4.5 Шины ввода/вывода

4.5.1 Шина isa

Шина ISA долгие годы являлась стандартом в области PC (Industry Standart Architecture, ISA — Промышленная стандартная архитектура) и считается са­мой "старой" в семействе шин, однако до сих пор используется даже в но­вейших моделях PC. Дело в том, что имеется еще множество периферийных устройств, использующих стандарт ISA (мышь, клавиатура, модемы, ручные сканеры, FDD и т. п.), для которых быстродействия этой шины более чем достаточно.

8-разрядные шины

Родоначальником в семействе шин ISA была 8-разрядная шина (8 Bit ISA Bus), которая использовалась в компьютерах класса XT.

Как известно, пропускная способность шины определяет производитель­ность всей системы. Очевидно, что при этой разрядности и тактовой частоте 4,77 МГц пропускная способность шины очень низкая.

16-разрядная шина

Если вы посмотрите на слот 16-разрядной шины. обозначаемой иногда AT BUS, то увидите, что он состоит из двух частей, одна из которых в точности соответствует слоту 8-разрядной шины ISA. а на контакты второй выведены линии для дополнительных адресов ввода/вывода, прерываний и каналов DMA.

На этом основании короткие 8-разрядные карты можно устанавливать в 16-разрядный слот. Сделать это наоборот, конечно же, невозможно.

Передача байта данных по шине ISA происходит следующим образом. Сна­чала на адресной шине выставляется адрес ячейки RAM или порта устрой­ства ввода/вывода, куда следует передать байт, затем на линии данных вы­ставляется байт данных, по одной из линий шины управления передается сигнал записи WR (строб записи). Причем контроль записи (проверка. успели записаться данные или нет) не производится. Поэтому тактовая час­тота шины ISA выбрана равной 8,33 МГц, чтобы даже самые медленные устройства гарантированно успевали производить по шине обмен данными (командами).

4.5.2 Шина pci

Ши­на PCI (Peripheral Component Interconnect) была разработана фирмой Intel для своего нового высокопроизводительного процессора Pentium.

В современных материнских платах тактовая частота шины PCI задается как половина тактовой частоты системной шины, т. е. при тактовой частоте сис­темной шины 66 МГц шина PCI будет работать на частоте 33 МГц, при час­тоте системной шины 75 МГц — 37,5 МГц.

Основополагающим принципом, положенным в основу шины PCI, является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь между шиной PCI и другими шинами (например, PCI to ISA Bridge).

Важной особенностью шины PCI является то, что в ней реализован принцип Bus Mastering, который подразумевает способность внешнего устройства при пересылке данных управлять шиной (без участия CPU). Во время передачи информации устройство, поддерживающее Bus Mastering, захватывает шину и становится главным. При таком подходе центральный процессор освобождается для выполнения других задач, пока происходит передача данных.

В настоящее время шина PCI стала стандартом де-факто среди шин ввода/вывода. Поэтому рассмотрим ее архитектуру (рис.2) несколько подробнее.

В чем же секрет победного шествия шины PCI в мире PC? Ответить можно так.

• В шине PCI используется отличный от шины ISA способ передачи данных. Этот способ, называемый "способом рукопожатия", заключается в том, что в системе определяются два устройства: передающее (Iniciator) и приемное (Target). Когда передающее устройство готово к передаче, оно выставляет данные на линии данных и сопровождает их соответствующим сигналом (Indicator Ready), при этом приемное устрой­ство записывает данные в свои регистры и подает сигнал Target Ready, подтверждая запись данных и готовность к приему следующих. Установка всех сигналов, а также чтение/запись данных производится строго в со­ответствии с тактовыми импульсами шины, частота которых равна 33 МГц (сигналу CLK).

• Основное преимущество PCI-технологии заключается в относительной независимости отдельных компонентов системы. В соответствии с кон­цепцией PCI, передачей пакета данных управляет не CPU, а включенный данных в RAM (или их считывание) либо при обмене данными между двумя любыми компонентами системы.

• В соответствии со спецификацией PCI 1.0 шина PCI — 32-разрядная, а РС1 2.0 64-разрядная. Таким образом, полоса пропускания шины составляет, со­ответственно, 33 Мгц х(32 бит: 8) — 132 Мбайт/с и 33 МГц х(64 бит: 8) = == 264 Мбайт/с.

• Шина PCI универсальна (или самодостаточна). Поскольку системная шина и шина PC соединены с помощью главного моста (Host-Bridge), то последняя является самостоятельным устройством и может использовать­ся независимо от типа CPU.

• В соответствии со спецификацией PCI 5.0 ширина шины увеличена до 64 разрядов, слоты PCI имеют дополнительные контакты, на которые по­дается напряжение 3,3 В. Большинство современных микросхем PC рабо­тает при таком напряжении. Примером могут служить CPU DX4 и Pentium корпорации Intel.

• Система PCI использует принцип временного мультиплексирования, т. е. когда для передачи данных и адресов применяются одни и те же линии.

• Важным свойством шины PCI является ее интеллектуальность, т. е. она в состоянии распознавать аппаратные средства и анализировать конфигу­рации системы в соответствии с технологией Plug&Play, разработанной корпорацией Intel. Как только первые материнские платы с шиной PCI появились на рынке, фирмы-изготовители приступили к производству соответствующих карт рас­ширения. Шина