link420 link421 link422 link423 link424 link425 link426 link427 link428 link429 link430 link431 link432 link433 link434 link435 link436 link437 link438 link439 link440 link441 link442 link443 link444 link445 link446 link447 link448 link449 link450 link451 link452 link453 link454 link455 link456 link457 link458 link459 link460 link461 link462 link463 link464 link465 link466 link467 link468 link469 link470 link471 link472 link473 link474 link475 link476 link477 link478 link479 link480 link481 link482 link483 link484 link485 link486 link487 link488 link489 link490 link491 link492 link493 link494 link495 link496 link497 link498 link499 link500 link501 link502 link503 link504 link505 link506 link507 link508 link509 link510 link511 link512 link513 link514 link515 link516 link517 link518 link519 link520 link521 link522 link523 link524 link525 link526 link527 link528 link529 link530 link531 link532 link533 link534 link535 link536 link537 link538 link539 link540 link541 link542 link543 link544 link545 link546 link547 link548 link549 link550 link551 link552 link553 link554 link555 link556 link557 link558 link559

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Системные платы

Типы шин ввода-вывода

Типы шин ввода-вывода

За время, прошедшее момента появления первого PC, особенно за последние годы, было разработано довольно много вариантов шин ввода-вывода, так как повышение производительности компьютера всегда было первостепенной задачей. Потребность в повышении производительности определяется тремя факторами:

  • быстродействием процессора;
  • качеством программного обеспечения;
  • возможностями компонентов мультимедиа.

Одной из главных причин, препятствующих появлению новых структур шин ввода-вывода, является их несовместимость со старым стандартом PC, который, подобно крепкому морскому узлу, связывает нас с прошлым. В свое время успех компьютеров класса PC предопределила стандартизация — многие компании разработали тысячи плат, соответствующих требованиям этого стандарта шины. Новая, более быстродействующая шина должна быть совместимой с прежним стандартом, иначе все старые платы придется просто выбросить. Поэтому технология производства шин эволюционирует медленно, без резких скачков. Шины вводавывода различаются архитектурой. Основные типы шин были представлены ранее.

Различия между этими шинами в основном связаны с объемом одновременно передаваемых данных (разрядностью) и скоростью их передачи (быстродействием).

Шина ISA

Шина ISA (Industrial Standard Architecture — промышленная стандартная архитектура) использовалась в первом компьютере IBM PC, выпущенном в 1981 году, а в 1984 году — в расширенном 16-разрядном варианте в IBM PC/AT. Шина ISA — это основополагающий базис архитектуры персональных компьютеров; она использовалась вплоть до конца 1990-х годов. Кажется странным, что шина с такой “древней” архитектурой использовалась в высокопроизводительных компьютерах, выпускавшихся до конца 1990-х годов, но это объясняется ее надежностью, широкими возможностями и совместимостью. К тому же эта шина до сих пор работает быстрее большинства подключаемых к ней периферийных устройств.

Примечание!

Шина ISA практически не встречается в современных настольных системах, а количество компаний, выпускающих платы ISA, крайне ограниченно. Платы ISA пока еще популярны в промышленных системах (PICMG), однако в скором будущем они исчезнут и там.

Существует два варианта шины ISA, различающихся количеством разрядов данных: старая 8-разрядная версия и новая 16-разрядная. Старая версия работала на тактовой частоте 4,77 МГц в компьютерах классов PC и XT. Новая версия использовалась в компьютерах класса AT с тактовыми частотами 6 и 8 МГц. Позже было достигнуто соглашение о стандартной максимальной тактовой частоте 8,33 МГц для обеих версий шин, что обеспечило их совместимость. В некоторых системах допускается использование шин при работе с большей частотой, но не все платы адаптеров выдерживают такую скорость. Для передачи данных по шине требуется от двух до восьми тактов. Поэтому максимальная скорость передачи данных по шине ISA составляет 8,33 Мбайт/с:

8,33 МГц × 16 бит : 2 такта = 66,64 Мбит/с (или 8,33 Мбайт/с)

Полоса пропускания 8-разрядной шины вдвое меньше (4,17 Мбайт/с). Однако не забывайте, что это теоретические максимумы — из-за сложного протокола обмена данными реальная пропускная способность шины намного ниже (обычно вдвое). Но даже в этом случае шина ISA работает быстрее, чем большинство подключенных к ней периферийных устройств.

8-разрядная шина ISA

Эта шина использовалась в первом компьютере IBM PC. В новых системах она не применяется, но до сих пор эксплуатируются сотни тысяч компьютеров с такой шиной, в том числе системы на базе процессоров 286 и 386.

В разъем вставляется плата адаптера с 62 контактами. На разъем подаются 8 линий данных и 20 линий адреса, что позволяет адресовать до 1 Мбайт памяти. Назначение и расположение контактов разъема 8-разрядной шины ISA показано на рисунке.

Хотя эта шина очень проста, компания IBM до 1987 года не публиковала ее полного описания и временных диаграмм сигналов на линиях данных и адреса. Поэтому при создании плат адаптеров для первых IBM-совместимых компьютеров разработчикам приходилось самим разбираться в ее работе. По мере распространения IBM-совместимых компьютеров и их превращения в промышленный стандарт процесс разработки существенно упростился.

Плата адаптера для 8-разрядной шины ISA имеет следующие размеры:

  • высота — 4,2 дюйма (106,68 мм);
  • длина — 13,13 дюйма (333,5 мм);
  • толщина — 0,5 дюйма (12,7 мм).

16-разрядная шина ISA

Компания IBM буквально “взорвала” мир ПК, представив в 1984 году модель AT, оснащенную процессором 286. Данный процессор поддерживал 16-разрядную шину данных, что позволяло обеспечить взаимодействие между процессором, системной платой и памятью с использованием 16-разрядных, а не 8-разрядных данных. Хотя процессор и можно было установить на системной плате с 8-разрядной шиной ввода-вывода, все равно обеспечивалось повышенное быстродействие при обмене данными с различными платами, подключаемыми к шине.

Вместо того чтобы создавать новую шину ввода-вывода, IBM решила обеспечить совместимость системы с 8- и 16-разрядными адаптерами, оставив тот же 8-разрядный разъем, но добавив к нему еще один дополнительный. В результате был получен разъем для установки 16-разрядных адаптеров. Впервые представленная в компьютерах PC/AT в августе 1984 года 16-разрядная шина ISA также называлась шиной AT.

Дополнительный разъем в каждом 16-разрядном разъеме расширения добавляет 36 контактов (общее количество контактов для передачи данных при этом увеличивается до 98), необходимых для передачи данных большей разрядности. Кроме того, было изменено назначение двух контактов 8-разрядной части разъема. Однако подобные изменения никак не отразились на работоспособности 8-разрядных плат.

Обычная плата адаптера класса AT имеет следующие размеры:

  • высота — 4,8 дюйма (121,92 мм);
  • длина — 13,13 дюйма (333,5 мм);
  • толщина — 0,5 дюйма (12,7 мм).

В компьютерах класса AT могут встретиться платы высотой как 4,8 дюйма, так и 4,2 дюйма (соответствующие старым платам для компьютеров класса PC/XT). Платы с уменьшенной высотой устанавливались в компьютере класса XT модели 286. В данной модели с системной платой, предназначенной для компьютера класса AT, использовался корпус от XT, поэтому высоту плат адаптеров пришлось уменьшить до 4,2 дюйма. После этого большинство производителей стали выпускать только адаптеры с уменьшенной высотой, которые можно установить в любой корпус.

32-разрядная шина ISA

Спустя некоторое время после выпуска 32-разрядного процессора были разработаны первые стандарты на соответствующую шину. Еще до появления первых проектов архитектур МСА и EISA некоторые компании начали разрабатывать собственные конструкции, представляющие собой расширение архитектуры ISA. Хотя их было выпущено сравнительно немного, некоторые из них встречаются даже сейчас.

Дополнительные линии этих шин обычно использовались только при работе с платами расширения памяти и видеоадаптерами, выпускаемыми компаниями, создавшими данный стандарт. Их параметры и разводки разъемов существенно отличаются от стандартных, к тому же их спецификации и схемы контактов не распространялись.

Шина МСА

Появление 32-разрядных микросхем привело к тому, что шина ISA перестала соответствовать возможностям нового поколения процессоров. Процессор 386 может одновременно обрабатывать 32 бит данных, а шина ISA — только 16 бит. Вместо того чтобы снова расширить шину ISA, компания IBM разработала новый стандарт архитектуры. Так появилась шина МСА (Micro Channel Architecture — микроканальная архитектура), которая совершенно не похожа на шину ISA и во всех отношениях превосходит ее.

Компания IBM хотела не просто заменить старый стандарт ISA новым, но и вынудить производителей материнских плат приобретать лицензии на используемые ими технологии. Многие производители купили лицензии на шину ISA, созданную компанией IBM, однако политика лицензирования была не очень агрессивной, и многим удавалось выпускать свои платы и без лицензии на шину. Проблемы, связанные с лицензированием, привели к разработке альтернативной шины EISA (см. следующий раздел), что существенно замедлило распространение МСА.

Работать с компьютерами МСА значительно проще, чем с их предшественниками; это может подтвердить каждый, кто имел с ними дело. В них нет никаких перемычек или переключателей — ни на системной плате, ни на платах адаптеров. Вместо этого можно использовать специальный Reference-диск, поставляемый вместе с компьютерной системой, а также Option-диски, поставляемые вместе с отдельными платами адаптеров. Установив плату, достаточно загрузить файлы с Option-диска на Reference-диск, после чего Option-диск больше не нужен. Reference-диск содержал специальную BIOS и программу настройки для конкретной системы MCA, а конфигурировать систему без подобного диска было просто невозможно. Более подробная информация о шине MCA приведена в предыдущих изданиях настоящей книги, содержащихся на прилагаемом компакт-диске.



Шина EISA

Стандарт шины EISA (Extended Industry Standard Architecture — расширенная промышленная стандартная архитектура) появился в 1988 году в ответ на требование IBM лицензировать использование шины МСА. Конкуренты не сочли нужным платить задним числом за давно используемую шину ISA и, проигнорировав новую разработку IBM, создали свой проект шины.

Вначале разработкой шины EISA занималась компания Compaq, стремившаяся выйти изпод диктата IBM и прекрасно понимавшая, что никто не будет производить ее шины, если она останется единственной компанией, использующей их. Поэтому компания Compaq принялась активно налаживать контакты с другими ведущими производителями компьютерной техники. В результате был создан комитет EISA — некоммерческая организация, целью которой был контроль за разработкой и внедрением шины EISA. Было выпущено весьма ограниченное количество адаптеров EISA. Как правило, это были контроллеры дисковых массивов и серверные сетевые адаптеры.

Шина EISA на самом деле была 32-разрядной версией шины ISA. В отличие от шины MCA компании IBM, в 32-разрядные разъемы EISA можно устанавливать старые 8- или 16-разрядные платы ISA, благодаря чему обеспечивается полная обратная совместимость. Как и в случае шины MCA, шина EISA также поддерживает настройку адаптеров EISA с помощью специального программного обеспечения.

Количество линий в шине EISA по сравнению с ISA увеличилось до 90 (55 новых), при этом размеры разъема остались прежними. На первый взгляд, 32-разрядный слот EISA выглядит почти так же, как 16-разрядный слот ISA. На самом деле разъем шины EISA является сдвоенным. Первый ряд контактов соответствует 16-разрядному слоту ISA, а остальные расположены в глубине разъема и относятся к расширению EISA. Таким образом, платы ISA могли продолжать использоваться в разъемах EISA. Хотя такой совместимости было недостаточно, чтобы шина EISA завоевала широкую популярность, это привело к созданию следующего стандарта, VL-Bus. Размеры платы EISA таковы:

  • высота — 5 дюймов (127 мм);
  • длина — 13,13 дюйма (333,5 мм);
  • щирина — 0,5 дюйма (12,7 мм).

Используя шину EISA, можно передавать до 32 бит данных одновременно с тактовой частотой 8,33 МГц. В большинстве случаев передача данных осуществляется минимум за два такта, хотя возможна и большая скорость передачи (если плата адаптера имеет достаточное быстродействие). Максимальная полоса пропускания шины составляет около 33 Мбайт/с: 8,33 МГц × 4 байт (32 бит) = 33,32 Мбайт/с.