3. шины расширения

Шины расширения используются для подключения периферийных устройств к компьютеру. Рассмотрим основные характеристики наиболее распространенных шин расширения.

3.1. Шина ISA

Шина ISA (Industry Standart Architecture - Промышленная стандартная архитектура) долгие годы считалась стандартом, является самой "старой", но до сих пор используется даже в новейших моделях компьютеров. Это связано с тем, что для достаточно большого числа перифейриных устройств (мышь, клавиатура, модем, FDD и т.д.), подключаемых через карты расширения стандарта ISA, быстродействия этой шины более чем достаточно.

Рис.15. Внешний вид слотов шины ISA

Существуют две модификации шины ISA, работающие на одинаковой тактовой частоте 8,33 МГц и отличающиеся только разрядностью:

8-разрядная шина ISA являлась родоначальником в семействе шин ISA и отличалась крайне низкой пропускной способностью.

16-разрядная шина ISA, пришедшая ей на смену, состоит из двух частей, одна из которых в точности соответствует слоту 8-разрядной шины ISA (рис.15), а на контакты второй выведены линии для дополнительных адресов ввода-вывода, прерываний и линий DMA. Следовательно, короткие 8-разрядные карты можно установить в 16-разрядный слот, но не наоборот.

Передача байта данных по шине ISA происходит следующим образом:

Шаг 1. На шине адреса выставляется адрес ячейки оперативной памяти или порта устройства ввода-вывода

Шаг 2. На линии данных выставляется байт данных.

Шаг 3. По одной из линий управления передается сигнал, показывающий тип выполняемой операции (запись или чтение).

Проверка, успел ли записаться байт или нет, не производится, т.к. даже самые медленные устройства гарантированно успевают произвести обмен данными по шине ISA.

3.2. Локальная шина VLB (VESA)

В середине 80-х годов Ассоциацией стандартов в области видео и електроники (VESA - Video Electronics Standart Assotiation) была разработана локальная шина по стандарту VESA - VLB (VESA local bus), которая представляла собой расширение шины ISA. Благодаря этому она получилась конструктивно достаточно простой и относительно дешевой. Шина VLB предназначалась для ускорения процесса обмена данными между процессором 80486 и быстрыми периферийными устройствами - видеокартой, жесткими дисками и накопителями CD-ROM.

Обмен данными с процессором осуществляется в обход стандартной шины ввода-вывода под управлением контроллеров, расположенных на картах, устанавливаемых в слот VLB. Данная шина является 32-разрядной, работает на внешней тактовой частоте процессора (20, 25, 33, 40 или 50 МГц). Поэтому, ее максимальная пропускная способность была на порядок выше, чем у шины ISA.

Недостатком шины VLB является то, что передача данных невозможна без использования линий шины ISA, по которым передаются адреса и сигналы управления. Кроме того, так как шина VLB разрабатывалась специально для процессора 80486, то с появлением процессора Pentium она перестала использоваться в компьютерах.

В настоящее время шина VLB полностью вытеснена более производительной и процессорно-независимой шиной PCI.

3.3. Шина PCI

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect), разработанный фирмой Intel в 1992 году, представляет собой не развитие шины ISA, как это было с шиной VLB, а совершенно новую шину. В современных системных платах частота шины PCI задается, как половина внешней тактовой частоты процессора.

Рис. 16. Внешний вид слота шины PCI

Основополагающим принципом, положенным в основу шины PCI, является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь между шиной PCI и другими шинами (рис. 17).

Рис. 17. Архитектура шины PCI

Важной особенностью данной шины является то, что в ней реализован новый принцип управления шиной, который состоит в том, что внешнее устройство может пересылать по шине PCI данные без участия процессора (Bus Mastering). То есть во время передачи данных устройство, поддерживающее Bus Mastering, захватывает шину и становится главным, вследствии чего процессор освобождается для выполнения других задач на время передачи данных. Это особенно важно при использовании многозадачных операционных систем Windows 95/2000, Windows NT, OS/2.

В настоящее время шина PCI является стандартом.

Особенностями шины PCI, обеспечивающими ее широкое распространение, являются:

• Используется новый способ передачи данных, называемый "способом рукопожатия", который заключается в том, что при передаче определяются передающее устройство (Iniciator) и принимающее устройство (Target). Передающее устройство выставляет данные на шине данных и передает сигнал готовности к передаче (Iniciator Ready); получив такой сигнал, принимающее устройство записывает данные и передает сигнал Target Ready, подтвержающий прием текущих данных и готовность к приему следующих.
• Передачей данных управляет не процессор, а включенный между ним и шиной PCI мост, то есть используется принцип Bus Mastering.
• Значительная пропускная способность шины PCI, равная 133 Мб/с.
• Шина PCI использует принцип мультиплексирования, то есть для передачи логических сигналов данных и адресов используются одни и те же физические линии в разные моменты времени, в зависимости от управляющих сигналов на шине PCI.
• Шина PCI является интеллектуальной, то есть в соответствии с технологией Plug&Play она способна распознавать аппаратные средства.

3.4. Шина AGP

Для того, чтобы увеличить производительность системы при обработке трехмерной графики и видео, в 1997 году был разработан стандарт на шину AGP (Accelerated Graphics Port), которая предназначена для передачи данных между видео картой и оперативной памятью. Тактовая частота шины AGP равна внешней тактовой частоте процессора (66 МГц). Для повышения пропускной способности по сравнению со стандартным режимом AGP? 1 были разработан режим AGP? 2.

По шине AGP видеокарта напрямую взаимодействует с процессором и оперативной памятью, не используя при этом шину PCI (рис.18).

Рис. 18. Архитектура шины AGP

Высокая производительность шины AGP обуславливается следующими ее основными особенностями:

Конвейеризация операций обращения к памяти. В обычных неконвейерных шинах (например, в шине PCI) при выполнении запроса чтения/записи ячеек оперативной памяти шина простаивает, ожидая завершения этой операции. Конвейерный доступ AGP позволяет в это время передавать следующие запросы, а потом получить ответы на эти запросы в виде непрерывного потока данных (рис.19).

Рис. 19. Циклы обращения к памяти PCI и AGP

Шина AGP может объединять в один пакет до 256 запросов чтения/записи ячеек оперативной памяти и получить ответы на них, объединенные в пакет длиной до 256 32-разрядных слов данных.

Сдвоенные передачи данных обеспечивают удвоенную пропускную способность шины AGP (533 Мбайт/с в режиме AGP? 2 вместо обычных 266 Мбайт/с для режима AGP? 1). Это достигается за счет тактирования операций обмена данными на шине AGP и по фронту, и по спаду тактовых импульсов при сохранении той же тактовой частоты.

3.5. Общая характеристика шин расширения

Характеристики основных шин расширения приведены ниже.

Таблица 2

*) Примечание: для увеличения пропускной способности в 2-раза применяется тактирование операций обмена данными на шине AGP и по фронту, и по спаду тактовых импульсов при сохранении той же тактовой частоты.