21. Причины появления материнской платы. Шинная архитектура.

Материнская плата – второй по важности компонент в устройстве персонального компьютера. Основное назначение системной платы — соединение всех узлов компьютера в одно устройство, так что, по большому счету, это всего лишь набор проводов между контактами процессора и контактами модулей памяти и периферийных устройств. Все остальные расположенные на ней элементы носят второстепенные функции, служа только для развязки и согласования сигналов. Конечно, какой-то блок на системной плате может носить гордое название "контроллер", но даже в этом случае его назначение— выполнение вспомогательных функций.

Шинная архитектура. В системах персональных компьютеров существует четыре типа архитектур шин: ISA, EISA, MicroChannel и PCI.

Слот ISA — это первая открытая архитектура системной шины, применявшейся в персональных компьютерах IBM, причем каждый производитель имел право воспользоваться этой архитектурой, уплатив небольшой лицензионный взнос. Так как не существовало ограничений на использование шин ISA, они воспроизводились во всех последующих компьютерах IBM. Применение стандартизованной шины не только позволило тысячам производителей выпускать совместимые ПК и устройства расширения, но и помогло обеспечить использование стандартизованных операционных систем и прикладного программного обеспечения. Существуют 8- и 16-битовая версии шины ISA, хотя во всех материнских платах, выпущенных с середины 1980-х гг., производители отказались от 8-битовой XT-версии ISA в пользу более быстрой 16-битовой AT версии.

EISA — это 32-битовая шина, которая была разработана в 1988—89 гг. в ответ на возросшие требования к более высокой скорости и производительности периферийных устройств в связи с вводом в эксплуатацию центральных процессоров 80386 и 80486. Кроме того, было неразумно оставлять весь рынок 32-битовых шин архитектуре МСА компании Intel. Несмотря на то, что шина работает на той же тактовой частоте 8,33 МГц, 32-битовый информационный канал удваивает пропускную способность данных между материнской платой и платой расширения. В отличие от шины МСА, шина EISA гарантирует обратную совместимость с уже существующими периферийными устройствами ISA и программным обеспечением для персональных компьютеров. Шина EISA создана полностью совместимой с платами ISA и автоматически переключается между 16-битовым режимом ISA и 32-битовым режимом EISA с помощью второго ряда краевых разъемов. Таким образом, платы EISA имеют доступ ко всем сигналам плат ISA, а также ко второму ряду сигналов EISA.

МСА. С появлением и повсеместным распространением 32-битовых микропроцессоров типа Intel 80386 и 80486, пропускной способности 16-битовой шины ISA стало недостаточно. Передача 32-битового слова по шине расширения в виде двух 16-бито-вых частей приводила к существенной трате времени обработки. И дело было не только в скорости передачи данных и быстродействии процессора; видео- и аудиосистемы персональных компьютеров также развивались и требовали увеличения своей доли пропускной способности шины. К началу 1987 г. в IBM было принято решение об отказе от шины ISA и ее замене совершенно новой шинной структурой, которую назвали MCA. IBM интегрировала шину МСА в серию персональных компьютеров с разъемом PS/2, а также в рабочие станции System/6000. Шина МСА не только поддерживала 16- и 32-битовый режимы — это была первая шина для ПК, которая поддерживала управление шиной с целью повышения производительности устройств.

PCI. К концу 1980-х гг. распространение 32-битовых центральных процессоров Pentium и операционных систем с широким применением графики показало, что шина ISA с тактовой частотой 8,33 МГц устарела. Для повышения производительности началась разработка альтернативных архитектур шин. В середине 1992 г. Intel Corporation и представительный консорциум производителей представили шину PCI с тактовой частотой 33 МГц. В то время как устаревшая видеошина VLB была разработана специально для поддержки видеосистем персонального компьютера, 188-контактная шина PCI была ориентирована на будущее центральных процессоров (и персональных компьютеров в целом), т. к. она также поддерживает периферийные устройства типа контроллеров жестких дисков, сетевых адаптеров и т. д.

Другим важным преимуществом шины PCI является возможность автоматической конфигурации для периферийных устройств без переключателей и перемычек. Такая автоконфигурация (суть технологии Plug-and-Play) предусматривает настройку всех адресов, запросов прерывания и распределения DMA PCI-устройства. Шина PCI поддерживает управление передачей данных по шине, что позволяет одному из периферийных устройств контролировать шину для повышения пропускной способности и выполнения высокоприоритетных задач. Архитектура PCI обеспечивает поддержку параллелизма — алгоритма, который обеспечивает одновременную работу процессора и устройств, контролирующих шину, и позволяет избежать простоя процессора.

В настоящее время шинные архитектуры ISA, EISA и МСА считаются устаревшими. Теперь установка и обслуживание сетевых адаптеров производится на слотах PCI. С более старыми типами шин (как правило, с ISA) вы можете столкнуться лишь при наличии в сети персональных компьютеров устаревшей конфигурации или устаревших сетевых адаптеров.