Системные интерфейсы для пк на основе Intel-386 и Intel-486

Первым стандартным системным интерфейсомдля ПК на основе ЦП IA-32 следует считатьISA(Industry Standard Architecture - Архитектура промышленного стандарта).ISAпредставляет собойшину, используемую в IBM PC-совместимых ПК для обеспечения питания и взаимодействия плат расширения с системной платой, в которую они вставляются. Полное описаниешины, включая ее временные характеристики, было издано в виде стандарта IEEE P996-1987.

Первый вариант этой архитектуры для ЦП 8086/8088 с тактовой частотой 4,77 МГц представлял собой 62-контактную шинус 8 линиями данных, 20 линиями адреса, сигналами для прерываний и запросов и подтверждения DMA, а также линиями питания и сигналами синхронизации.

У процессора 80286, применявшегося в IBM PC AT, была 16-разрядная шинаданных, поэтому системнаяшинабыла расширена дополнительным 36-контактным соединителем, который обеспечивал еще восемь линий данных, еще четыре линии адреса, дополнительные линии прерываний и каналов DMA. На этушинубыл выведен тактовый сигнал с частотой 8 МГц. Таким образом, теоретическая максимальная скорость передачи данных нашинеISAсоставляет 16 Мбайт/с, хотя чаще утверждается, что она составляет 8 Мбайт/с, поскольку один циклшиныобычно требуется для передачи адреса, а другой - для передачи 16 разрядов данных. На самом деле, типичная скорость передачи данных на этойшинесоставляет от 1 до 2,5 Мбайт/с. Это значение обусловлено конфликтами нашинес другими устройствами, главным образом, с памятью, а также задержками буферизации из-за асинхронного характерашины(быстродействие процессора ишиныразличается).

Появление 32-битных процессоров Intel-386 и Intel-486 показало, что быстродействие магистрали ISAявляется сдерживающим фактором на пути повышения производительности компьютеров. В 1989 году группой компаний (Compaq, Hewlett Packard, NEC и др.) было предложено эволюционное развитие архитектурыISA-шинаEISA (ExtendedISA). С одной стороны, EISA имела все преимущества высокопроизводительной 32-битнойшины, а с другой - была полностью совместима сISA"сверху вниз" и не требовала перехода на новую элементарную базу. Разработчики магистрали EISA позаботились не только об информационной и электрической, но и о конструктивной совместимости сISA. Разъем EISA состоит из двух рядов контактов, один из которых (верхний) предназначен для сигналовISA, а другой (нижний) - для дополнительных сигналов EISA (16 дополнительных разрядов данных, 8 дополнительных разрядов адреса, сигналы управления пакетной передачей данных и сигналы управления арбитражем магистрали). Таким образом, в разъемы EISA можно вставлять также 8- или 16-разрядные платыISA. Предельная скорость передачи (33 МГц) достигается в пакетном режиме, когда адрес предоставляется только в начале пакета и предполагается, что все последующие данные будут поступать в расположенные по порядку ячейки памяти. На магистрали может находиться несколько задатчиков (ЦП, контроллер DMA, контроллер регенерации динамической памяти и др.). Управление предоставлением магистрали централизованно выполняется специальным арбитром по циклическому принципу. Для арбитража используются особые линии магистрали, индивидуальные для каждого разъема.

Альтернативная системная архитектура MCA (Micro Channel Architecture - Микроканальная архитектура) была предложена IBM в 1987 году в серии ПК PS/2. Основным достоинством MCA по сравнению с ISAбыло увеличение разрядностишиныданных до 32 бит. При мультиплексированном использованиишиныадреса (32 бит) допускается расширениешиныданных до 64 бит. Как и в EISA, в MCA предусмотрена возможность включения многих задатчиков, но арбитраж при этом является не централизованным, а распределенным, причем приоритеты могут устанавливаться программным путем.

MCA не зависит от типа процессора и является полностью асинхронной. Эта магистраль, кроме ПК IBM PS/2, применялась также в рабочих станциях IBM RS/6000 и в высокопроизводительных компьютерах серии Power Parallel SP2 (например, Deep Blue).

Для магистрали MCA предусмотрена автоматическая конфигурация системы. При этом пользователь может изменять и назначать приоритеты различных устройств. Для увеличения скорости передачи в режиме DMA используется специальный блочный режим (burst mode).

Однако эта шинане нашла широкого распространения, возможно, потому, что компания IBM (по крайней мере, первоначально) взимала слишком большую лицензионную пошлину за ее применение, а также потому, что существовавшие тогда платы адаптеров ПК невозможно было использовать на этойшине, вследствие чего потребителям приходилось приобретать все новые платы, а производителям -заново их разрабатывать.

В типичной системе на основе Intel-386/486 (рис. 14.1) использовались раздельныешиныдля памяти и устройств ввода-вывода, что позволяло максимально задействовать возможности оперативной памяти и обеспечивало максимальную скорость работы с ней. Однако в таком случае устройства, подключенные через описанные системныеинтерфейсы, не могут достичь скорости обмена, сравнимой с процессором. В основном это требуется для видеоадаптеров и контроллеров накопителей. Для решения проблемы была предложена архитектура на основе локальных шин (рис. 14.2), которые непосредственно связывали процессор с контроллерами периферийных устройств.

¶Рис. 14.1.Типичная система с низкоскоростной шиной устройств ввода-вывода

¶Рис. 14.2.Система с архитектурой локальной шины (VLB)

Наиболее распространенными локальными шинамисчитались VLB иPCI. VLB (VESA¹⁾Local Bus) представляет собой расширениешиныпроцессора без промежуточных буферов, что резко ограничивает ее нагрузочную способность (2-3 устройства). VLB имеет 32-разряднуюшинуданных и 32-разряднуюшинуадреса. Арбитр магистрали не предусмотрен. Достоинством VLB является простота и низкая стоимость. Позднее была также разработана спецификация VLB2, ориентированная на системы на основе Intel Pentium, (64-разряднаяшинаданных, тактовая частота до 50 МГц, поддержка Plug&Play), однако широкого применения эта разработка не нашла, т.к. была вытесненашинойPCI.