Периферийные устройства (стр. 18 )

4.4.6 Комбинированные интерфейсы

В комбинированных интерфейсах используется магистральный принцип параллельной передачи информации, а для ускорения идентификации устройств используются управляющие линии, соединяющие устройства по радиальному (магистрально-радиальный интерфейс) или цепочному (магистрально-цепочный интерфейс) принципу.

Рисунок 4.8 – Схема магистрально-цепочного интерфейса

Магистрально-цепочная структура является наиболее распространенной в аппаратных интерфейсах СВВ. Все виды информации передаются по общей магистрали, адресация выполнятся так же, как и в магистральном интерфейсе, но для ускорения идентификации предусматривается линия управления, соединяющая устройства У1,...,Уn по цепочному принципу (рисунок 5.11). Магистрально-цепочная структура позволяет строить интерфейсы, в которых возможен обмен между фиксированными и произвольно выбираемым устройством либо между двумя произвольными устройствами.

Устройство, запрашивающее обмен, называют ведущим (или задатчиком ЗДТ), а второе устройство, участвующее в обмене,- ведомым (или исполнителем ИСП). Разрешение конфликтов выполняет арбитр (АРБ). Схема арбитра может быть сосредоточенной и распределенной. В первом случае цепочная линия интерфейса служит для передачи сигнала разрешения (выборки ВБР) от арбитра всем устройствам, которые могут инициировать обмен. Для согласования работы арбитра и устройств предусматривается линии запроса (ТРБ) и указания занятости магистрали (ЗАН).

Если инициируется обмен со стороны устройств У1,...,Уn, то каждое из них может выставлять сигнал запроса на линию ТРБ. Получив этот сигнал, устройство Уц с целью селекции запрашивающего устройства начинает процедуру опроса, т. е.выдает сигнал на линию ТРБ. Сигнал ТРБ поступает на устройства У1. В случае, если обмен инициирован устройством У1, т. е. сигнал ТРБ сформирован в У1, линии магистрали посредством коммутатора К подключается к У1, устройство формирует сигнал ЗАН, а сигнал ТРБ на следующее устройство У2 не передает. Если сигнал ТРБ был сформирован каким-либо другим устройством, то устройство У1 передает сигнал ТРБ по цепочной линии на устройство У2, где производится такой же анализ. Таким образом, последовательный анализ наличия запроса на обмен в каждом из устройств У1,...,Уn позволяет выделить одно из них, обладающее наибольшим приоритетом среди всех устройств, инициирующих обмен. Для своей идентификации устройство Уi в начале сообщения передает свой адрес.

5 Системные интерфейсы

5.1 Характеристика внутримашинного системного интерфейса

Внутримашинный системный интерфейс - система связи и сопряжения узлов и блоков ЭВМ между собой - представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

Существуют два варианта организации внутримашинного интерфейса:

–  многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс применяется, как правило, только в простейших бытовых ПК.

–  односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину.

В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина.

В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться:

–  шины расширений - шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств;

–  локальные шины, специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса.

Сравнительные технические характеристики некоторых шин приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Основные характеристики шин

Параметр	ISA	EISA	MCA	VLB	PCI
Разрядность шины, бит Данных Адреса	16 24	32 32	32;64 32	32;64 32	32; 64 32
Рабочая частота, МГц	8	8-33	10-20	до 33	до 33
Пропускная способность, Мбайт/с теоретическая практическая	4 2	33 8	76 20	132 80	132;264 50;100
Число подключаемых устройств, шт.	6	15	15	4	10

5.1.1 Шины расширений

1.  Шина Multibus1 имеет две модификации: PC/XT bus (Persona) Computer eXtended Technology - ПК с расширенной технологией) и PC/AT bus (PC Advanced Technology - ПК с усовершенствованной технологией).

2.  Шина PC/XT bus - 8-разрядная шина данных и 20-разрядная шина адреса, рассчитанная на тактовую частоту 4,77 МГц, имеет 4 линии для аппаратных прерываний и 4 канала для прямого доступа в память (каналы DMA - Direct Memory Access). Шина адреса ограничивала адресное пространство микропроцессора величиной 1 Мбайт. Используется с МП 8086,8088.

3.  Шина PC/AT bus -16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса, рабочая тактовая частота до 8 МГц, но может использоваться и МП с тактовой частотой 16 МГц, так как контроллер шины может делить частоту пополам; имеет 7 линий для аппаратных прерываний и 4 канала DMA.

4.  Шине ISA (Industry Standard Architecture - архитектура промышленного стандарта) - 16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса, рабочая тактовая частота 8 МГц, но может использоваться и МП с тактовой частотой 50 МГц (коэффициент деления увеличен). Теоретическая пропускная способность шины данных равна 16 Мбайт/с, реально около 4-5 Мбайт/с, ввиду ряда особенностей ее использования.

5.  Шина EISA (Extended ISA) - 32-разрядная шина данных и 32-разрядная шина адреса. Пропускная способность 33 Мбайт/с (теоретически может подключаться до 15 устройств, практически - до 10).

6.  Шина МСА (Micro Channel Architecture) -32-разрядная шина для машин PS/2. Пропускная способность 76 Мбайт/с, рабочая частота 10-20 МГц.

5.2 Локальные шины VLB и PCI

Два основных стандарта универсальных локальных шин: VLB и PCI:

1. Шина VLB (VESA Local Bus -локальная шина VESA) - называют шиной VESA. Разрядность шины - 32 бита (возможен 64-разрядный вариант). Реальная скорость передачи данных по VLB - 80 Мбайт/с (теоретически достижимая -132 Мбайт/с).

Недостатки шины:

–  рассчитана на работу с МП 80386, 80486, не адаптирована для процессоров Pentium, Pentium Pro, Power PC;

–  жесткая зависимость от тактовой частоты МП (каждая шина VLB рассчитана только на конкретную частоту);

–  малое количество подключаемых устройств - к шине VLB (только четыре устройства);

–  отсутствует арбитраж шины - могут быть конфликты между подключаемыми устройствами.

2. Шина PCI. (Peripheral Component Interconnect - соединение внешних устройств). Шина PCI является более универсальной, чем VLB, имеет свой адаптер, позволяющий ей настраиваться на работу с любым МП, она позволяет подключать 10 устройств самой разной конфигурации с возможностью автоконфигурирования, имеет свой "арбитраж", средства управления передачей данных.

Разрядность PCI - 32 бита с возможностью расширения до 64 бит, при частоте шины 33 МГц теоретическая пропускная способность 132 Мбайт/с, а в 64-битовом варианте -263 Мбайт/с (реальная вдвое ниже).

Варианты конфигурации систем с шинами VLB и PCI показаны на рисунке 5.1 и рисунке 5.2 соответсвенно. Использование в ПК шин VLB и PCI возможно только при наличии соответствующей VLB- или PCI-материнской платы.

 

Рисунок 5.1 - Конфигурация системы с шиной VLB

 

Рисунок 5.2 - Конфигурация системы с шиной PCI

Для подключения шины PCI к другим шинам применяются аппаратные средства - мосты шины PCI (PCI Bridge).

Основные возможности шины следующие:

1.  Синхронный 32-х или 64-х разрядный обмен данными. При этом для уменьшения числа контактов используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же линиям.

2.  Поддержка 5V и 3.3V логики. Разъемы для 5 и 3.3V плат различаются расположением ключей (cуществуют универсальные платы, поддерживающие оба напряжения, но частота 66MHz поддерживается только 3.3V логикой).

3.  Частота работы шины 33MHz или 66MHz (в версии 2.1) позволяет обеспечить широкий диапазон пропускных способностей (с использованием пакетного режима):

–  132 МВ/сек при 32-bit/33MHz;

–  264 MB/сек при 32-bit/66MHz;

–  264 MB/сек при 64-bit/33MHz;

–  528 МВ/сек при 64-bit/66MHz.

4.  Для работы шины на частоте 66MHz необходимо, чтобы все периферийные устройства работали на этой частоте.

5.  Полная поддержка multiply bus master (например, несколько контроллеров жестких дисков могут одновременно работать на шине).

6. Поддержка write-back и write-through кэша.

7. Автоматическое конфигурирование карт расширения при включении питания.

8. Спецификация шины позволяет комбинировать до восьми функций на одной карте (например, видео + звук и т. д.).

9. Шина позволяет устанавливать до 5 слотов расширения, однако возможно использование моста PCI-PCI для увеличения количества карт расширения.

10.  PCI-устройства оборудованы таймером, который используется для определения максимального промежутка времени, в течении которого устройство может занимать шину.

11.  Шина поддерживает метод передачи данных, называемый метод линейных пакетов. Этот метод предполагает, что пакет информации считывается (или записывается) в непрерывное пространство памяти, то есть адрес автоматически увеличивается для следующего байта. Естественным образом при этом увеличивается скорость передачи собственно данных за счет уменьшения числа передаваемых адресов.