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 (программы обработки графики в Windows, Multimedia).

В этих условиях пропускной способности шин расширения, обслуживающих одновременно несколько устройств, оказалось недостаточно для комфортной работы пользователей. Разработчики интерфейсов пошли по пути создания локальных шин, подключаемых непосредственно к шине МП, работающих на тактовой частоте МП и обеспечивающих связь с некоторыми скоростными внешними, по отношению к МП, устройствами: основной и внешней памятью, видеосистемами и т. д.

Сейчас существуют три основных стандарта локальных шин: VLB, PCI и AGP.

Шина VLB (Vesa Local Bus) разработана в 1992 году ассоциацией стандартов видеооборудования (VESA) и поэтому часто ее называют шиной VESA. Шина является расширением внутренней шины МП для связи с видеоадаптером и реже с винчестером, платами Multimedia, сетевым адаптером. Разрядность шины — 32 бита, реальная скорость передачи данных — 80 Мбайт/с (теоретически достижимая — 132 Мбайт/с).

Недостатки шины VLB;

□ ориентация только на МП 80386, 80486!!!!!;

□ жесткая зависимость от тактовой частоты МП (только на частоту до 33 МГц);

□ малое количество подключаемых устройств (только четыре устройства);

□ отсутствует арбитраж шины — могут быть конфликты между подключаемыми устройствами.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect, соединение внешних компонентов) — системная шина для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера (32 и 64 разрядные).

Стандарт на шину PCI определяет:

- физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий);

- электрические параметры (например, напряжения);

- логическую модель (типы циклов шины, адресацию на шине).

Разъём 32-разрядной PCI на материнской плате Разъём 64-разрядной PCI

Весной 1991 г. компания Intel завершила разработала недорогое и производительное решение – шину PCI, которое позволило реализовать возможности 486 и Pentium. В 1992 году появляется первая версия шины PCI, Intel объявляет, что стандарт шины будет открытым и создаёт PCI Special Interest Group. Благодаря этому, любой заинтересованный разработчик получает возможность создавать устройства для шины PCI без необходимости приобретения лицензии. Первая версия шины имела тактовую частоту 33 МГц, могла быть 32 или 64 битной, а устройства могли работать с сигналами 5 В или 3,3 В. Теоретически, пропускная способность шины 132 Мбайт/сек, однако в реальности пропускная способность составляла около 80 Мбайт/сек.

В середине 1993 г., компания Intel выпускает PCI 2.0, а в 1995 г. - PCI 2.1 – передача по шине в 66 МГц со скоростью 528 МБ/сек. Шина позволяет подключать до 10 устройств; имеет свой адаптер, позволяющий ей настраиваться на работу с любым МП от 80486 до Pentium. Осуществлена поддержка режима Plug and Play, Bus Mastering и автоконфигурации.

Конструктивно разъем шины на системной плате состоит из следующих подряд секций по 32-64 контакта. С помощью этого интерфейса к материнской плате подключаются видеокарты, звуковые карты, модемы, контроллеры SCSI и другие устройства. На материнской плате имеется несколько разъемов PCI. Шина PCI, хотя и является локальной, выполняет и многие функции шины расширения. Шины расширения ISA, EISA, MCA (а она совместима с ними) при наличии шины PCI подключаются не непосредственно к МП, а к самой шине PCI (через интерфейс расширения). Благодаря такому решению шина является процессоро-независимой и может работать параллельно с шиной процессора, не обращаясь к ней за запросами. Загрузка шины процессора существенно снижается. Конфигурация системы с шиной PCI показана на рис. 8.

Разъём AGP на материнской плате (обычно коричневого цвета).

AGP (от англ. Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт) — разработанная в 1997 году компанией Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты. Основной задачей разработчиков было увеличение производительности и уменьшение стоимости видеокарты, за счёт уменьшения количества встроенной видеопамяти.

Её отличия от предшественницы, шины PCI:

- работа на тактовой частоте 66 МГц;

- увеличенная пропускная способность;

- режим работы с памятью DMA и DME;

- разделение запросов на операцию и передачу данных.

DMA (Direct Memory Access) — прямой доступ к памяти, в этом режиме основной памятью считается встроенная видеопамять на карте, текстуры копируются туда перед использованием из системной памяти компьютера. Этот режим работы не был новым, по тому же принципу работают звуковые карты, некоторые контроллеры и т. п.

DME (Direct in Memory Execute) — в этом режиме основная и видеопамять находятся как бы в общем адресном пространстве. Общее пространство эмулируется с помощью таблицы отображения адресов GART (Graphic Address Remapping Table) блоками по 4 Кб. Таким образом копировать данные из основной памяти в видеопамять уже не требуется, этот процесс называют AGP-текстурированием.

Шина может работать с частотой системной шины до 133 МГц и обеспечивает высокую скорость передачи графических данных: в режиме AGP4x (4 блока данных за 1 такт) имеет величину 1066 Мбайт/с, а в режиме AGP8x — 2112 Мбайт/с.

Рис. 9. Конфигурация системы с шиной AGP

В настоящее время, шина исчерпала свои возможности и полностью вытеснена шиной PCI Express.