http://npc-news.ru/

Внутримашинный, системный и периферийный интерфейс

Интерфейс (interface) — совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или их частей.

В интерфейсе обычно предусмотрены вопросы сопряжения на:

● механическом уровне (число проводов, элементы связи, типы соединений, разъемы, номера контактов и т. п.) и

● логическом уровне (понятные сигналы, их длительности, полярности, частоты и амплитуда, протоколы взаимодействия).

В современных интерфейсах для формирования стандарта подключения устройств к системе широко используются наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы. Это существенно усложняет и удорожает не только сам интерфейс, но и компьютер в целом.

Внутримашинный интерфейс — система связи и сопряжения узлов и блоков компьютера между собой.

Представляет собой совокупность:

● электрических линий связи (проводов),

● схем сопряжения с компонентами компьютера,

● протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

 

Существует два варианта организации внутримашинного интерфейса:

□ многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс иногда применяется в качестве периферийного интерфейса (для связи с внешними устройствами ПК), дополняющего системный, а в качестве системного — лишь в некоторых простых компьютерах;

□ 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.

Шина(bus) — совокупность линий связи, по которым информация передается одновременно. Под основной, или системной, шиной обычно понимается шина между процессором и подсистемой памяти. Шины характеризуются разрядностью и частотой. Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, то есть максимально возможная скорость передачи информации. Пропускная способность шины зависит от ее разрядности (шины 8-ми, 16-, 32- и 64-разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает.

Разрядность (ширина) шины (bus width) — количество линий связи в шине, то есть число бит, которое может быть передано по шине одновременно.

Тактовая частота шины (bus frequency) — частота, с которой передаются последовательные биты информации по линиям связи.

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, часто специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса, преимущественно видеосистем.

В компьютерах широко используются также периферийные шины — интерфейсы для внешних запоминающих и многочисленных периферийных медленнодействующих устройств.

Сравнительные технические характеристики некоторых шин — см. в таблице.

Таблица -Основные характеристики шин устаревших типов

Характеристика ISA EISA VLB PCI 1.0 AGP AGP 3 8x
Разрядность шины, бит 16/24 32/32 32/64 32/64 32/64
Рабочая частота, МГц 8-33 До 33 До 66 66/133
Пропускная способность, Мбайт/с 133, 266, 533, 1066, 2132
Число устройств, шт.

 

Шины расширений

5 разъёмов 16-битной и 1 разъём 8-бит шины ISA

◊ ISA (от англ. Industry Standard Architecture, ISA bus) — 8-ми или 16-ти разрядная системная шина IBM PC-совместимых компьютеров. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA. Конструктивно выполняется в виде 62-х или 98-контактного разъёма на материнской плате.

С появлением материнских плат формата ATX она исчезла, но пока её ещё можно встретить в старых AT-компьютерах, а также в промышленных компьютерах. Впервые, шина ISA появилась на компьютерах IBM PC/XT в 1981 году. Это была 8-ми битная шина, с тактовой частотой 4,77 МГц, скорость передачи данных 4,77 МБ/с. Разъём из 62-х контактов, из них 8-для данных, 20-линии адреса, 6-для прерываний.

 

В 1984 году, шина была усовершенствована, стала передавать 16-бит данных за такт, увеличена тактовая частота до 8 МГц, размер адресуемой памяти был увеличен до 16 МБ/c.

◊ EISA(Extended Industry Standard Architecture) — шина для IBM-совместимых компьютеров. Была анонсирована в 1988г. производителями IBM-совместимых компьютеров.

EISA расширяет шину ISA до 32 разрядов и позволяет подключать к шине более одного ЦПУ. Адресное пространство, по сравнению с ISA, увеличено до 4 ГБ. Шина поддерживает Bus Mastering — режим управления шиной со стороны любого из устройств на шине, имеет систему арбитража для управления доступом устройств к шине. К ней можно подключать старые платы, предназначенные для работы с 8- и 16-разрядными версиями ISA: имеется электрическая и механическая совместимость.

Использование шины EISA было дорогим удовольствием, так что она не получила распространения в desktop. Она использовалась в серверах, так как была приспособлена для задач, требующих большой пропускной способности шины (обмен с НЖМД и работа в сети). Большинство выпущенных EISA карт были либо контроллерами шины SCSI либо сетевыми контроллерами.

Со временем возникла потребность в шине с более высокой пропускной способностью, и шина EISA была вытеснена более совершенными, но уже локальными шинами ◊VESA Local Bus и современным типа ◊ PCI.

Локальные шины

Пропускной способности шин расширения, обслуживающих одновременно несколько устройств, оказалось недостаточно для комфортной работы пользователей.

Разработчики интерфейсов пошли по пути создания локальных шин, подключаемых непосредственно к шине МП, работающих на тактовой частоте МП и обеспечивающих связь с некоторыми скоростными внешними, по отношению к МП, устройствами: основной и внешней памятью, видеосистемами и т.д.

Основные локальные шины: VLB, PCI, AGP, PCI-Express.

◊ Шина VLB(Vesa Local Bus) разработана в 1992 году ассоциацией стандартов видеооборудования (VESA) и поэтому часто ее называют шиной VESA. Шина является расширением внутренней шины МП для связи с видеоадаптером и реже с винчестером, платами Multimedia, сетевым адаптером. Разрядность шины — 32 бита, реальная скорость передачи данных — 80 Мбайт/с (теоретически достижимая — 132 Мбайт/с).

Недостатки шины VLB:

□ ориентация только на МП 80386, 80486 !!!!!;

□ жесткая зависимость от тактовой частоты МП (только до 33 МГц);

□ малое количество подключаемых устройств (только четыре устройства);

□ отсутствует арбитраж шины — могут быть конфликты.

 

◊ Шина PCI(Peripheral Component Interconnect, соединение внешних компонентов) — системная шина для подключения периферийных устройств к материнской плате (32 и 64 разряда).

Стандарт на шину PCI определяет:

— физические параметры (разъёмы, разводку линий);

— электрические параметры (напряжения);

— логическую модель (типы циклов шины, адресацию).

В 1992 — первая версия шины PCI с тактовой частой 33 МГц, могла быть 32 или 64 битной. Теоретически, пропускная способность шины 132 Мбайт/сек, однако в реальности составляла около 80 Мбайт/сек.

В середине 1993 г., компания Intel выпускает PCI 2.0, а в затем- PCI 2.1-3 – передача по шине в 66 МГц со скоростью до 266 МБ/сек. Шина позволяет подключать до 10 устройств; имела свой адаптер, позволяющий ей настраиваться на работу с любым МП от 80486 до Pentium. Осуществлена поддержка режима Plug and Play, Bus Mastering и автоконфигурации.

Конструктивно разъем шины на системной плате состоит из следующих подряд секций по 32-64 контакта.

С помощью этого интерфейса к материнской плате подключаются:

● видеокарты, ● звуковые карты, ● модемы, ● контроллеры SCSI и др.

На материнской плате имеется несколько разъемов PCI.

Шины расширения ISA, EISA, MCA (а она совместима с ними) при наличии шины PCI подключаются не непосредственно к МП, а к самой шине PCI (через интерфейс расширения). Благодаря такому решению шина является процессоро-независимой и может работать параллельно с шиной процессора, не обращаясь к ней за запросами.

Спецификация шины PCI:

— частота шины — 33,33 или 66,66 МГц, передача синхронная;

— разрядность шины — 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);

— пиковая пропускная способность для 32/64-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33 МГц — 133/266 МБ/с;

— адресное пространство памяти — 32 бита (4 байта);

— адресное пространство портов ввода-вывода — 32 бита (4 байта);

— конфигурационное адресное пространство (для одной функции) 256 байт;

— напряжение 3,3 или 5 В.

 

◊ AGP (Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт) — разработанная в 1997г. компа- нией Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты. Основной задачей было увеличение производитель-ности и уменьшение стоимости, за счёт уменьшения количества встроенной видеопамяти.

Отличия AGP от шины PCI:

— работа на тактовой частоте 66 МГц;

— увеличенная пропускная способность;

— режим работы с памятью DMA и DME;

— разделение запросов на операцию и передачу данных.

Поясним термины и понятия:

DMA (Direct Memory Access) — прямой доступ к памяти, в этом режиме основной памятью считается встроенная видеопамять на карте, текстуры копируются туда перед использованием из системной памяти компьютера. Этот режим работы не был новым, по тому же принципу работают звуковые карты, некоторые контроллеры и т. п.

DME (Direct in Memory Execute) — в этом режиме основная и видеопамять находятся как бы в общем адресном пространстве.

Общее пространство эмулиру-ется с помощью таблицы отображения адресов GART (Graphic Address Remapping Table) блоками по 4 Кб. Т.о. копировать данные из основной памяти в видеопамять не требуется, это называют AGP-текстурированием.

Шина может работать с частотой системной шины до 133 МГц и обеспечивает высокую скорость передачи графических данных:

в режиме AGP4x (4 блока данных за 1 такт) имеет величину 1066 Мбайт/с,

а в режиме AGP8x — 2112 Мбайт/с.

Сейчас шина исчерпала свои возможности и полностью вытеснена шиной PCI Express.

 

◊ PCI ExpressСлоты PCI Express x4, x16, x1, опять x16,

А внизу — стандартный 32-разрядный слот PCI на материнской плате

PCI Express или PCIe или PCI-E, (известная как 3GIO — 3rd Generation I/O), использует программную модель шины PCI и высокопроизводительный протокол, основанный на последовательной передаче данных.

В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express является пакетной сетью с топологией типа звезда. Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, а каждое устройство напрямую связано соединением «точка-точка» с коммутатором.

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

— горячая замена карт;

— управление энергопотреблением;

— гарантированная полоса пропускания (QoS);

— контроль целостности передаваемых данных.

Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel, первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года.

Шина PCI Express нацелена на использование в качестве локальной шины. Используется двунаправленное последовательное соединение точка-точка (lane) — это отличие от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной однонаправленной шине.

Соединение между двумя устройствами PCI Express называется link, и состоит из одного (1x) или нескольких (2x, 4x, 8x, 12x, 16x и 32x) двунаправленных последовательных соединений lane. Каждое устройство должно поддерживать соединение 1x, поэтому в простейшем случае устройство подключается к коммутатору PCI Express всего четырьмя проводниками.

► PCI Express 2.0,2007 г. — скорость передачи данных 5 GT/s и схемой кодирования 8b/10b. Совместимость с предыдущими версиями PCI Express.

► PCI Express 3.0, 2010 г. — скорость передачи данных 8 GT/s (Гигатранзакций/с). Т.е. пропускная способность была увеличена вдвое к PCI Express 2.0. Этого удалось достигнуть благодаря схеме кодирования 128b/130b, когда 128 бит данных пересылаемых по шине кодируются 130 битами.

В одну/обе стороны, Гбит/с
Связей
x1 x2 x4 x8 x12 x16 x32
PCIe 1.0 2/4 4/8 8/16 16/32 24/48 32/64 64/128
PCIe 2.0 4/8 8/16 16/32 32/64 48/96 64/128 128/256
PCIe 3.0 8/16 16/32 32/64 64/128 96/192 128/256 256/512

 

3.3. Периферийные шиныгораздо более разнообразны.


Добавить комментарий

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>