4.3. Шинно-мостовая организация системы ввода-вывода. Системные шины
Под шиной (bus) будем понимать в общем случае многоразрядный интерфейс для обмена информацией. Как правило, такой интерфейс так или иначе стандартизован.
Описание интерфейса включает:
логическое описание (количество и назначение используемых разрядов);
физическое описание (количество разрядов, способ физического сопряжения с интерфейсом);
электрическое описание (используемые уровни сигналов и др.);
протокольное описание (похоже на логическое, но описывает динамику выставления, снятия и взаимозависимости сигналов интерфейса).
Мост (bridge) – в данном случае устройство для согласования двух различных интерфейсов.
Шинная архитектура широко используется в ЭВМ при построении систем ввода/вывода, да и ядра вычислительной системы. Как правило, шинный интерфейс включает линии данных, адреса и управления, может также включать линии питания, «логическую землю» и т.д.
Под системной шиной можно понимать шину, служащую для связи различных компонентов вычислительной системы в единое целое. При этом существует понятие локальной системной шины, подразумевающее, что действие и назначение шины в рамках системы достаточно локально, но расположена шина внутри системы, например, возле ядра. В противоположность системным внешние шины служат для связи ЭВМ с внешними устройствами. Они являются в общем случае более стандартизированными, для того, чтобы внешние устройства различных производителей могли сопрягаться с различными ЭВМ.
Исторически в ПК первой системной шиной можно считать шину ISA(IndustrialStandardArchitecture– индустриальный (промышленный) стандарт архитектуры). Она включает 16-битную (первоначально – даже 8-битную) шину данных и работает на частоте до 8,33 МГц. Модификациями этой шины можно считать шиныEISA(ExtendedISA),Microchannel,VLB(VESALocalBus– локальная шинаVESA, гдеVESA–VideoEquipmentStandartsAssociation- ассоциация стандартов по видеооборудованию).
Шина ISAв том или ином виде стала основой для выделения более специализированных шин, таких, какIDE(IntegratedDeviceElectronics– “интегрированная в устройстве электроника») – шина для подключения дисковых накопителей. СтандартIDEразвился в шинуEIDE, а затем – в стандартATA(ATattachment– «подключение кAT») иATAPI(протокол подключения кATA) – стандарт для подключения разнородных накопителей, таких, какHDDmCD-ROM,DVD.
Современные дисковые подсистемы включают поддержку стандарта ATA33/66/100. Стандарт АТА33 –UlltraDMA33 позволяет повысить скорость обмена до 33Мб/с за счет синхронизации передач как по переднему, так и по заднему фронтам тактовых импульсов. В стандарте АТА66 –UltraDMA66 предполагается увеличение частоты шины до 16МГц, а также – возможность увеличения разрядности шины до 32 разрядов.
Современные ПК (и не только) строятся на базе шины PCI–PeripheralComponentInterconnect, активно поддерживаемой корпорациейIntel. ШинаPCIстандартом системной шины не только для ПК различных архитетктур, но и для систем промышленного назначения, больших ЭВМ и т.д.
Особенности шины PCI:
шина является универсальной, то есть, не привязана к конкретной архитектуре ЭВМ;
разрядность ШД – 32 бита, используется совмещение ША и ШД (разделение передач во времени);
тактовая частота – 33 МГц (существуют варианты PCIс 64МГц и даже – 166 Мгц);
шина использует достаточно быстродействующий протокол;
включает поддержку мостов и др.
Наличие поддержки мостов позволяет строить иерархические шинные архитектуры на базе PCI.
На современном этапе шинно-мостовая архитектура в ПК организована чаще всего по принципу “Север-Юг”, с двумя основными мостами – северным (Northbridge) и южным (Southbridge). В совокупности эти два моста и необходимое окружение образуют «чипсет» системной платы компьютера.
Функцией северного моста является обеспечение взаимодействия ЦП, оперативной памяти и видеоподсистемы (как самого быстродействующего интерфейсного модуля), а также - интерфейс ядра ВС с системной шиной PCI. Южный мост включает контроллеры для связи с внешними устройствами по интерфейсамISA(мостPCI-ISA),EIDE,USB,FireWire, контроллеры параллельных и последовательных портов, клавиатуры, портовPS/2 и др. Северный мост также может обеспечивать связь с конрроллеромSCSIи другими устройствами. Между северным и южным мостами, связанными между собой шинойPCI, располагаются физические интерфейсы для подключения внешних платPCI. Помимо основного южного моста, расположенного на плате, к северному мосту через шинуPCIмогут подключаться дополнительные внешние южные мосты, со своими наборами внешних интерфейсов, что делает такую архитектуру достаточно открытой. Преимуществом разделения «Север-Юг» является возможность отделить специфичную и высокоскоростную архитектуру ядра (оптимизированную под конкретные процессоры, модули памяти и видеоподсистему) от стандартной системной шины и внешних интерфейсов (Заметим, что частота «передней» шины (FrontSideBus) в современных системах может достигать 150-166 МГц, а для систем на базеPentiumIV– 400 Мгц !!!).
Рис.