К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 67
Текст из файла (страница 67)
На материнской плате обычно имеется еще одна шина, способная поддерживать большее количество устройств. Эти две шины соединены между собой с помогцью специальной схемы, называемой мостом и предназначенной для преобразования сигналов в соответствии с протоколами, регулирующими 1грименение этих двух шин. Устройства, подключенные к шине расширения, представляются процессору непосредственно соединенными с его собственной шиной. Правда, мост вызывает небольшую задержку при пересылке данных между процессором и этими устройствами. Универсальный стандарт для шины процессора определить невозможно, поскольку ее структура очень тесно связана с архитектурой процессора.
Структура шины зависит от электрических характеристик процессора, в том числе от его тактовой частоты. Однако на шину расширения эти ограничения не распространяются, поэтому для нее можно использовать стандартную схему сигналов. Для шин расширения разработан целый ряд стандартов. Некоторые из них появлялись «естественным» путем, когда конкретная архитектура завоевывала популярность на рынке. Например, !ВМ разработала для своего персонального компьютера шину 18А (?пг)пзггу 8гапс?агб Агс?г?гесгпге), которая поначалу называлась РС АТ. Компьютер стал настолько популярным, что производители устройств ввода-вывода стали снабжать свои устройства ?БА-совместимыми интерфейсами, и ?БА стал стандартом де-факто.
Некоторые стандарты разрабатывались объединенными усилиями крупных компаний, которые, хотя и конкурировали на рынке вычислительной техники, были заинтересованы в создании совместимых устройств. В некоторых случаях эти стандарты, одобренные такими организациями, как 1ЕЕЕ (?пзт1?пте о1 Е1ес~гр са1 апг1 Е!есггошсз Епяшеегз — Институт инженеров по электротехнике и электронике), АХИ? (Атпейсап Хагюпа1 Бгапг1агбз ?пзг?гите — Национальный институт стандартизации США), и даже международными организациями, в частности 150 (1пгегпаг1опа1 Огйашгагюп ?ог 8гапс1агйхагюп — Международная организация по стандартизации), получали официальный статус. В этом разделе вы познакомитесь с тремя широко применяемыми стандартами шин: РС1 (Рег1р?гега? Сошропепг ?п?егсоппесг), 8СБ? (Бша)1 Сошрптег 8узгевгг ?птег1асе) и ??8В (??шчегза1 Бег1а1 Впз).
На рис. 4.38 показано, как шины этих трех типов используются в типичной компьютерной системе. Стандарт РС1 определяет шину расширения на материнской плате. Шины стандарта БС81 и 13БВ предназначены для подключения дополнительных устройств как внутри, так и вне корпуса компьютера. ЯС81 представляет собой высокоскоростную параллельную шину, предназначенную для подключения таких устройств, как диски и дисплеи. Шина ??БВ поддерживает последовательную передачу данных. Она используется для подключения самого разнообразного оборудования, от клавиатур до игровых устройств, а также для Интернет-соединений. На рисунке показана интерфейсная схема, позволяющая подключать к компьютеру устройства, совместимые со 4.7.
Стандартные интерфейсы авода-вывода 291 старым стандартом 1БА, в том числе столь популярные диски 111Е (1птеягатеб Рг!уе Е!естгоп!сз). Данная шина может быть использована и для подключения компьютера к сети Ет!тегпет (Ет!тегпет — это широко распространенная архитектура локальных сетей, обеспечивающая высокоскоростное соединение компьютеров в здании или, предположим, университетском городке).
В одном компьютере может использоватьсл несколько разных шин. Так, типичный компьютер Рент!шп содержит шины РС1 и 1БА, что позволяет пользователю выбирать из достаточно широкого диапазона устройств. Рис. а.зе. Пример компьютерной системы, в которой используется несколько стандартов интерфейса 4.7.1. Шина РС! Шина РС1 — это разновидность системной шины, появившейся в ответ на потребность в стандартизации используемых устройств. Она поддерживает функции, типичные для шины процессора, но в стандартизированном формате, независимо от тапа процессора.
Подключенные к этой шине устройства представляются процессору непосредственно соединенными с его собственной шиной. Им назначаются 292 Глава 4. Ввод-вывод адреса из адресного пространства памяти процессора. (Полную спецификацию на шину, РС1 1оса1 Впз 5рес1йсаС)опз, вы найдете по адресу вчьчч.рс!з!8.сош/дече1орегз.) Шина РС1 унаследовала многие принципы шинных стандартов, применявшихся преимущественно в компьютерах 1ВМ РС. В ранних РС использовалась 8-разрядная шина ХТ, сигналы которой были очень близки к сигналам процессоров 1пге1 80х86.
Более поздняя, 16-разрядная шина, которая в свое время предназначалась для компьютеров РС АТ, известна как шина 15А. В 1980-е годы были разработаны н другие шины со сходными возможностями, и наиболее известнымн среди ннх считались М!сгосЬаппе1 и ХпВпз, использовавшиеся соответственно в компьютерах 1ВМ РС и Мас1п~ой. Создавалась шина РС1 как недорогое устройство, по-настоящему независимое от процессора. Ее конструкция была обусловлена назревшей потребностью в поддержке высокоскоростных дисковых и графических устройств, а также специфическими нуждами мультипроцессорных систем. Благодаря этому РС1 до сих пор, десятилетие спустя после своего появления в 1992 году, популярна как промышленный стандарт.
Важной особенностью шины РС1 было то, что она стала пионером нового механизма подключения устройств ввода-вывода, получившего название р1пя-аш(-р1ау. Для подключения к системе нового устройства пользователю теперь достаточно вставить интерфейсную плату в разъем на шине. Все остальное сделает за него программное обеспечение. Мы вернемся к технологии р1пя-аш1-р1ау после обсуждения основных принципов работы шины РС1. Пересылка данных В современных компьютерах при выполнении операции пересылки данных чаще всего перемещается не одно слово, а целый блок информации. Поэтому все современные процессоры содержат кэш-память (см.
рис. 1.6). Данные пересылаются между кэш-памятью и основной паьгятью в виде пакетов, по нескольку слов в каждом (об этом подробнее рассказывается в главе 5). Участвующие в такой пересылке слова сохраняются по последовательным адресам памяти. Когда процессор, а точнее кэш-контроллер, задает адрес и запрашивает операцию чтения из основной памяти, память отвечает ему отправкой последовательности слов данных, начинающихся с этого адреса. Аналогичным образом в ходе операции записи процессор задает адрес и последовательность слов данных, которые должны быть поочередно записаны в память, начиная с этого адреса.
Шина РС1 предназначена для поддержки именно такого режима работы. Операция чтения или записи одного слова интерпретируется ею как чтение нли запись пакета длиной в одно слово. Шина поддерживает три независимых адресных пространства: памяти, ввода-вывода и конфигурации. Назначение первых двух понятно. Адресное пространство ввода-вывода используется такими процессорами, как Реп~шш, имеющими отдельное адресное пространство ввода-вывода. Однако, как уже было подчеркнуто в главе 3, конструктор системы может использовать ввод-вывод с отображением в память даже в том случае, если процессор поддерживает отдельное адресное пространство ввода-вывода. Фактически стандартом РС1 для совместимости с более широким спектром устройств рекомендуется применять 4.7. Стандартные интерфейсы ввода-вывода 293 именно этот подход.
Конфигурационное адресное пространство предназначено для поддержки технологии р1пй-апд-р1ау. Сопровождающая адрес 4-разрядная команда указывает, какое нз трех адресных пространств должно использоваться в этой операции пересылки данных. На рис. 4.38 показана схема, на которой основная память компьютера непосредственно соединена с шиной процессора. Альтернативный подход, часто используемый при наличии шины РС1, проиллюстрирован на рнс. 4.39.
Мост РС1 создает для основной памяти отдельное физическое подключение. По причинам электротехнического характера шина может быть разделена на сегменты, соединенные между собой посредством мостов. Однако независимо от того, к какому сегменту шины подключено конкретное устройство, оно может отображаться в адресное пространство процессора. Рис. 4.39. Пример использований шины РС! в компьютерной системе Набор сигналов шины РС1 похож на набор сигналов, представленный на рнс.
4.25. Создавая этот рисунок, мы предполагали, что хозяин шины сохраняет на ней адресную информацию до тех пор, пока пересылка данных не завершится. Однако так бывает не всегда. Адрес нужен только до тех пор, пока не выбрано подчиненное устройство, которое теперь может хранить адрес в своем внутреннем буфере. Таким образом, адрес должен находиться на шине в течение одного такта, после чего адресные линии могут быть освобождены для пересылки данных в последующих тактах. Благодаря этому снижается стоимость операции пересылки, напрямую зависящая от количества проводов шины. Этот подход и используется в шине РС1.
Хозяином шины в каждый конкретный момент времени может быть только одно устройство. Это устройство имеет право инициировать операции пересылки 294 Глава 4. Ввод-вывод данных с помощью команд чтения и записи. Согласно терминологии РС?, хозяин шины называется инициатором, Им может быть либо процессор, либо контроллер ПДП. Адресуемое устройство, отвечающее на команды чтения и записи, называется целевым. Чтобы понять, как работает шина, нужно рассмотреть типичную операцию пересылки. Основные сигналы шины, используемые для пересылки данных, перечислены в табл. 4.3. Для сигналов, имена которых начинаются с символа «№», активным является низковольтное состояние. Главное отличие протокола РС? от схемы, показанной на рис. 4.25, заключается в том, что в дополнение к сигналу готовности целевого устройства ТК?)У№ в нем используется сигнал готовности инициатора ?К?)У№.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
