабатывающие периферийные устройства для портативных компьютеров. Аббревиатура PCMCIA вызывала много нареканий своей труднопроизносимостью. Для PCMCIA сегодня принято использовать более благозвучный термин PC Card.

При разработке графических адаптеров возникла проблема недостаточного быстродействия шины PCI для ряда задач, возникающих при обработке трехмерной графики. На помощь пришла идея организации локальной шины для обмена процессора с видеоадаптером. Так родился ускоренный графический порт AGP (Accelerated Graphic Port).

Ускоренный графический порт AGP занимает отдельный разъем, отличающийся от PCI, который работает на частоте 66 или 133 МГц. Предусмотрены три режима передачи данных - 1x (66 МГц, 266 Мбайт/с), 2х (133 МГц, 532 Мбайт/с за счет передачи данных по фронту и срезу тактовых импульсов при частоте шины 66 Мгц) и 4х (266МГц, 1064 МБайт/с за счет передачи 4-х блоков данных за один такт).