Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Типы шин ввода-вывода :Локальные шины

Системные платы и шины :Типы шин ввода-вывода :Локальные шины

Шины ISA, MCA и EISA имеют один общий недостаток — сравнительно низкое быстродействие. Описанные в следующих разделах четыре типа шин являются локальными. К основным типам локальных шин, используемых в ПК, относятся следующие.

■     VL-Bus (локальная шина VESA)

■     PCI

■     AGP

■     PCI Express

Это ограничение существовало еще во времена первых PC, в которых шина ввода-вывода работала с той же скоростью, что и шина процессора. Быстродействие шины процессора возрастало, а характеристики шин ввода-вывода улучшались в основном за счет увеличения их разрядности. Ограничивать быстродействие шин приходилось потому, что большинство произведенных плат адаптеров не могли работать при повышенных скоростях обмена данными.


Нижний сигнал    Верхний сигнал   Контакт     Контакт  Верхний сигнал Нижний сигнал




На рис. 4.71 в общем виде показано, как шины в обычном компьютере используются для подключения устройств.

Некоторым пользователям не дает покоя мысль о том, что компьютер работает медленнее, чем может. Однако быстродействие шины ввода-вывода в большинстве случаев не играет роли. Например, при работе с клавиатурой или мышью высокое быстродействие не требуется,поскольку в этой ситуации производительность компьютера определяется самим пользователем. Оно действительно необходимо только в подсистемах, где важна высокая скорость обмена данными, например в графических и дисковых контроллерах.




Рис. 4.71. Использование шин для подключения устройств в обычном компьютере

Проблема, связанная с быстродействием шины, стала актуальной в связи с распространением графических пользовательских интерфейсов (например, Windows). Ими обрабатываются такие большие массивы данных, что шина ввода-вывода становится самым узким местом системы. В конечном счете высокое быстродействие процессора с тактовой частотой 66 или даже 450 МГц оказывается совершенно бесполезным, поскольку данные по шине ввода-вывода передаются в несколько раз медленнее (тактовая частота — около 8 МГц).

Очевидное решение этой проблемы состоит в том, чтобы часть операций по обмену данными осуществлялась не через разъемы шины ввода-вывода, а через дополнительные быстродействующие разъемы. Наилучший подход к решению этой проблемы — расположить дополнительные разъемы ввода-вывода на самой быстродействующей шине, т.е. на шине процессора (это напоминает подключение внешней кэш-памяти). Соответствующая блок-схема представлена на рис. 4.72.

Такая конструкция получила название локальной шины, поскольку внешние устройства (платы адаптеров) теперь имеют доступ к шине процессора (т.е. ближайшей к нему шине). Конечно, разъемы локальной шины должны отличаться от слотов шины ввода-вывода, чтобы в них нельзя было вставить платы медленных” адаптеров.

Интересно отметить, что первые 8- и 16-разрядные шины ISA имели архитектуру локальных шин. В этих системах в качестве основной использовалась шина процессора, и все устройства работали со скоростью процессора. Когда тактовая частота в системах ISA превысила 8 МГц, основная шина компьютера отделилась от шины процессора, которая уже не могла выполнять эти функции. Появившийся в 1992 году расширенный вариант шины ISA, который назывался VESA Local Bus (или VL-Bus), ознаменовал возврат к архитектуре локальных шин. В дальнейшем локальную шину VESA заменила шина PCI, а ее дополнением выступила шина AGP.



Рис. 4.72. Принцип работы локальной шины
Примечание

Для организации в компьютере локальной шины совсем не обязательно устанавливать слоты расширения: устройство, использующее локальную шину, можно смонтировать непосредственно на системной плате. В первых компьютерах с локальной шиной использовался именно такой подход.

Локальная шина не заменяет собой прежних стандартов, а дополняет их. Основными шинами компьютера, как и раньше, остаются ISA и EISA, но к ним добавляется один или несколько слотов локальной шины. При этом сохраняется совместимость со старыми платами расширения, а быстродействующие адаптеры устанавливаются в слоты локальной шины, при этом реализуются все их возможности. Таким образом, до настоящего момента наиболее распространенными являются разъемы AGP, PCI и ISA. Более старые платы порой оказываются совместимыми с новыми разъемами, однако все возможности локальных шин AGP и PCI позволяют задействовать только новые модели адаптеров. По мере уменьшения популярности шины ISA и смещения акцентов к интерфейсу LPC роль шины ISA постепенно снижается, а вместо нее используются другие шины.

Быстродействие графического интерфейса пользователя Windows или Linux (такого, как KDE или GNOME) значительно возросло после того, как на смену видеоадаптерам с интерфейсом ISA пришли адаптеры с интерфейсом PCI и AGP.

Локальная шина VESA

Эта шина была самой популярной из всех локальных шин со дня ее презентации в августе 1992 года и до 1994 года. Она является продуктом комитета VESA — некоммерческой организации, созданной при участии компании NEC для контроля за развитием и стандартизацией видеосистем и шин. Компания NEC разработала VL-Bus — так в дальнейшем будем называть эту шину, — а затем создала комитет, который должен был внедрить эту разработку в жизнь. В первоначальном варианте слоты локальной шины использовались почти исключительно
для установки видеоадаптеров. Основным направлением, на которое делала упор компания NEC при разработке и реализации компьютерной продукции, было повышение качества и эффективности работы компьютерных видеосистем. К 1991 году видеосистемы стали самым узким местом в большинстве компьютерных систем.

По шине VL-Bus можно выполнять 32-разрядный обмен данными между процессором и совместимым видеоадаптером или жестким диском, т.е. ее разрядность соответствует разрядности процессора 486. Максимальная пропускная способность шины VL-Bus составляет 133 Мбайт/с. Другими словами, локальная шина VL-Bus совершила прорыв в ограничении быстродействия периферийных устройств.

К сожалению, концепция VL-Bus просуществовала недолго. На самом деле VL-Bus представляла собой шину процессора 486. Это позволяло использовать очень простые решения, так как не требовалось никаких дополнительных микросхем. Разработчики системных плат могли просто добавлять разъемы VL-Bus к системным платам для процессоров 486 практиче­ски без дополнительных затрат. Именно поэтому данными разъемами были оснащены почти все системы на базе процессора 486.

Однако проблемы с временными задержками привели к сложностям в работе адаптеров. Поскольку VL-Bus работает на частоте шины процессора, использование разных процессоров приводило к появлению шин с разной частотой, что значительно усложняло решение задач совместимости. Хотя VL-Bus и можно было адаптировать к другим процессорам, таким как 386 и Pentium, она лучше всего подходила именно для систем на базе процессора 486. Несмотря на свою низкую себестоимость, после появления новой шины, получившей название PCI, шина VL-Bus очень быстро сошла со сцены. Она так и не появилась в системах на базе процессоров Pentium, и дальнейшая разработка устройств для VL-Bus уже давно не ведется.

Физически разъем VL-Bus представлял собой дополнение к существующим разъемам. Например, в системах архитектуры ISA разъем VL-Bus считался дополнением к существующим 16-разрядным разъемам ISA. Расширение VESA имело 112 контактов, которые физически были расположены так же, как и в шине MCA.

Шина PCI

В начале 1992 года Intel организовала группу разработчиков, перед которой была поставлена та же задача, что и перед группой VESA: разработать новую шину, в которой были бы устранены все недостатки шин ISA и EISA.

В июне 1992 года была выпущена спецификация шины PCI версии 1.0, которая с тех пор претерпела несколько изменений. Различные версии PCI приведены в табл. 4.75.

Таблица 4.75. Спецификации PCI


Спецификация PCI
Дата выпуска
Основные изменения

Создатели PCI отказались от традиционной концепции, введя еще одну шину между процессором и обычной шиной ввода-вывода. Вместо того чтобы подключить ее непосредственно к шине процессора, весьма чувствительной к подобным вмешательствам (что было характерно для VL-Bus), они разработали новый комплект микросхем контроллеров для расширения шины (рис. 4.73).



Рис. 4.73. Принцип построения шины PCI
Шина PCI добавляет к традиционной конфигурации шин еще один уровень. При этом обычная шина ввода-вывода не используется, а создается фактически еще одна высокоскоростная системная шина с разрядностью, равной разрядности данных процессора. Компьютеры с шиной PCI появились в середине 1993 года, и вскоре она стала неотъемлемой частью ком­пьютеров высокого класса.

Тактовая частота стандартной шины PCI — 33 МГц, а разрядность соответствует разрядности данных процессора. Для 32-разрядного процессора пропускная способность составляет 132 Мбайт/с:

33,33 МГц × 4 байт (32 бит) = 133 Мбайт/с.

Стандартная шина PCI имеет несколько разновидностей, представленных в табл. 4.76. Большинство современных компьютеров вооружены разъемами PCI-Express x1 и PCI-Express x16.

В настоящее время 64-разрядные шины или шины с рабочей частотой 66 и 133 МГц используются только в системных платах серверов или рабочих станций. Одно из основных преимуществ шины PCI заключается в том, что она может функционировать параллельно с шиной процессора (т.е. независимо от нее). Это позволяет процессору обрабатывать данные внешней кэш-памяти одновременно с передачей информации по шине PCI между другими компонентами системы.

Для подключения адаптеров шины PCI используется специальный разъем (рис. 4.74). Платы PCI могут быть тех же размеров, что и платы для обычной шины ввода-вывода, однако конфигурация разъемов позволяет отличить их от старых плат с интерфейсами ISA, MCA и EISA.


Таблица 4.76. Типы шин PCI



Рис. 4.74. Типичное расположение разъемов PCI относительно разъемов шин ISA/EISA и AGP
В спецификации PCI определено три типа системных плат, каждая из которых разработана для определенных моделей компьютеров с различными требованиями к электроснабжению. Существуют 32- и 64-разрядные версии шины PCI. Версия с напряжением 5 В предназначена для стационарных компьютеров (PCI 2.2 или более ранних версий), версия с напря­жением 3,3 В — для портативных систем (также поддерживается PCI 2.3), а универсальная версия предназначена для системных плат и внешних адаптеров, подключаемых к любому из перечисленных разъемов. Универсальные шины и 64-разрядные шины PCI с напряжением 5 В преимущественно предназначены для серверных системных плат. Спецификацией PCI-X 2.0 для версий 266/533 обусловлена поддержка напряжений 3,3 и 1,5 В, что соответствует стандарту PCI 2.3 с поддержкой напряжения 3,3 В.

Сравнить 32- и 64-разрядные варианты стандартного разъема PCI (5 В) с 64-разрядным универсальным разъемом PCI поможет рис. 4.75. На рис. 4.76 показано расположение выводов 64-разрядной универсальной платы PCI по отношению к 64-разрядному разъему PCI.



Рис. 4.76.  Выводы  64-разрядной  универсальной  платы  PCI  (вверху)  по  сравнению   с  разъемом 64-разрядной универсальной шины PCI (внизу)

Обратите внимание, что универсальная плата PCI может устанавливаться в разъем, предназначенный для любой платы с фиксированным напряжением питания. Если напряжение, подаваемое на те или иные контакты, может быть разным, то оно обозначается +В I/O. На эти контакты подается опорное напряжение, определяющее уровни выходных логических сигналов.

Другим важным свойством платы PCI является то, что она удовлетворяет спецификации Plug and Play компании Intel. Это означает, что PCI не имеет перемычек и переключателей и может настраиваться с помощью специальной программы настройки. Системы с Plug and Play способны самостоятельно настраивать адаптеры, а в тех компьютерах, в которых отсут­ствует система Plug and Play, но есть разъемы PCI, настройку адаптеров нужно выполнять вручную с помощью программы настройки BIOS. С конца 1995 года в большинстве компьютеров устанавливается система BIOS, удовлетворяющая спецификации Plug and Play и обеспечивающая автоматическую настройку.



Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Типы шин ввода-вывода :Локальные шины", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2024 Дискета.info