Тема урока: Стандарты шин.

Цели:

1. Рассмотреть основные стандарты шин.

2. Содействовать в ходе урока формированию мировоззренческого понятия познаваемости мира.

3. Развивать познавательные способности, интерес к предмету.

Методы: информационно-развивающие, действенно-практические.

Тип: Комбинированный.

Форма проведения: урок.

ТСО и материалы: Персональный компьютер.

Литература: МогилёвА.В., Пак Н.И., Хённер Е.К. Информатика: Учебное пособие для студентов пед.вузов.-М.,1999.-816 с.

Всё о компьютере/ В.Н.Мирошников. – М.: ООО «Издательство АСТ», 2003. – 319с.

Ход урока

1. Организационный момент

2. Проверка домашнего задания

Вопросы:

1. Назначение шины управления.

2. Цикл шины. Определение, описание процесса.

3. Магистраль. Магистрально-модульный принцип организации ЭВМ.

4. Понятие локальной шины.

3. Объяснение нового материала Стандарты шин

Обычно количество и типы устройств ввода/вывода в вы­числительных системах не фиксируются, что позволяет пользователю самому подобрать необходимую конфигурацию. Шина ввода/вывода компьютера может рассматриваться как шина расширения, обеспе­чивающая постепенное наращивание устройств ввода/вывода. Поэтому стандарты играют огромную роль, позволяя разработчикам компьютеров и устройств ввода/вывода работать независимо. Появление стандартов определяется разными обстоятельствами.

Иногда широкое распространение и популярность конкретных машин становятся причиной того, что их шина ввода/вывода становится стандартом де-факто. Примерами таких шин могут служить PDP-11 Unibus и IBM PC/AT Bus. Иногда стандарты появляются также в результате определенных достижений по стандартизации в некотором секторе рынка устройств ввода/вывода. Интеллектуальный периферийный интерфейс (IPI - Intelligent Peripheral Interface) и Ethernet являются примерами стандартов, появившихся в результате кооперации производителей. Успех того или иного стандарта в значительной степени определяется его принятием такими организациями как ANSI (Национальный институт по стандартизации США) или IEEE (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике). Иногда стандарт шины может быть прямо разработан одним из комитетов по станда­ртизации: примером такого стандарта шины является FutureBus.

Какие бывают шины

Первой системной шиной для IBM PC была XT-Bus, позволяв­шая передавать 8-разрядные данные внутри 20-разрядного адрес­ного пространства (это называлось разрядностью 8/20) и рабо­тавшая с частотой 4,77 МГц. Нужно отметим, что совместное использование линий IRQ несколькими адаптерами в этой шине было невозможно. Для работы с внешними устройствами в этой шине были предусмотрены также 4 линии аппаратных прерываний (IRQ) и 4 линии для требования внешними устройствами прямого доступа к памяти (DMA). Для подключения плат расширения использовались специальные 62-контактные разъемы. При этом системная шина и микропроцессор синхронизировались от одного тактового генератора с частотой 4.77 МГц. Таким образом, теоретическая скорость передачи данных могла остигать немногим более 4 Мбайт/с.

Расширением предыдущей шины стала AT-bus, позднее получив­шая ставшее более распространенным название ISA (Industry Stan­dard Architecture — архитектура промышленного стандарта). Эта шина позволяла передавать 16-разрядные данные внутри 24-раз­рядного адресного пространства и работала с тактовой частотой 8 МГц. Так же как и ее предше­ственница, ISA не позволяет раз­делять IRQ. Конструктивно разъем этой шины выполнен так же, как у XT-bus, но с добавив­шимся 36-контактным разъемом расширения. Предельная пропу­скная способность ISA составля­ет 5,6 Мб/с.

Первой полностью 32-раз­рядной шиной стала EISA (Enhanced ISA — расширенная ISA), появившаяся в конце 1988 года, работавшая на частоте 8 МГц и обратно совместимая с ISA. Преимуществами новой шины стали, во-первых, в нес­колько раз большая предель­ная пропускная способность (32 Мб/с), а во-вторых, появле­ние поддержки Bus Mastering — режима, в котором внешние устройства могут управлять ши­ной (выдавать сигналы управле­ния, пересылать данные) само­стоятельно, без участия процессора. Для предотвраще­ния конфликтов при совместном доступе устройств к шине введе­на система арбитража. Кроме того, EISA позволяет нескольким устройствам разделять между собой линии IRQ и каналы DMA.

Шины ISA и EISA довольно долгое время доминировали в качестве системных шин персональных компьютеров, сейчас же постепенно сходят на нет.

Слот шины ISA

В компьютерах PS/2 фирмы IBM была применена собственная системная шина MCA (Micro Channel Architecture — микроканаль­ная архитектура), несовместимая со всеми остальными. Архитекту­ра этой шины была запатентована IBM и в результате нигде, кро­ме PS/2, так и не была использована. Шина МСА имела разрядность 8/24 с возможностью расширения до 32/32, а также поддержку режима Bus Mastering с арбитражем.

Предельная про­пускная способность ее была на тот момент рекордной — 40 Мб/с.

Все вышеописанные шины, за исключением МСА, не сы­гравшей большой роли на рын­ке компьютеров, произведенных не IBM, а другими фирмами, имели достаточно низкую про­пускную способность. Развитие их происходило в основном за счет увеличения числа линий. Одновременно с появлением 486 процессора происходило создание новых видеокарт с большим разрешением и ко­личеством цветов, а также бы­стрых контроллеров жестких дисков. Эти устройства требовали повышенной скорости обмена с ними. Для выхода из положения была придумана архитектура, по­лучившая название локальной шины (Local Bus). В ней высокоско­ростные операции обмена данными производятся не через медлен­ную системную шину ввода/вывода, а через быструю шину процессора.

Локальная шина стала не заменой ISA, а лишь дополнением к ней. Первоначально слоты локальной шины использовались поч­ти исключительно для подключения к ним быстрых видеокарт. По­началу на рынке существовало несколько независимых, несов­местимых между собой вариан­тов локальных шин, пока в 1992 году ассоциация VESA (Video Electronic Standard Asso­ciation — ассоциация видеоэлек­тронных стандартов) не пред­ложила свою спецификацию локальной шины VLB в качестве стандарта. VLB (VESA Local Bus — локальная шина стан­дарта VESA) была полностью 32-разрядной, работала с так­товой частотой 25-50 МГц и имела предельную скорость обмена 130 Мб/с. Шина под­держивала режим Bus Master с числом устройств, работающих в этом режиме, до трех. Для таких устройств поддерживался так­же DMA.

Ш ина VLB стала большим шагом вперед по сравнению с ISA, поскольку к ней можно было подключать не только видеокарты, но и быстрые жесткие диски, и потому стало возможным ликвиди­ровать отставание по скорости сразу в двух подсистемах.

С целью испра­вления недостатков этой шины Intel раз­работала шину PCI, 32-разрядную с воз­можностью расширения до 64-разрядной, поддер­живавшую режим Bus Mastering и автоконфигурацию. Тактовая частота ее составила 33 МГц (с возможностью расширения до 64 МГц). Предельная пропускная способность PCI составляет 132 Мб/с, в расширенных вари­антах повышается вплоть до 528 Мб/с для 64-разрядной ши­ны на 66 Мгц. На одном сегмен­те шины PCI не может находить­ся более четырех слотов, зато сегменты могут объединяться в се­ти различных топологий (древо­видная, звездообразная и т. п.).

Разъемы шины PCI делятся на три вида: с напряжением питания 5В, 3,3 В и универсальные. Универсальные карты ставятся в лю­бой разъем, в остальных случаях необходимо следить за соответ­ствием разъемов на карте и слоте.

Ш ина PCI является наиболее распростра­ненной на момент напи­сания этой книги.

С тоит еще рассмо­треть так называемую шину AGP (Accelerated Graphics Port — порт ускоренной графики), ис­пользующуюся исключи­тельно для обеспечения работы быстрых видео­карт. Необходимо рас­сматривать AGP не как замену PCI, а как неза­висимое дополнение к ней. Шина AGP имеет выход непосредствен­но на системную память и использует ее для своих целей (буфер глубины (z-buffer), текстурирование, сопряжение текстур, альфа-каналы и т. д.) вместо увеличения объе­ма дорогостоящей встроенной графи­ческой памяти видеокарты. Предельная пропускная способность ши­ны AGP — 2 Гб/с. Интерфейс выполнен в виде отдельного разъема, к которому подключается AGP-видеокарта.

Ф ир­ма Intel разработала шину под кодо­вым названием PCI Express, призванную заменить PCI и AGP на участках, требую­щих повышенной скорости обмена данными (соединение со скоростными видеокарта­ми, сетевыми адаптерами Gi­gabit Ethernet, а также между частями чипсета, отвечающи­ми за работу с памятью и ввод/вывод). Предельная пропускная способность PCI Express (другое название 3GIO) составляет до 4 Гб/с. Согласно планам разработчи­ков, некоторое время эта технология будет сосуществовать с PCI, а впоследствии должна полностью заменить ее.

Фирма Intel, всеми сред­ствами пытающаяся убрать с современных системных плат шину ISA, предлагает альтернативные решения на замену ISA, в частности ар­хитектуру AMR (Audio/Modem Riser Card — аудио/модемная райзер-карта). Спецификация АМС'97 (Audio Modem Co­dec — аудио- и модемный ко­дер/декодер) версии 2.0 определяет интерфейс для подключения к материнской плате через соответствующий слот звуковых карт и модемов, соответствую­щих стандарту AMR. Эти карты и модемы на практике очень дешевы и содержат очень мало деталей, основными из которых являются цифро-аналоговый и аналого-цифровой преобразовате­ли, а практически весь синтез звука выполняет­ся программным путем, что увеличивает нагрузку на центральный процессор. Качество звука таких аудиокарт, как правило, ниже сред­него, а модемы из-за различий в стандартах в российских условиях оказывается вообще невозможно использовать. Впрочем, возможно, со временем такое положение из­менится. Дальнейшим развитием этой технологии явилось CNR (Com­munications Network Riser — сетевая райзер-карта). CNR-карта может рассматриваться как расширение материнской платы. В CNR-слот мо­гут вставляться вышеупомянутые мо­демы и аудиокарты, а также сете­вые карты. Основную работу здесь выполняет специальная программа, управляемая системным чипсетом.

AMR и CNR теоретически должны обеспечивать дешевые, легко рас­ширяемые путем установки новых версий управляющих программ ре­шения, но на деле, ввиду привяз­ки программной части к версии операционной системы, получает­ся негибкая и ненадежная систе­ма, к тому же отнимающая ресур­сы и процессора.