Что вы должны знать о своем компьютере
bf1271d8

Системная шина компьютера


Больше всего места на системной плате занимают разъемы, в которые вставляются платы расширения. Эти разъемы представляют так называемую системную шину. Она связывает процессор и оперативную память с остальными устройствами компьютера, расположенными на платах расширения - видеоадаптером, контроллером накопителей на магнитных дисках, асинхронным последовательным адаптером, параллельным адаптером и многими другими устройствами.

По системной шине происходит обмен данными, а также передаются разные вспомогательные сигналы. Кроме того, по системной шине подводится питание к устройствам, расположенным на платах расширения. Поэтому нет необходимости отдельно подключать платы расширения к блоку питания.

Первые компьютеры IBM PC/XT обладали простой системной шиной. Она включала 8 линий для передачи данных, 20 адресных линий, а также несколько линий для организации аппаратных прерываний от внешних устройств и для организации прямого доступа внешних устройств к оперативной памяти. Частота, с которой осуществлялся обмен данными с внешними устройствами соответствовала тактовой частоте процессора и составляла всего 4,77 Мгц.

Естественно, что с появлением компьютеров, основанных на процессоре Intel 80286, такая системная шина уже не могла реализовать всех возможностей нового процессора. Поэтому для компьютера IBM PC/AT была разработана новая системная шина, получившая название ISA (Industry Standart Architecture).

Шина ISA включает 16 линий для передачи данных и 24 адресные линии. Увеличено количество линий для передачи процессору аппаратных прерываний и количество каналов DMA. Внешние устройства могут передавать процессору 15 аппаратных прерываний и использовать для непосредственного доступа к оперативной памяти 7 каналов DMA.

Тактовая частота на системной шине также увеличилась. Она стала меньше тактовой частоты процессора и составила 8 Мгц. Таким образом, системная шина стала функционировать асинхронно с центральным процессором. Для передачи данных по шине ISA необходимо затратить два такта.
При первом такте задается адрес, а при втором происходит обмен данными. Таким образом, пропускная способность шины ISA составляет 8 Мбайт/сек.

Системная шина ISA осталась совместима с системной шиной компьютеров IBM PC/XT. Все устройства, предназначенные для компьютеров IBM PC/XT можно вставлять в шину ISA. Иногда один из разъемов системной шины ISA восьмиразрядный. В него можно вставлять только короткие 8-и разрядные платы расширения.

Внешний вид разъемов системной шины ISA представлен на рисунке 1.3. Разъем ISA состоит из двух частей - короткой и длинной. Они содержат соответственно 36 и 62 вывода. Восьмиразрядные разъемы ISA состоят только из одной части, имеющей 62 вывода.



Рис. 1.3. Разъемы системных шин ISA, VLB и PCI

С появлением новых высокопроизводительных процессоров 80386 и 80486 системная шина ISA снова стала самым "узким местом" компьютера. Следующей ступенью развития системной шины стало появление нового стандарта, получившего название EISA (Extended Industry Standart Architecture).



Шина ISA обеспечивала передачу только 16 бит данных и 24 бит адреса, поэтому платы расширения могли адресовать только 16 Мбайт оперативной памяти. Это достаточно мало, если учесть, что сегодня на многих компьютерах установлено больше 16 Мбайт оперативной памяти.

Новая шина EISA стала 32-разрядной. Платы расширения EISA могут адресовать все адресное пространство, доступное центральному процессору - 4 Гбайт и передавать 32-разрядные данные, в том числе в режиме прямого доступа к памяти (DMA).

Значительно увеличилась скорость передачи данных по шине. Максимальное значение скорости передачи составило 33 Мбайт/сек. Платы расширения EISA могут работать в режиме главной платы и самостоятельно управлять передачей данных по шине. Центральный процессор в это время может быть занят своими делами и не отвлекаться на управление системной шиной.

Расширена система управления прерываниями. Шина ISA предназначалась для работы с фронтальными прерываниями (edge-triggered interrupts).


Такой механизм управления прерываниями предполагает, что две различные платы ISA не могут разделять одно аппаратное прерывание.

Шина EISA реализует новый механизм управления прерываниями (level-triggered interrupts). Этот механизм обеспечивает более высокую надежность работы и позволяет использовать одно и тоже прерывание для различных устройств. Для обеспечения совместимости с платами расширения ISA шина EISA поддерживает также старую схему управления прерываниями.

По-новому происходит и конфигурирование систем, построенных на основе шины EISA. Чтобы настроить обычные платы расширения в стандарте ISA, требовалось установить несколько переключателей и перемычек. Они определяли номера прерываний, адреса портов ввода/вывода, номера каналов прямого доступа, адресное пространство используемое данной платой.

Для устройств EISA все эти параметры задаются программным путем. Вам достаточно вставить плату расширения EISA в любой свободный разъем на системной плате и запустить специальную программу конфигурирования. Это значительно удобней, чем открывать компьютер и менять положение переключателей.

Разъемы системной шины EISA построены таким образом, что в них можно вставлять 8-разрядные и 16-разрядные платы расширения ISA. Разъемы EISA состоят из 188 выводов, размещенных в два ряда. Верхний ряд содержит 98 выводов и представляет собой обычный 16-разрядный разъем шины ISA. Нижний ряд включает остальные 90 выводов, по которым и передаются сигналы специфичные для шины EISA.

Естественно, когда вы вставляете плату расширения ISA в разъем на системной шине EISA, теряются все преимущества шины EISA. Поэтому приобретая компьютер с системной шиной EISA следите за тем, чтобы все основные платы расширения также имели интерфейс EISA. Особое внимание следует обратить на то, чтобы интерфейс EISA имел дисковый контроллер.

Однако даже шина EISA не решила всех проблем. Новые видеоадаптеры, реализующие режимы с высоким разрешением (больше чем 800 на 600 пикселов) и большим количеством цветов (16777216 различных цветов) требовали передачи огромных объемов информации.



Поиск альтернативных решений для повышения скорости обмена между внешними устройствами и процессором привел некоторые фирмы к созданию так называемой локальной шины. Локальная шина связывает непосредственно системную шину центрального процессора и внешние устройства.

Ассоциация VESA (Video Electronics Standards Association) предложила собственный стандарт на локальные шины, который получил название VL-bus или VLB (VESA Local Bus).

Разъем шины VLB, предназначенный для подключения плат расширения, состоит из двух больших частей - стандартного разъема ISA и дополнительного разъема локальной шины. Таким образом, в позиции, предназначенные для подключения плат расширения в стандарте VLB, можно вставлять и обычные платы ISA.

Естественно, что подключение непосредственно к локальной шине процессора накладывает ограничение на количество плат расширения. В большинстве случаев на системной плате можно установить не больше трех устройств VLB.

Некоторое время спустя ряд фирм во главе с Intel приступили к разработке новой системной шины PCI (Peripheral Component Interconnect). Эта шина стала в настоящее время серьезной альтернативой для компьютеров с локальной шиной VLB.

Шину PCI, в отличие от VLB, нельзя назвать настоящей локальной шиной, так как шина PCI отделена от центрального процессора специальным контроллером. Данный контроллер осуществляет управление шиной PCI и согласует локальную шину процессора с внешними устройствами шины PCI. Такое разделение позволяет обеспечить независимость шины PCI от типа процессора. На системной плате может быть установлен процессор 80486 или Pentium, это не повлияет на внешние устройства, подключаемые к шине PCI.

Шина PCI работает на частоте 33 Мгц вне зависимости от тактовой частоты центрального процессора.

В настоящее время выпущено большое количество внешних устройств в стандарте PCI. В первую очередь это высокопроизводительные видеоадаптеры и контроллеры накопителей на жестких магнитных дисках. Существуют также сетевые карты в стандарте PCI.В ближайшее время появятся звуковые адаптеры и платы для обработки видеоизображения.

Сложившийся на сегодня "двойной стандарт" на локальные системные шины ставит производителей системных плат компьютеров перед тяжелой проблемой выбора. После недолгих раздумий решение было принято и на рынке появились системные платы, содержащие разъемы (слоты) для подключения устройств в различных стандартах - PCI, VLB и ISA или EISA.

Такой тройственный союз иногда сокращенно называют VIP. Конечно, VIP не следует понимать как известное сокращение от Very Important Person (очень важная персона), это всего лишь набор первых букв названий шин: VLB, ISA и PCI.



Рис. 1.4. Плата расширения


Содержание раздела