Материал: Захаров, Сайфутдинов - Вычислительная техника

Улучшена система прерываний, поддерживается Bus Mastering – режим единоличного управления шиной со стороны любого из устройств на шине. Имеет систему арбитража для управления доступом устройств к шине. Обеспечивается автоматическое конфигурирование системы и управление DMA. Шина поддерживает многопроцессорную архитектуру вычислительных систем и применяется в скоростных ПК, сетевых серверах и рабочих станциях.

Шина MCA (Micro Channel Architecture) – 32-разрядная шина, пропускная способность 76 Мбайт/с, рабочая частота 10–20 МГц. Шина МСА используется не очень широко из-за несовместимости плат адаптеров ISA с МСА.

Шина VLB (VL-bus, VESA Local Bus) является расширением внутренней шины МП для связи с видеоадаптером и жестким диском, платами мультимедиа, сетевым адаптером. Разрядность шины для данных – 32 бита, для адреса – 30, реальная скорость передачи данных по VLB – 80 Мбайт/с.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect, соединение внешних компонен-

тов) – самый распространенный и универсальный интерфейс для подключения различных устройств. Шина PCI допускает подключение до 10 устройств, имеет свой адаптер, позволяющий ей настраиваться на работу с любым МП от 80486 до современных Pentium. Тактовая частота PCI – 33 МГц, разрядность – 32 разряда для данных и 32 разряда для адреса, теоретическая пропускная способность 132 Мбайт/с, а в 64-битовом варианте – 264 Мбайт/с.

Конфигурация системы с шиной PCI показана на рис. 8.10.

Конструктивно разъем шины на системной плате состоит из двух следующих подряд секций по 64 контакта. С помощью этого интерфейса к материнской плате подключаются видеокарты, звуковые карты, модемы, контроллеры SCSI и другие устройства. Как правило, на материнской плате имеется несколько разъемов PCI. Шина PCI, хотя и является локальной, выполняет и многие функции шины расширения. Шины расширения ISA, EISA, MCA (а она совместима с ними) при наличии шины PCI подключаются не непосредственно к МП, а к самой шине PCI (через интерфейс расширения). Благодаря такому решению шина является независимой от процессора (в отличие от VLB) и может работать параллельно с шиной процессора, не обращаясь к ней за запросами. Таким образом, загрузка шины процессора существенно снижается. Например, процессор работает с системной памятью или с кэшпамятью, а в это время по сети на жесткий диск записывается информация.

181

Локальная шина PCI

Шина ISA/EISA или МСАI

Рис. 8.10. Конфигурация системы с шиной PCI

Шина AGP (Accelerated Graphics Port – ускоренный графический порт) – интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной магистрали AGP, имеющей выход непосредственно на системную память. Шина AGP может работать с частотой системной шины до 133 МГц и обеспечивает высокую скорость передачи графических данных. Ее пиковая пропускная способность в режиме четырехкратного умножения AGP4x (передаются 4 блока данных за один такт) имеет величину 1066 Мбайт/с, а в режиме восьмикратного умножения AGP8x – 2112 Мбайт/с. По сравнению с шиной PCI, в шине AGP устранена мультиплексированность линий адреса и данных и усилена конвейеризация операций чтения-записи, что позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти на скорость выполнения этих операций.

Конфигурация системы с шиной AGP показана на рис. 8.11.

182

Рис. 8.11. Конфигурация системы с шиной AGP

Шина AGP имеет два режима работы: DMA и Execute. В режиме DMA основной памятью является память видеокарты. Графические объекты хранятся в системной памяти, но перед использованием копируются в локальную память карты. Обмен ведется большими последовательными пакетами. В режиме Execute системная память и локальная память видеокарты логически равноправны. Поскольку системная память выделяется динамически, блоками по 4 Кбайт, в этом режиме для обеспечения приемлемого быстродействия предусмотрен механизм, отображающий последовательные адреса фрагментов на реальные адреса 4-килобайтовых блоков в системной памяти.

PCI Express – новая архитектура соединения компонентов, введенная под эгидой PCI SIG, известная и под названием 3GIO (3-Generation Input-Output,

ввод/вывод 3-го поколения). Здесь шинное соединение устройств с параллельным интерфейсом заменено на двухточечные последовательные соединения с использованием коммутаторов.

Спецификация PCI Express регламентирует последовательное соединение типа точка-точка. Масштабирование происходит увеличением не частоты, а числа каналов – PCI Express может состоять из 1, 2, 4, 8, 16 или 32 линий, данные

183

передаются по обоим фронтам сигнала. Пропускная способность PCI Express достигает 4 Гбайт/с в 16-канальной конфигурации. Характеристика современных шин представлена в таблице 8.4.

Тенденция перехода на последовательные шины еще ярче просматривается в интерфейсах для внешних устройств и накопителей. Для подключения периферийного оборудования применяются интерфейсы USB 2.0 и Fire Wire (IEEE 1394) – пропускная способность 480 и 400 Мбит/с.

Периферийные интерфейсы

Периферийные шины IDE (Integrated Drive Electronics), ATA (AT Attachment – подключаемый к AT), EIDE (Enhanced IDE), SCSI (Small Computer System Interface), SATA используются чаще всего в качестве интерфейса только для внешних запоминающих устройств.

Обычный метод обмена с жестким диском IDE – это программный ввод-вывод, при котором процессор, используя команды ввода-вывода, считывает или записывает данные в буфер жесткого диска, что отнимает какую-то часть процессорного времени. Ввод-вывод путем прямого доступа к памяти идет под управлением самого жесткого диска или его контроллера в паузах между обращениями процессора к памяти, что экономит процессорное время, но несколько снижает максимальную скорость обмена.

Существует много модификаций и расширений интерфейсов ATA/IDE. Есть интерфейсы АТА с различными номерами, Fast ATA, Ultra ATA и EIDE. Есть также IDE-интерфейсы, поддерживающие протоколы ATAPI, DMA и т. д.

184

Fast ATA-2 или Enhanced IDE (EIDE – расширенный IDE), использующий как традиционную адресацию по номерам головки, цилиндра и сектора, так и адресацию логических блоков (Logic Block Address – LBA), поддерживает емкость диска до 2500 Мбайт и скорость обмена до 16,7 Мбайт/с. К адаптеру EIDE, поддерживающему стандарт ATAPI, может подключаться до четырех накопителей, в том числе и CD-ROM, и накопитель на магнитной ленте.

ATAPI (ATA Package Interface) – стандарт, созданный с тем, чтобы напрямую подключать к интерфейсу АТА не только жесткие диски, но и дисководы CD-ROM, стримеры, сканеры и т. д. Версии интерфейса АТА-3 и Ultra ATA обслуживают диски большей емкости, имеют скорость обмена до 33 Мбайт/с, поддерживают технологию

SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology – технологию самостоятель-

ного следящего анализа и отчета), позволяющую устройствам сообщать о своих неисправностях, и ряд других сервисов. Современные версии интерфейса ATA/ATAPI-5, ATA/ATAPI-6 по протоколам UDMA66, 100, 133 обеспечивают пиковую пропускную способность 66, 100, 133 Мбайт/с, соответственно.

На материнских платах реализованы два канала IDE, к каждому из которых возможно подключение до двух устройств.

SCSI (Small Computer System Interface) является более сложным и мощным ин-

терфейсом и широко используется в трех версиях: SCSI-1, SCSI-2 и SCSI-3. Это универсальные периферийные интерфейсы для любых классов внешних устройств. Фактически SCSI является упрощенным вариантом системной шины компьютера, поддерживающим до восьми устройств. Такая организация требует от устройств наличия определенных контроллеров – например, в жестких дисках SCSI все функции кодирования-декодирования, поиска сектора, коррекции ошибок и т. п. возлагаются на встроенную электронику, а внешний SCSI-контроллер выполняет функции обмена данными между устройством и компьютером – часто в автономном режиме, без участия центрального процессора.

Интерфейсы SCSI-1 имеют 8-битовую шину; SCSI-2 и SCSI-3 – 16или 32-битовую и рассчитаны на использование в мощных машинах-серверах и рабочих станциях. Существует много различных спецификаций данного интерфейса, отличающихся пиковой пропускной способностью, максимальным числом

185