13.2 Классификация интерфейсов

Выделяют следующие основные классификационные признаки:

• способ соединения компонентов (магистральный, радиальный, цепочный, комбинированный);

• способ передачи информации (параллельный, последовательный, параллельно-последовательный);

• принцип обмена информацией (синхронный, асинхронный);

• режим передачи информации (односторонняя, двухсторонняя, двухсторонняя поочередная).

В соответствии с функциональным назначением интерфейсы можно поделить на следующие основные классы:

• системные интерфейсы ЭВМ;

• интерфейсы периферийного оборудования (общего назначения и специализированные);

• программно-управляемых модульных систем и приборов;

• интерфейсы сетей передачи данных и др.

Современные системы включают два типа шин:

• системная шина, соединяющая процессор с ОЗУ и кэш-памятью 2-го уровня;

• множество шин ввода-вывода, соединяющие процессор с различными периферийными устройствами.

13.3 Шины расширений

Шина расширения ISA (Industry Standard Architecture – промышленная стандартная архитектура) представлена в двух версиях: для IBM PC XT (1981 год) и для IBM PC AT (1984 год).

1. Шина PC/XT – 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, использовалась с микропроцессором (МП) 8086, 8088.

2. Шина PC/AT – 16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса, рабочая тактовая частота до 8 МГц; имеет 7 линий для аппаратных прерываний и 4 канала DMA.

3. Шина EISA (Extended ISA) – 32-разрядная шина данных и 32-разрядная шина адреса, создана в 1989 году как функциональное и конструктивное расширение ISA. Адресное пространство шины 4 Гбайт. Шина работает на частоте 8-10 МГц. Теоретическая пропускная способность – 33 Мбайт/с, причем скорость обмена по каналу МП – кэш – ОП определяется параметрами микросхем памяти; увеличено число разъемов расширений – теоретически может подключаться до 15 устройств (практически только до 10). Улучшена система прерываний, поддерживается Bus Mastering – режим единоличного управления шиной со стороны любого из устройств на шине, имеет систему арбитража для управления доступом устройств к шине.

4. Шина MCA (Micro Channel Architecture) – 32-разрядная шина, созданная фирмой IBM в 1987 году для машин PS/2, пропускная способность 76 Мбайт/с, рабочая частота 10-20 МГц. По своим прочим характеристикам близка к шине EISA, но не совместима ни с ISA, ни с EISA. Поскольку компьютеры PS/2 не получили широкого распространения, в основном, ввиду отсутствия наработанного обилия прикладных программ, шина МСА также использовалась не очень широко.

13.4 Локальные шины

Современные вычислительные системы характеризуются:

• стремительным ростом быстродействия микропроцессоров и некоторых внешних устройств (так, для отображения цифрового полноэкранного видео с высоким качеством необходима пропускная способность 22 Мбайт/с);

• появлением программ, требующих выполнения большого количества интерфейсных операций (например, программы обработки графики в Windows, мультимедиа).

Есть три основных стандарта универсальных параллельных локальных шин: VLB, PCI и AGP.

Интерфейс VLB

Шина VLB (VL-bus, VESA Local Bus) представлена в 1992 году ассоциацией стандартов видеоэлектроники (VESA – торговая марка Video Electronics Standards Association) и поэтому часто ее называют шиной VESA. Шина VLB, по существу, является расширением внутренней шины МП для связи с видеоадаптером и реже с жестким диском, платами мультимедиа, сетевым адаптером. Разрядность шины для данных – 32 бита, для адреса – 30, реальная скорость передачи данных по VLB – 80 Мбайт/с, теоретически достижимая – 132 Мбайт/с (в версии 2 – 400 Мбайт/с).

Недостатки шины VLB:

• ориентация только на МП 80386, 80486 (не адаптирована для МП класса Pentium);

• жесткая зависимость от тактовой частоты МП (каждая шина VLB рассчитана только на конкретную частоту до 33 МГц);

• малое количество подключаемых устройств (только 4 устройства);

• отсутствует арбитраж шины – могут быть конфликты между подключаемыми устройствами.

Интерфейсы PCI

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect, соединение внешних компонентов) – самый распространенный и универсальный интерфейс для подключения различных устройств. Тактовая частота PCI 1.0-33 МГц, разрядность – 32 разряда для данных и 32 разряда для адреса с возможностью расширения до 64 разрядов, теоретическая пропускная способность 132 Мбайт/с, а в 64-разрядном варианте – 264 Мбайт/с.

Конструктивно разъем шины на системной плате состоит из двух секций по 64 контакта (каждая со своим ключом. С помощью этого интерфейса к материнской плате подключаются видеокарты, звуковые карты, модемы, контроллеры SCSI и другие устройства.

Интерфейс AGP

Шина AGP (Accelerated Graphics Port – ускоренный графический порт) – интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной магистрали AGP, имеющей выход непосредственно на системную память. Разработана шина на основе стандарта PCI v2.1.

Шина AGP может работать с частотой системной шины до 133 МГц и обеспечивает высочайшую скорость передачи графических данных. Ее пиковая пропускная способность в режиме четырехкратного умножения AGP 4 х (передаются 4 блока данных за один такт) имеет величину 1066 Мбайт/с, а в режиме восьмикратного умножения AGP 8 х – 2112 Мбайт/с.

Шина AGP имеет два режима работы: DMA и Execute. В режиме DMA основной является память видеокарты. Графические объекты хранятся в системной памяти, но перед использованием копируются в локальную память видеокарты. Обмен ведется большими последовательными пакетами. В режиме Execute системная память и локальная память видеокарты логически равноправны. Графические объекты не копируются в локальную память, а выбираются непосредственно из системной. При этом приходится выбирать из памяти относительно малые случайно расположенные куски. Поскольку системная память выделяется динамически, блоками по 4 Кбайт, в этом режиме для обеспечения приемлемого быстродействия предусмотрен механизм, отображающий последовательные адреса фрагментов на реальные адреса 4-килобайтовых блоков в системной памяти. Эта процедура выполняется с использованием специальной таблицы (Graphic Address Re-mapping Table или GART), расположенной в памяти.