8. Типы шин Системные шины. Локальные шины

По целевому назначению шины подразделяются на три группы:

• шины «процессор-память»;

• шины ввода/вывода;

• системные шины.

Шина «процессор-память» обеспечивает непосредственную связь между центральным процессором и основной памятью. Эту шину часто называют шиной переднего плана FSB (Front-Side Bus). Интенсивный обмен информацией между процессором и памятью требует, чтобы полоса пропускания шины (количество информации, походящей по шине в единицу времени) была наибольшей. Роль этой шины иногда выполняет системная шина, но выгоднее, если обмен между ЦП и ОП ведется по отдельной шине. Для связи процессора с кэш-памятью второго уровня используется шина заднего плана – BSB (Back-Side Bus), позволяющая вести обмен с большей скоростью, чем FSB.

Шина ввода/вывода служит для соединения процессора (памяти) с устройствами ввода/вывода (УВВ). Ввиду разнообразия таких устройств шины ввода/вывода унифицируются и стандартизируются. Связи с большинством УВВ (кроме видеосистем) не требуют от шины высокой пропускной способности, учитывается стоимость конструктива и соединительных разъемов. В шинах используется меньше линий, длина линий может быть весьма большой.

Системная шина служит для физического и логического объединения всех устройств вычислительной машины. Основные устройства машины, как правило, размещаются на одной монтажной плате. Системная шина состоит из нескольких сотен линий, которые можно подразделить на три функциональные группы (рис. 2.29): шину адреса, шину данных и шину управления. Для передачи данных от одного модуля к другому модуль должен получить в свое распоряжение шину и передать по ней данные. Для получения модулем данных от другого модуля он должен получить доступ к шине, с помощью соответствующих линий управления и адреса передать в другой модуль запрос, ожидать данных от запрашиваемого модуля. Физически системная шина представляет собой совокупность параллельных электрических проводников (металлические полоски на печатной плате). Шина подводится ко всем модулям, каждый из них подсоединяется ко всем или некоторым ее линиям. Если ВМ конструктивно выполнена на нескольких платах, то все линии шины выводятся на разъемы, объединяемые проводниками на общем шасси.

Среди стандартизованных системных шин универсальных ВМ наиболее известны шины Unibus, Fastbus, Futurebus, VME, NuBus, Multibus-II. Персональные компьютеры, как правило, строятся на основе системной шины в стандартах ISA, EISA или MCA.

1. Системные шины

Шина ISA . Системная шина IBM PC и IBM PC XT была предназначена для одновременной передачи 8 бит информации и 20 разрядов адреса. Для работы с внешними устройствами в этой шине были предусмотрены также 8 линий аппаратных прерываний и 4 линии для требования прямого доступа в память. Для подключения плат расширения использовались специальные 62-контактные разъемы. Системная шина и микропроцессор синхронизировались от одного тактового генератора с частотой 4,77 МГц. Теоретически скорость передачи данных могла достигать более 4,5 Мбайт/с.

В компьютерах PC AT, использующих микропроцессор i80286, впервые стала применяться новая системная шина ISA (Industry Standart Architecture). Она отличалась наличием дополнительного 36-контактного разъема для соответствующих плат расширения. Теперь можно было передавать параллельно уже 16 разрядов данных, а благодаря 24 адресным линиям напрямую обращаться к 16 Мбайтам системной памяти. Количество линий аппаратных прерываний в этой шине было увеличено с 8 до 16, а каналов DMA – с 4 до 8. Шина ISA стала работать асинхронно с процессором на частоте 8 МГц, что соответствовало максимальной скорости передачи 16 Мбайт/с.

Системная шина EISA (Extended Industry Standart Architecture) обеспечила 32-разрядную адресацию памяти, 32-разрядную передачу данных, в том числе и в режиме DMA, улучшенную систему прерываний и арбитраж DMA, автоматическую конфигурацию системы и плат расширения. В EISA-разъем на системной плате компьютера помимо, разумеется, специальных EISA-плат, может вставляться либо 8-, либо 16-разрядная плата расширения, предназначенная для обыкновенной PC AT с шиной ISA. EISA-разъемы имеют два ряда контактов, один из которых (верхний) использует сигналы шины ISA, а второй (нижний) – соответственно EISA. Контакты в соединителях EISA расположены так, что рядом с каждым сигнальным контактом находится контакт „земля". Благодаря этому сводится к минимуму вероятность генерации электромагнитных помех, а также уменьшается восприимчивость к таким помехам.

Шина EISA позволяет адресовать 4-Гбайтное адресное пространство, доступное современным микропроцессорам. Однако доступ к этому пространству могут иметь не только центральный процессор, но и платы управляющих устройств типа bus master – главного абонента (то есть устройства, способные управлять передачей данных по шине), а также устройства, имеющие возможность организовать режим DMA. Теоретически максимальная скорость передачи по шине EISA в так называемом пакетном режиме (burst mode) может достигать 33 Мбайт/с.

EISA работает с частотой около 8–10МГц, а скорость передачи увеличивается в основном благодаря увеличению разрядности шины.

Шина MCA (Microchanel - Микроканал) появилась в 1987году, разработана компанией IBM. Имеется два вида: 16- и 32- разрядная шина. 32- разрядная шина работает с частотой 10 МГц, со скоростью передачи данных до 20 Мб/с, позволяет адресовать до 4-х гигабайт. Карта расширения могла быть самостоятельно распознана и автоматически (программным путём) конфигурирована компьютером. Основным недостатком является несовместимость с шиной ISA, для которой были разработаны основные устройства, поэтому данная архитектура не нашла широкого распространения Шина в основном используется в мощных файл-серверах, где требуется обеспечение высоконадёжного производительного ввода/вывода.