Презентация "Стандарты организации шины" по информатике – проект, доклад

Стандарты организации шины

Стандарты организации шины -1

Ниже в порядке возрастания скорости передачи данных перечисляются стандарты организации шины: ISA (Industry Standard Architecture) EISA (Extended Industry Standard Architecture) MCA (MicroChannel Architecture) VLB (Vesa Local Bus) PCI (Peripheral Component Interconnect)

стандарты организации шины: ISA (Industry Standard Architecture - стандартная промышленная архитектура, архитектура промышленного стандарта) EISA (Extended Industry Standard Architecture – расширенная стандартная промышленная архитектура) MCA (MicroChannel Architecture- Микроканальная архитектура) VLB (Vesa Local Bus, локальная шина) PCI (Peripheral Component Interconnect- соединение периферийных компонентов, взаимодействие периферийных компонентов)

Системная шина ISA (Industry Standard Architecture)

Шина IBM PC/XT

Одной из популярных шин персональных компьютеров была системная шина IBM PC/XT, обеспечивавшая передачу 8 бит данных. Кроме того, эта шина включала 20 адресных линий, которые ограничивали адресное пространство пределом в 1 Мбайт. Для работы с внешними устройствами в этой шине были предусмотрены 4 аппаратных линии. Для подключения плат расширения использовались специальные 62-контактные разъемы. Системная шина и микропроцессор синхронизировались от одного тактового генератора с частотой 4.77 МГц. Теоретическая скорость передачи данных могла достигать немногим более 4 Мбайт/с.

Стандарты организации шины -2

Шина ISA впервые стала применяться в персональных компьютерах IBM PC/AT на базе процессора i286. Эта системная шина отличалась наличием второго, 36-контактного дополнительного разъема для соответствующих плат расширения. За счет этого количество адресных линий было увеличено на 4, а данных - на 8, что позволило передавать параллельно 16 бит данных и обращаться к 16 Мбайт системной памяти. Системная шина ISA полностью включала в себя возможности старой 8-разрядной шины. Шина ISA позволяет синхронизировать работу процессора и шины с разными тактовыми частотами. Она работает на частоте 8 МГц, что соответствует максимальной скорости передачи 16 Мбайт/с.

Стандарты организации шины -

ISA

Системная шина EISA (Extended Industry Standard Architecture)

Шина EISA (Extended ISA )

Появление 32-битных процессоров Intel-386 и Intel-486 показало, что быстродействие магистрали ISA является сдерживающим фактором на пути повышения производительности компьютеров. С одной стороны, EISA имела все преимущества высокопроизводительной 32-битной шины, а с другой - была полностью совместима с ISA "сверху вниз" и не требовала перехода на новую элементную базу. Разработчики магистрали EISA позаботились не только об информационной и электрической, но и о конструктивной совместимости с ISA.

Обеспечивает адресное пространство в 4 Гбайта, 32-битовую передачу данных, автоматическую конфигурацию системы и плат расширения. Устройства шины ISA могут работать на шине EISA. Шина EISA тактируется частотой около 8 МГц и имеет максимальную теоретическую скорость передачи данных 33 Мбайт/с.

Архитектура MCA (Micro Channel Architecture - Микроканальная архитектура)

Альтернативная системная архитектура MCA была предложена IBM в 1987 году в серии ПК PS/2. Основным достоинством MCA по сравнению с ISA было увеличение разрядности шины данных до 32 бит. Тактируется частотой 10 МГц. При мультиплексированном использовании шины адреса (32 бит) допускается расширение шины данных до 64 бит. Как и в EISA, в MCA предусмотрена возможность включения многих задатчиков. MCA не зависит от типа процессора. В отличие от EISA она не совместима с шиной ISA и используется только в компьютерах компании IBM.

Шины ISA, EISA

ISA - системная шина (ISA-bus), которая была специально разработана в 1984 г. под возможности процессоров i80286 для IBM PC/AT286. Для ISA-шины часто используется другое название - AT-шина. Шина ISA позволяет передавать 16-разрядные данные и команды с частотой 8 МГц, что соответствует скорости 16 Мбайт/с. Значения этих параметров были сравнительно высокими и достаточными не только для того уровня развития компьютерной техники, они и в настоящее время часто удовлетворяют требованиям ПК для решения задач, не требующих высокой производительности и не критичных к времени их выполнения. Системная шина EISA (EISA-bus) фактически является расширением шины ISA. Частота шины EISA - 8 МГц. Однако эта шина характеризуется большей разрядностью - 32 бита и более высокой скоростью передачи данных - до 33 Мбайт/с. Шина EISA совместима с ISA-шиной: кроме собственно 32-битных плат EISA-контроллеров на EISA-шине могут быть установлены стандартные 16-битные платы ISA. В настоящее время шина EISA в основном используется в некоторых вариантах файл-серверов компьютерных сетей. Развитие вычислительной техники и расширение области применения ПК сопровождаются увеличением потоков информации и скорости передачи данных между процессором, внутренней и внешней памятью, устройствами ввода/вывода и т. д. Однако данное увеличение сдерживается ограниченной пропускной способностью указанных системных шин. Все это требует новых архитектурных решений, обеспечивающих повышение производительности ПК.

Типичная система с низкоскоростной шиной устройств ввода-вывода

Шина VL-bus

В типичной системе на основе Intel-386/486 использовались раздельные шины для памяти и устройств ввода-вывода, что позволяло максимально задействовать возможности оперативной памяти и обеспечивало максимальную скорость работы с ней. Однако в таком случае устройства, подключенные через описанные системные интерфейсы, не могут достичь скорости обмена, сравнимой с процессором. В основном это требуется для видеоадаптеров. Для решения проблемы была предложена архитектура на основе локальных шин, которые непосредственно связывали процессор с контроллерами периферийных устройств.

Шина VL-bus, предложенная ассоциацией VESA (Video Electronics Standard Association), предназначалась для увеличения быстродействия видеоадаптеров и контроллеров дисковых накопителей для того, чтобы они могли работать с тактовой частотой до 40 МГц. Шина VL-bus имеет 32 линии данных и позволяет подключать до трех периферийных устройств, в качестве которых наряду с видеоадаптерами и дисковыми контроллерами могут выступать и сетевые адаптеры. Максимальная скорость передачи данных по шине VL-bus может составлять около 130 Мбайт/с.

Система с архитектурой локальной шины (VLB)

Шина PCI (соединение периферийных компонентов)

Интерфейс PCI

Доминирующее положение на рынке ПК занимают системы на основе шины PCI (Peripheral Component Interconnect - Взаимодействие периферийных компонентов). Этот интерфейс был предложен фирмой Intel в 1992 году в качестве альтернативы локальной шине VLB/VLB2. Разработчики этого интерфейса позиционируют PCI не как локальную, а как промежуточную шину (mezzanine bus), т.к. она не является шиной процессора. Поскольку шина PCI не ориентирована на определенный процессор, ее можно использовать для других процессоров.

Две шины

С ростом скорости работы процессоров, памяти и устройств ввода-вывода возросли начали производить компьютеры с несколькими шинами, одной из которых была либо прежняя шина ISA, либо шина EISA (Extended ISA - расширенная стандартная промышленная архитектура), как и ISA, совместимая со медленными устройствами ввода-вывода. Другой шиной, в настоящее время достаточно популярной, является шина PCI (Peripheral Component Interconnect - взаимодействие периферийных компонентов).

Персональный компьютер с шинами PCI и ISA

Конфигурация двух шин

В такой конфигурации центральный процессор взаимодействует с контроллером памяти по выделенному высокоскоростному соединению. Таким образом, контроллер соединяется с памятью непосредственно, то есть передача данных между центральным процессором и памятью происходит не через шину PCI. Однако высокоскоростные периферийные устройства, например SCSI-диски, могут подсоединяться прямо к шине PCI. Кроме того, шина PCI имеет параллельное соединение с шиной ISA, чтобы можно было использовать контроллеры ISA и соответствующие устройства. Машина такого типа обычно содержит 3 или 4 пустых разъема PCI и еще 3 или 4 пустых разъема ISA, чтобы покупатели имели возможность вставлять как старые платы ввода-вывода ISA (для низкоскоростных устройств), так и новые карты PCI (для высокоскоростных устройств1).

Система на основе PCI

Также, как и шина VL-bus, поддерживает 32-битовый канал передачи данных между процессором и периферийными устройствами, работает на тактовой частоте 33 МГц и имеет максимальную пропускную способность 120 Мбайт/с. Однако, в отличие от VL-bus, шина PCI является процессорно независимой (шина VL-bus подключается непосредственно к процессору i486 и только к нему). Шину PCI легко подключить к различным центральным процессорам. В их числе Pentium, Alpha, R4400 и PowerPC. Все современные материнские платы обязательно оснащены несколькими слотами PCI

Шина AGP (Accelerated Graphic Port – ускоренный графический порт)

Когда-то видеокарты, как и прочие комплектующие, подключались к шинам ISA и PCI. Однако с течением времени графические требования программ (особенно игр) стали таковы, что мощности видеокарты и скорости шины PCI стало недостаточно. Специально для новых, более мощных видеокарт была создана продвинутая шина PCI, которую назвали AGP

Большинство графических карт в пользовательских ПК используют интерфейс Accelerated Graphics Port (AGP). У самых старых систем для той же цели применяется интерфейс PCI (PCI = Peripheral Component Interconnect ). Впрочем, на замену обоим интерфейсам призван PCI Express (PCIe). PCI Express является последовательной шиной, а PCI (без суффикса Express) - параллельной. PCI Express (PCIe) является самым современным интерфейсом для графических карт. В общем, шины PCI и PCI Express не имеют ничего общего, помимо названия.

AGP - Accelerated Graphics Port

Графическая карта AGP (сверху) и графическая карта PCI Express (снизу).

Для ускорения ввода/вывода видеоданных и повышения производительности ПК при обработке трехмерных изображений корпорацией Intel была разработана шина AGP (Accelerated Graphics Port).

Локальная шина ввода/вывода

Локальная шина ввода/вывода — это скоростная шина, предназначенная для обмена информацией между быстродействующими периферийными устройствами (видеоадаптерами, сетевыми картами, картами сканера и др.) и системной шиной под управлением CPU. В настоящее время в качестве локальной шины часто используется шина PCI.

Стандартная шина ввода/вывода

Стандартная шина ввода/вывода используется для подключения к перечисленным выше шинам более медленных устройств (например, мыши, клавиатуры, модемов, старых звуковых карт). До недавнего времени в качестве этой шины использовалась шина стандарта ISA. В настоящее время — шина USB.

Комбинированная структура

Структура шин ПК

Шина PCI-E

PCI и PCI-X: параллельные шины

PCI является стандартной шиной для подключения периферийных устройств: сетевые карты, модемы, звуковые карты и платы видео. Среди материнских плат для широкого рынка больше всего распространена шина PCI стандарта 2.1, работающая на частоте 33 МГц и имеющая ширину 32 бита. Она обладает пропускной способностью до 133 Мбит/с. Ещё одна разработка в мире параллельной шины PCI известна как PCI-X. Данные слоты чаще всего встречаются на материнских платах для серверов и рабочих станций, поскольку PCI-X обеспечивает более высокую пропускную способность для сетевых карт. К примеру, шина PCI-X 1.0 предлагает пропускную способность до 1 Гбит/с с частотой шины 133 МГц и разрядностью 64 бита.

Новый формат шины PCI-E постепенно вытесняет слоты AGP и PCI. Производители видеокарт практически полностью переориентировались на выпуск плат для слота PCI-E 16x

PCI Express: последовательная шина

Все выше, все выше, все выше…

VME32 - 32-битовая шина с производительностью 30 Мбайт/с, а VME64 - 64-битовая шина с производительностью 160 Мбайт/с. Шина SBus (известная также как стандарт IEEE-1496) имеет 32-битовую и 64-битовую реализацию, работает на частоте 20 и 25 МГц и имеет максимальную скорость передачи данных в 32-битовом режиме равную соответственно 80 или 100 Мбайт/с. Шина MBus работает на тактовой частоте 50 МГц в синхронном режиме с мультиплексированием адреса и данных. Общее число сигналов шины равно 100, а разрядность шины данных составляет 64 бит. По шине передаются 36-битовые физические адреса

SCSI - Small Computer System Interface

Первоначально SCSI предназначался для использования в небольших дешевых системах и поэтому был ориентирован на достижение хороших результатов при низкой стоимости. Характерной его чертой является простота, особенно в части обеспечения гибкости конфигурирования периферийных устройств без изменения организации основного процессора. Главной особенностью подсистемы SCSI является размещение в периферийном оборудовании интеллектуального контроллера. Шина данных SCSI-1 имеет разрядность 8 бит, а максимальная скорость передачи составляет 5 Мбайт/сек.