Стандарти системних інтерфейсів

Звичайна|звична| кількість і типи пристроїв|устроїв| введення-виводу|висновку,виведення| в обчислювальних системах не фіксуються, що дозволяє користувачеві самому підібрати|добирати| необхідну конфігурацію. Шина введення/виводу|висновку,виведення| комп'ютера може розглядатися|розглядувати| як шина розширення, що забезпечує поступове нарощування пристроїв|устроїв| введення-виводу|висновку,виведення|. Тому стандарти грають величезну роль, дозволяючи розробникам комп'ютерів і пристроїв|устроїв| введення-виводу|висновку,виведення| працювати незалежно. Поява стандартів визначається різними обставинами.

Однією з популярних шин персональних комп'ютерів була системна шина IBM| PC/XT, що забезпечувала передачу 8 битий даних. Крім того, ця шина включала 20 адресних ліній, які обмежували адресний простір|простір-час| межею в 1 Мбайт. Для роботи із|із| зовнішніми пристроями|устроями| в цій шині були передбачені також 4 лінії апаратних переривань (IRQ|) і 4 лінії для вимоги зовнішніми пристроями|устроями| прямого доступу до пам'яті (DMA|). Для підключення плат розширення використовувалися спеціальні 62-контактні роз'єми. При цьому системна шина і мікропроцесор синхронізувалися від одного тактового генератора з|із| частотою 4.77 Мгц. Таким чином теоретична швидкість передачі даних могла досягати небагато чим|мало чим| більше 4 Мбайт/с.

 

Системна шина ISA| (Industry| Standard| Architecture|) вперше|уперше| почала|стала| застосовуватися в персональних комп'ютерах IBM| PC/AT на базі процесора i286|.

Мал. Архітектура з|із| шиною ISA|

Компанія IBM| в 1981 представила|уявляла| нову шину для використання в комп'ютерах серії PC/XT. Шина була украй|надто| проста по дизайну, містила|утримувала| 53 сигнальних лінії і 8 ліній живлення|харчування| і була синхронною|синхрон| 8-бітовою шиною з|із| контролем парності і дворівневими перериваннями (trigger-edge| interrupts|), при використанні яких пристрої|устрої| запрошують переривання, змінюючи|зраджувати| стан|достаток| лінії відповідного IRQ| з 0 на 1 або назад. Така організація запитів переривань дозволяє використовувати кожне переривання тільки|лише| одному пристрою|устрою|. Крім того, шина не підтримувала додаткових bus| masters|, і єдиними пристроями|устроями|, керівниками шиною, були процесор і контролер DMA| на материнській платі.

 

 
62-контактний слот включав 8 ліній даних, 20 ліній адреси (А0-а19), 6 ліній запиту переривань (IRQ2-IRQ7|). Таким чином, об'єм|обсяг| пам'яті, що адресується, складало 1 Мбайт, і при частоті шини 4.77 Мгц пропускна спроможність досягала 1.2 Мбайта/сек.

 

Мал. Роз'їм шини ISA|

 

Забавно, що IBM| не опублікувала повного|цілковитого| опису шини з|із| тимчасовими діаграмами сигналів на лініях даних і адреси, тому першим розробникам плат розширення довелося|припало| неабияк потрудитися|попрацювати|.

Недоліки|нестачі| шини, витікаючи з|із| простоти конструкції, очевидні. Тому для використання в комп'ютерах IBM-AT| ('Advanced| Technology|') в 1984 році була представлена|уявляти| нова версія шини, згодом названою|накликати| ISA|. Зберігаючи сумісність із|із| старими 8-бітовими платами розширення, нова версія шини володіла поряд істотних|суттєвих| переваг, як те:

  • додавання|добавляти| 8 ліній даних дозволило вести 16-бітовий обмін даними;
  • додавання|добавляти| 4 ліній адреси дозволило збільшити максимальний розмір пам'яті, що адресувалася, 16 МВ;
  • було додано|добавляти| 5 додаткових trigger-edged| ліній IRQ|;
  • була реалізована часткова підтримка додаткових bus| masters|;
  • частота шини була збільшена до 8 MHz|;
  • пропускна спроможність досягла 5.3 Мв/сек.

Реалізація bus| mastering| не була особливо вдалою|успішною|, оскільки, наприклад, запит на звільнення|визволення| шини ('Bus| hang-off|') до поточного bus| master| (це пристрої|устрої|, здатні|здібні| управляти роботою шини, т.е ініціювати запис/читання і так далі) оброблявся декілька тактів, до того ж кожен master| повинен був періодично звільняти|визволяти| шину, щоб|аби| дати можливість|спроможність| провести оновлення пам'яті (memory| refresh|), або сам проводити оновлення. Для забезпечення зворотної сумісності з|із| 8-бітовими платами в більшості| нових можливостей|спроможностей| було реалізовано шляхом додавання|добавляти| нових ліній. Оскільки|тому що| АТ був побудований|спорудити| на основі процесора Intel| 80286, який був істотно|суттєвий| швидший, ніж 8088, довелося|припало| додати|добавляти| генератор станів|достатків| очікування|чекання| (wait-state| generator|). Для обходу цього генератора використовується вільна лінія (контакт В8 NOWS-'No| Wait| State|') початкової|вихідної| 8-бітової шини. При установці цієї лінії в 0 тактів очікування|чекання| пропускаються. Використання як NOWS| лінії початкової|вихідної| шини дозволяло розробникам робити|чинити| як 16-бітові, так і 8-бітові "швидкі" плати.

Новий слот містив|утримував| 4 нових адресних лінії (LA20-LA23|) і копії трьох молодших адресних ліній (LA17-LA19|). Необхідність в такому дублюванні виникла через те, що адресні лінії ХТ були лініями із затримкою (latched| lines|), і ці затримки призводили до зниження швидкодії периферійних пристроїв|устроїв|. Використання дублюючого набору адресних ліній дозволяло 16-бітовій карті на початку циклу визначити, що до неї звертаються|обертаються|, і послати|надіслати| сигнал про те, що вона може здійснювати 16-бітовий обмін. Насправді, це ключовий|джерельний| момент в забезпеченні зворотної сумісності. Якщо процесор намагається|пробує| здійснити 16-бітовий доступ до плати, він зможе це зробити тільки|лише| в тому випадку, якщо|у тому випадку , якщо,в том случае | отримає|одержуватиме| від неї відповідний відгук IO16|. Інакше чіпсет ініціює замість одного 16-бітового циклу два 8-бітових. І все б було добре, але|та| адресних ліній без затримки всього 7, тому плати, що використовують діапазон адрес менший, ніж 128Кбайт|, не могли визначити, чи знаходиться|перебуває| передана|передавати| адреса в їх діапазоні адрес, і, відповідно, послати|надіслати| відгук IO16|. Таким чином, багато плат, зокрема плати EMS|, не могли використовувати 16-бітовий обмін.

Не дивлячись на|незважаючи на| відсутність офіційного стандарту і технічних "родзинок" шина ISA| перевершувала потреби середнього користувача зразка|взірця| 1984 року, а "засилля" IBM| AT| на ринку масових комп'ютерів привело до того, що виробники плат розширення і клонів AT| прийняли ISA| за стандарт. Така популярність шини привела до того, що слоти ISA| до цих пір присутні на всіх системних платах, і плати ISA| до цих|сих| проводяться|виробляють,справляють|.

З|із| появою процесорів i386|, i486| і Pentium| шина ISA| стала вузьким местомом персональних комп'ютерів на їх основі. Нова системна шина EISA| (Extended| Industry| Standard| Architecture|), що з'явилася|появлялася| у вересні 1988 року Compaq|, Epson|, Hewllett-Packard|, NEC|, Wyse|, Zenith|, Olivetti|, AST| Research| і Tandy| представили|уявляли| розширену шину з|із| повною|цілковитою| зворотною сумісністю, що забезпечує адресний простір|простір-час| в 4 Гбайта, покращувану систему переривань і арбітраж DMA|, автоматичну конфігурацію системи і плат розширення. Пристрої|устрої| шини ISA| можуть працювати на шині EISA|.

Основні характеристики нового інтерфейсу були наступними|слідуючими|:

· Слот EISA| повністю|цілком| сумісний із слотом ISA|. Як і у разі|в разі| 16-розрядного розширення, нові можливості|спроможності| забезпечувалися шляхом додавання|добавляти| нових ліній. Оскільки далі подовжувати роз'єм ISA| було нікуди, розробники знайшли оригінальне рішення|розв'язання,вирішення,розв'язування|: нові контакти були розміщені між контактами шини ISA| і не були доведені до краю роз'єму. Спеціальна система виступів на роз'ємі і щілин у відповідних місцях|місце-милях| на EISA-картах| дозволяла їм (картам) глибше заходити в роз'єм і під'єднуватися до нових контактів. На "першому поверсі" (верхньому) цієї двоповерхової конструкції знаходяться|перебувають| контакти вже відомою ISA|, тоді як на "другому поверсі" (нижнем|) знаходяться|перебувають| нові виводи|висновки,виведення| EISA|. З цієї причини в слоти EISA| можуть вставлятися і ISA-карточки| (останні повністю|цілком| не входитимуть в роз'єм, оскільки|тому що| вони не мають прорізу)

· EISA| є|з'являється,являється| 32-розрядною шиною, що у поєднанні з 8.33 MHz| дає пропускну спроможність в 33 Mb/s

· 32-розрядна адресація пам'яті дозволяла адресувати до 4 Gb| пам'яті (як і в розширенні ISA|, нові адресні лінії були без затримки)

· Автонастроювання плат розширення, а також можливість|спроможність| їх конфігурації не за допомогою DIP-перемикачей|, а програмно

· Підтримка можливості|спроможності| завдання|задавання| рівня дворівневого (edge-triggered|) переривання, що дозволяло декільком пристроям|устроям| використовувати одне переривання, як і у разі|в разі| багаторівневого (level-triggered|) переривання

· Підтримка multiply| bus| master|

· Шина EISA| надає великі переваги при використанні кеш-пам'яті

Як видно|показний| з|із| викладеного опису, для потреб той час цей було цілком|сповна| досить.

Шина EISA| передбачає централізоване управління доступом до шини за рахунок наявності спеціального пристрою|устрою| - арбітра шини. Тому до неї може підключатися декілька головних пристроїв|устроїв| шини. Покращувана система переривань дозволяє підключати до кожної фізичної лінії запиту на переривання декілька пристроїв|устрої|, що знімає проблему кількості ліній переривання. Шина EISA| тактується частотою близько 8 Мгц і має максимальну теоретичну швидкість передачі даних 33 Мбайт/с.

Мал. Шина EISA|

Шина MCA| також забезпечує 32-розрядну передачу даних, тактується частотою 10 Мгц, має засоби|кошти| автоматичної конфігурації і арбітражу запитів. На відміну від EISA| вона не сумісна з шиною ISA| і використовується тільки|лише| в комп'ютерах компанії IBM|.

У 1987 році компанія IBM| припинила випуск серії РС/АТ і почала|розпочинала,зачинала| виробництво лінії PS/2. Однією з головних відмінностей|відзнак| нового покоління персональних комп'ютерів була нова системна шина MCA| (Micro| Channel| Architecture|).

Ця шина не володіла зворотною сумісністю з|із| ISA|, та зате містила|утримувала| ряд|лаву,низку| передових для свого часу рішень|розв'язань,вирішень,розв'язувань|:

- 8/16/32-разрядная передача даних

- Пропускна спроможність склала 20 Mb/s при частоті 10 MHz| і максимальній пропускній спроможності 160 Mb/s (!), тобто|цебто| більше, ніж у|біля,в| 32-розрядної PCI|

- Підтримка декілька bus| master|. Будь-який пристрій|устрій|, підключений до шини, може отримати право на її виняткове використання для передачі або прийому даних з іншого сполученого|з'єднаного| з|із| нею пристрою|устрою|. Такий пристрій|устрій|, по суті, є спеціалізованим процесором, який може здійснювати обмін даними по шині незалежно від основного процесора. Роботу пристроїв|устроїв| арбітр шини (CACP| - Central| Arbitration| Control| Point|). При розподілі функцій управління шиною арбітр виходить з рівня пріоритету, яким володіє те або інший пристрій|устрій| або операція. Всього таких рівнів чотири (в порядку убування):

- Регенерація системної пам'яті

- Прямий доступ до пам'яті (DMA|)

- Плати адаптерів

- Процесор

- Якщо пристрою|устрою| необхідний контроль над шиною, воно повідомляє про це арбітра. При першій нагоді (після|потім| обробки запитів з|із| вищими пріоритетами) арбітр передає йому управління шиною. Поза системою пріоритетів обслуговують тільки|лише| немасковані переривання (NMI| - Non-Maskable| Interrupts|), при виникненні яких управління негайно передається процесору

- 11-рівневі переривання (11-level| triggered| interrupts|) замість дворівневих (trigger-edged|) у|біля,в| ISA| дозволяли ділити (share|) переривання між пристроями|устроями|, що у свою чергу|своєю чергою,в свою чергу| дозволило вилікувати одну з хвороб перших РС - брак|нестачу| ліній IRQ|

- 24 або 32 адресних лінії дозволяли адресувати до 4 GB| пам'яті

- Автоматична конфігурація пристроїв|устроїв| істотно|суттєвий| спростила установку нових плат. У|біля,в| комп'ютерів з|із| шиною MCA| немає ніяких|жодних| перемичок або перемикачів - ні на системній платі, ні на платах розширення. Замість використання адрес портів введення-виводу|висновку,виведення|, зашитих в залізо, центральний процесор призначає їх при старті системи, базуюся на інформації, ліченій|прочитаній| з|із| ROM| карти

- Асинхронний протокол передачі даних знижував вірогідність|ймовірність| виникнення конфліктів і перешкод між пристроями|устроями|, підключеними до шини.

- 16-розрядні (основні слоти, які встановлюється у всі комп'ютери з|із| шиною МСА)

- 32-розрядні (встановлюються на комп'ютерах з|із| шиною МСА і процесором 386DX| і вище. Так само, як і в ISA|, є|з'являються,являються| тільки|лише| розширенням основного слота, але|та|, оскільки розроблялися одночасно з шиною, конструкція вийшла логічнішою)

- 16 і 32-розрядні з|із| доповненнями для плат пам'яті (встановлюються в деяких комп'ютерах з|із| шиною МСА, наприклад, PS/2 моделей 70 і 80, мають 8 додаткових контактів для роботи з|із| платами розширення пам'яті, розташованих|схильних| на самому початку роз'єму, зверненому до задньої стінки комп'ютера, перед основними контактами)

- 16 і 32-розрядні з|із| доповненнями для відеоадаптерів (призначені для збільшення швидкодії відеосистеми. Зазвичай|звично| в комп'ютері з|із| шиною МСА встановлений|установлений| один такий слот. 10 додаткових контактів також розташовано|схильний| на початку роз'єму і дозволяють платі відеоадаптера дістати доступ до вбудованої в системну плату схеми VGA|).