12.3 Примеры архитектур системных магистралей современных мпс.

Рассмотренные архитектуры системных магистралей являются достаточно абстрактными. Архитектуры реальных систем включают, как правило, целый набор магистралей (шин). В качестве примера рассмотрим архитектуру ПК, которая включает:

- локальную шину (L), непосредственно связанную с микропро-цессором ;

- шину памяти (М), к которой подключаются микросхемы основной памяти;

- системную шину, к которой подключаются внешние периферийные устройства, такие как терминал, накопители НМД, НГМД;

Рис.12.8.

- шину внутренних программируемых устройств (Х), к которой подключаются внутренние программируемые микросхемы, такие как контроллер клавиатуры, таймеры и т. д.;

В этом случае архитектура МПС может быть представлена в виде, изображенному на рис.12.9.:

Рис.12.9.

Рассмотренная выше шинная организация МПС не является оптимальной с точки зрения обеспечения высокой производительности МПС. Дело в том, что с ростом тактовой частоты микропроцессора процедура обращения к памяти становится самым “узким” местом системы, сдерживающим рост ее производительности. Из рассмотренной структурной схемы МПС следует, что когда МП читает, например, из памяти, воздействие (адрес и команда) с локальной шины попадает на системную шину, и только затем на шину памяти. После этого данные из памяти опять-таки попадают на системную шину, а с нее - на локальную. Приведенная архитектура была характерна для ПК типа IBM PC/XT.

В следующем примере рассмотрена шинная организация реальной МПС ( ПК модели IBM PC/AT с КЭШ - памятью) свободная от указанных выше недостатков (рис.12.10).

Рис.12.10.

Основная оперативная память выделяется в особую подсистему и доступ к ней осуществляется не через системную шину, а параллельно с доступом системной шине при помощи обычного шинного формирователя. Шинный формирователь в данном случае обеспечивает двунаправленную передачу данных и осуществляет электрическое согласование локальной шины МП ядра и шины памяти.

Для дальнейшего ослабления требований по времени доступа к основной оперативной памяти в структурную схему IBM PC/AT введена КЭШ-память (статическая память с малым временем доступа). Объем ее от 8 до 128 кбайт. При объеме КЭШ-памяти в 64 кбайта вероятность того, что необходимая МП информация окажется в ней, составляет 95-98 %. Эффективность КЭШ-памяти становится значительной на частотах выше 20 МГц, т.к. в этом случае потери производительности из-за задержек доступа к ОП очень чувствительны.

При этом на локальной шине, кроме микропроцессора и сопроцессора, появляется контроллер управления КЭШ-памятью. Системные и локальные шины ПЭВМ типа IBM стандартизованы.

В компьютерах PC/AT на базе МП i80268, используется шина ISA (Industry Standart Architecture).

В ПЭВМ на базе i80386 и i486 используеся шина EISA (Extended Industry Standart Architecture).

Основные характеристики шины ISA:

- тактовая частота 8 Мгц;

- 16-разрядная шина данных;

- 24-разрядная шина адреса, обеспечивающая прямую адресацию 16 Мбайт системной памяти;

- 15 линий аппаратных прерываний;

- 7 каналов DMA (прямого доступа к памяти).

Основные характеристики шины EISA:

- 32 разряда передачи данных;

- 32 разряда шины адреса (прямая адресация Гигабайтного прост-ранства);

- 7 каналов DMA;

- тактируемая частота 8-10 МГц.

Локальные шины стандартизованы в меньшей степени. Однако в последнее время также появились две стандартные локальные шины: VL-us и PCI. Основным назначением локальной шины является увеличение быстродействия ПЭВМ, позволяя таким периферийным устройствам, как видеоадаптеры и контроллеры накопителей, работать с тактовой частотой до 33МГц и выше.