Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 102
Текст из файла (страница 102)
Выделяют следующие основныеклассификационные признаки:— способ соединения компонентов (магистральный, радиальный,цепочный, комбинированный)— способ передачи информации (параллельный, последовательный,параллельно-последовательный)— принцип обмена информацией (синхронный, асинхронный)— режим передачи информации (односторонняя, двухсторонняя,двухсторонняя поочередная).В соответствии с функциональным назначением интерфейсыможно поделить на следующие основные классы:— системные интерфейсы ЭВМ;— интерфейсы периферийного оборудования (общего назначения испециализированные);— программно-управляемых модульных систем и приборов;— интерфейсы сетей передачи данных и др.Рассмотрим подробнее первые два типа интерфейсов.Системная шинаСистемная шина — основная интерфейсная система компьютера,обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств, между собой.Системная шина включает в себя:— кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемысопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода(машинного слова) операнда;521— кодовую шину адреса (КША), содержащую провода и схемысопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода .адресаячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнегоустройства;— кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемысопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов,импульсов) во все блоки машины;— шину питания, содержащую провода и схемы сопряжения дляподключения блоков ПК к системе энергопитания.Системная шина обеспечивает три направления передачиинформации:— между микропроцессором и основной памятью;— между микропроцессором и портами ввода-вывода внешнихустройств;— между основной памятью и портами ввода-вывода внешнихустройств (в режиме прямого доступа к памяти).Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, черезсоответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются кшине единообразно: непосредственно или через контроллеры(адаптеры).Управлениесистемнойшинойосуществляетсямикропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через522дополнительную микросхемуосновные сигналы управления.контроллерашины,формирующуюСистемные интерфейсы персональных компьютеровРазработчики первых персональных компьютеров должны былиобеспечить подключение к компьютеру разнообразных устройств принтера, плоттера, модема, сканера и т.д.
Теоретически, можно былобы для каждого устройства предусмотреть свой специальный разъем,однако такой подход не позволил бы создавать гибкие, легкорасширяющиеся системы.Принцип, который изначально был заложен в конструктивнуюособенность IBM PC и обеспечил этим компьютерам большой успехназывается принципом открытой архитектуры (возможность постоянномодернизировать отдельные части ПК и оперативно подключать к немуновые устройства).Различные микросхемы и устройства, образующие ПК,естественно, должны быть соединены друг с другом таким образом,чтобы они имели возможность обмениваться данными ицеленаправленно системно управляться. Таких «парных» соединенийдолжно было бы быть огромное количество.
Кроме того увеличениюколичества этих соединений способствует и постоянно возрастающаястепень интеграции и расширение функциональных возможностеймикросхем. Действует фактор ограничения, заключающийся вконструктивной возможности получения требуемого количествавыводов микросхем. Но самое главное здесь в том, что в случаереализации такой конструкции ПК получился бы логически не гибким,имел бы фиксированные функциональные возможности и т.д.Эта проблема решена путем применения унифицированных шин.Использован общий набор проводников (на системной плате этопечатные проводники), а к ним подключены разъемы или слоты. Вслоты могут вставляться платы адаптеров (контроллеров) отдельныхустройств и, что особенно важно, новых устройств.
Слоты называютсятакже слотами адаптеров (в некоторых случаях слотами расширения).Таким образом, любой компонент, вставленный в слот, можетвзаимодействовать с каждым подключенным к шине компонентом ПККаждая плата адаптера в своей нижней части имеет металлизированныеконтактные площадки. При вставке платы в слот эти контактысоединяются с проводниками, образующими шину. В результате платаполучает доступ к общим сигналам и информации внутри ПК.Получается гибкая система соединений и приобретается широкаявозможность комбинировать различными устройствами. Практическивсе слоты обеспечивают одинаковое соединение с шиной.
Однако повполне определенным техническим причинам платы некоторыхадаптеров должны вставляться в свои слоты. Эта информация523приводится в документации на соответствующий адаптер. Слоты фактически являются универсальными (за некоторым исключением), и их назначение строго не определено. Определен только тип соединения ккаждому контакту (контакт питания, адресации, ввода-вывода и т.д.).Совокупность этих контактов (с соответствующей изоляцией) и образуетшину.
Она позволяет компонентам системной платы и различнымподключенным внешним устройствам разделять общие соединения иинформацию. Это и есть открытая архитектура. Она дала возможностьразличным производителям выпускать свои адаптеры, подключатьновые устройства к ПК и т.д.Системные шины по функциональному назначению делятся нашины данных, шины адреса и шины управления.Шина данных служит для обмена данными между CPU, вставленными в слоты платами и памятью. Важной характеристикой шины является ее разрядность - количество данных (бит), параллельно «проходящих» через нее.Разрядность шины данных: 8 бит (один байт); 16 бит (два байта);32 бита (4 байта); 64 бит (8 байтов).Адресная шина служит для определения адреса получателя (илиотправителя) данных.
В качестве получателя могут выступать ячейкипамяти при записи, порты вывода, например, принтер при печати, а вкачестве отправителя могут выступать также ячейки памяти (присчитывании), порты ввода (например, конкретное устройство массовойпамяти) и др.Конечно, здесь существенную роль играют размеры адресногопространства.Размерадресногопространстваопределяетсяразрядностью n шины адреса. Адресное пространство определяется как2n.Например,- в CPU 8088 n=20, и поэтому возможно было адресовать памятьемкостью 1 Мбайт (220=1048576 байт).- в CPU 80286 n=24 и емкость адресуемой памяти равна 16 Мбайт.- в современных ПК (180486, Pentium, Pentium Pro) адресная шинауже является 32-битной, а адресуемая емкость памяти составляет 4Гбайт.Шина управления служит для передачи по ней управляющей информации (сигналов).
Сигналы на этих шинах определяют направлениепередачи данных, режимы работы отдельных блоков и устройств и т.д.Часто шины условно делятся следующим образом:— шина процессора (соединяет CРU, например, с основной системнойшиной и внешним кэшом ),она работает на тактовой частотепроцессора - самая быстрая шина;— шина памяти (служит для передачи информации между CPU иоперативной памятью), скорость передачи информации гораздо ниже,чем у шины процессора;524— шина адреса (физически является частью шины процессора;— шина ввода-вывода (взаимодействие CPU с периферией).Наиболее распространенными шинами первых персональныхкомпьютеров были шиныISA BUS (Industry Standard Architecture) -стандартные шины XT(8 бит) и AT (16 бит).Шина XT имеет:— 8- битовую шину данных,— 20-битовую шину адреса, что позволяет адресоваться к 220 =1 Мбайтпамяти,— 3 канала прямого доступа к памяти (DMA)— тактовую частоту 8Мгц.— пропускную способность 4 МВ/с.— 62-контактный разъемИз архитектурных особенностей шины укажем, что шина XTподдерживает централизованный метод арбитража, для чего в нейимеются общие линии запроса и ответа.
Для обеспечения арбитражавсем устройствам присваивается фиксированный уровень приоритета.Шина снабжена 5 линиями запроса на прерывания от различныхустройств ПЭВМ к ЦП (центральному процессору) для привлечения еговнимания. Каждая линия имеет фиксированный приоритет. Запускпроцедуры прерывания производится по фронту сигнала.В настоящее время XT практически не применяется.525В компьютерах AT шину расширили до 16 бит данных и 24 битадреса.
В таком виде она существует и поныне как самаяраспространенная шина для периферийных адаптеров. Конструктивношина выполнена в виде двух щелевых разъемов (слотов). ПодмножествоISA-8 использует только 62-контактный слот (ряды A, B), в ISA-16применяется дополнительный 36-контактный слот (ряды C, D).Шина АТ имеет:— 16-битовую шину данных— 24 битовую шину адреса, что позволяет адресоваться 16Мбайтпамяти— 8 каналов прямого доступа (DMA)— тактовую частоту 8/16 -Мгц- 4 пропускную способность 8(16) МВ/с.Конструктивные характеристики разъема:- 98-контактный слот расширения. Двухсторонние слоты,контакты которых расположены рядами. Когда плата вставляется в слотрасширения, в каждой его позиции фактически имеется два соединения одно со стороны А и другое со стороны В.- Контакты А2-А9 соответствуют первым 8 линиям данных,контакты Cl 1-C18 -вторым восьми линиям данных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
