Периферийные устройства (стр. 18 )

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

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). 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. 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. 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. 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). 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:

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. 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). 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.

Для работы шины на частоте 66MHz необходимо, чтобы все периферийные устройства работали на этой частоте. Полная поддержка multiply bus master (например, несколько контроллеров жестких дисков могут одновременно работать на шине). Поддержка write-back и write-through кэша. Автоматическое конфигурирование карт расширения при включении питания. Спецификация шины позволяет комбинировать до восьми функций на одной карте (например, видео + звук и т. д.). Шина позволяет устанавливать до 5 слотов расширения, однако возможно использование моста PCI-PCI для увеличения количества карт расширения. PCI-устройства оборудованы таймером, который используется для определения максимального промежутка времени, в течении которого устройство может занимать шину. 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.

Спецификация шины PCI определяет три типа ресурсов: два обычных (диапазон памяти и диапазон ввода/вывода) и "конфигурационное пространство".

Интерфейс PCI Express (3GIO).

Аббревиатура 3GIO расшифровывается как «3-е поколение шины ввода-вывода» (Third Generation Input/Output Interconnection).

Масштабируемость производительности достигается через повышение частоты и добавление линий к шине. PCI Express призвана обеспечить высокую пропускную способность с низким количеством служебной информации и низкими задержками. Поддерживаются несколько виртуальных каналов на один физический.

Система адресации полностью совместима со спецификацией PCI, что позволяет подключать устройства PCI к новой шине.

Спецификация интерфейса PCI Express предусматривает несколько уровней взаимодействия и протоколов:

физический; данных (Data Link); транзакций (транспортный); приложений и драйверов; конфигурационный.

Физической основой PCI Express являются последовательные низковольтные дифференциальные линии связи, по одной паре для передачи и приема данных.

Теоретически полоса пропускания самого узкого канала достигает 2,5 Гбит/с в каждом направлении.

Система адресации и команд включает три стандартных поля, совместимых с интерфейсом РСI (область памяти, адрес ввода-вывода, инициализации и конфигурирования), а также дополнительное поле сообщений (Message).

5.3 Интерфейсная шина AGP

Выделенная для потока видеоданных интерфейсную шину - AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт) (рисунок 5.3) .

Рисунок 5.3– Структурная схема графического ускрителя с AGP

Преимуществом новой шины стала ее высокая пропускная способность. Если шина ISA позволяла передавать до 5,5 Мбайт/с, VLB - до 130 Мбайт/с (однако при этом чрезмерно загружала центральный процессор), а PCI до 133 Мбайт/с, то шина AGP теоретически имеет пиковую пропускную способность до 2132 Мбайт/с (в режиме передачи 32-разрядных слов).

Интерфейс AGP обеспечивает прямое соединение между графической подсистемой и оперативной памятью. Шина AGP соединяет графическую подсистему с контроллером системной памяти, разделяя доступ с центральным процессором компьютера. Через AGP возможно подключение  графических плат.

Основными особенности AGP, влияющими на производительность:

шина способна передавать два (AGP2x), четыре (AGP4x) или восемь (AGP8x) блоков данных за один цикл; устранена мультиплексированность линий адреса и данных (в PCI для удешевления материнских плат адрес и данные передаются по одним и тем же линиям); конвейеризация операций чтения-записи позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти на скорость выполнения этих операций.

Шина AGP работает в двух основных режимах: DIME (Direct Memory Execute) и DMA (Direct Memory Access). В режиме DMA основной памятью считается память на карте. Текстуры могут храниться в системной памяти, но перед использованием копируются в локальную память видеокарты. Обмен ведется большими последовательными пакетами данных.

В режиме Execute локальная и системная память для видеокарты логически равноправны. Текстуры не копируются в локальную память, а выбираются непосредственно из системной памяти.

Шина AGP поддерживает все стандартные операции шины PCI, поэтому поток данных по ней можно представить как смесь чередующихся AGP и РСI-операций чтения/записи.