20. Які стандарти шинного інтерфейсу Ви знаєте?Дайте їх коротку характеристику?

Шина определяется не только своей разрядностью и пропускной способностью, но и ал­горитмами, по которым передаются сигналы, правилами интерпретации сигналов, а также специальными микросхе­мами, обеспечивающими эту работу. Набор всех перечисленных характеристик определяет стандарт шинного интерфейса.

По мере увеличения разрядности шины и увеличения тактовой частоты в компьютере, изменялись и стандарты шинного интерфейса. В настоящее время в компьютерах используются следующие основные стандарты шинного интерфейса:

• шина ISA;

• шина PCI;

• порт AGP;

• шина USB;

• шина IEEE 1394.

Другие стандарты, такие как МСА (Micro Channel Architecture), EISA (Extended Industry Standard Architecture) и VESA, обычно называемый локальной шиной, VL-шиной и разработанный ассоциацией VESA (Video Electronics Standards Association), в настоящее время не используются и поэтому их описание и анализ представляет лишь исторический интерес.

Первый распространенный стандарт шинного интерфейса – шина ISA (Industry Standard Architecture) была разработана фирмой IBM при создании компьютера IBM PC AT (1984 г.). Эта 16-битовая шина с тактовой частотой 8,33 МГц допускает установку как 8-битовых, так и 16-битовых плат расширения (с пропускной способностью соответственно 8,33 и 16,6 Мбайт/с). Шина ISA до сих пор используется даже в но­вейших моделях компьютеров, поскольку имеется еще множество периферийных (мышь, клавиатура, модемы, ручные сканеры, накопители гибких дисков и т. п.), для которых быстродействия этой шины более чем достаточно.

Шина PCI (Peripheral Component Interface) была разработана фирмой Intel с участием ряда других фирм в 1993 г. для своего нового высокопроизводительного процессора Pentium. В стандарте PCI 1.0 разрядность шины определена как 32-разрядная, а в стандарте PCI 2.0 – как 64-разрядная.

В современных материнских платах тактовая частота шины PCI задается как половина тактовой частоты системной шины, т. е. при тактовой частоте сис­темной шины 66 МГц шина PCI будет работать на частоте 33 МГц, при час­тоте системной шины 75 МГц – на частоте 37,5 МГц. Пропускная способность 64-разрядной шины PCI на этих частотах будет составлять соответственно 265 и 300 Мбайт/с.

Основополагающим принципом, положенным в основу шины PCI, является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь между шиной PCI и другими шинами. Важной особенностью шины PCI является и то, что в ней реализован принцип управления шиной (Bus Mastering), который подразумевает способность внешнего устройства при пересылке данных управлять шиной (без участия процессора). Во время передачи информации устройство, поддерживающее Bus Mastering, захватывает шину и становится главным. При таком подходе центральный процессор освобож­дается для выполнения других задач, пока происходит передача данных. Это особенно важно при использовании многозадачных операционных сис­тем типа Windows и Unix.

Так, в соответствии с кон­цепцией PCI, передачей пакета данных управляет не процессор, а включенный между ним и шиной PCI мост (Host Bridge Cache/DRAM Controller). Про­цессор может продолжать работу и тогда, когда происходит запись дан­ных в RAM (или их считывание) либо при обмене данными между двумя любыми компонентами системы, например, с шиной ISA – PCI to ISA Bridge. Кроме того, шина PCI подключается к системной шине и, через нее к процессору, не напрямую, а с помощью главного моста (Host Bridge). Это позволяет настроить мост и, соответственно шину PCI, для использования с разными типами процессоров (фирма Apple, например, заявила о поддержки этой шины в своих компьютерах).

Важным свойством шины PCI является ее интеллектуальность, т. е. она в состоянии распознавать аппаратные средства и анализировать конфигу­рации системы в соответствии с технологией Plug & Play, разработанной корпорацией Intel

Несмотря на все преимущества шины PCI, ее возможностей становится недостаточно в условиях растущей нагрузки на систему. Причина заключается в комбинации 3-мерной графики и видео, с которой приходится иметь дело новому поколению устройств сопряжения компьютера с дисплеем – видеоадаптеров.

Стандарт на шину AGP (Accelerated Graphics Port) – канал передачи данных между видеоадаптером и RAM был разработан фирмой Intel в 1997 г. на основе стандарта PCI. Этот стандарт предназначен для ускорения ввода/вывода данных на видеоадаптер и увеличения производительности компьютера при обработке трехмерных изображений без установки специализированных дорогостоящих видеокарт.

Поскольку шина AGP 32-разрядная и ее тактовая частота равна тактовой частоте системной шины, то в стандартном режиме ее пропускная спо­собность, составляющая 266 Мб/с, в два раза превышает пропускную спо­собность шины PCI.

Для повышения пропускной способности шины был разработан режим AGPх2, в котором данные передаются в два раза быстрее (532 Мб/с). Это дости­гается за счет увеличения тактовой частоты видеопроцессора в 2 раза и воз­можности управления чтением/записью данных по фронтам и срезам такто­вых импульсов, что позволяет выполнять две операции за один такт работы шины AGP.

В мае 1998 г. корпорация Intel разработала новую спецификацию (AGP 2.0) стандарта AGP. Скорость передачи данных (в режиме х4) была увеличена еще в два раза по сравнению с режимом х2 и достигла 1064 Мб/с. Это больше пропускной способности 64-разрядной системной шины, работаю­щей на частотах 66 и 100 МГц.

Одной из основных особенностей стандарта AGP является способность раз­делить RAM между центральным процессором и видеоадаптером, т.е. обработка трехмерных изображений выполняется в RAM как центральным процессором, так и процессором в видеоадаптере.

Спецификация последовательной универсальной шины – USB (Universal Serial Bus) была разра­ботана ведущими фирмами в области компьютеров и телекоммуникаций для подключения периферийных устройств вне корпуса PC. Шина USB поддерживает технологию Plug & Play. Скорость обмена информацией по шине USB составляет 12 Мбит/с. На новых материнских платах имеется специальный разъем для подключения концентратора USB (USB-Hub).

К компьютерам, оборудованным шиной USB, можно подсоединять перифе­рийные устройства (клавиатуру, мышь, джойстик, принтер и др.), не вы­ключая питание. Как только устройство будет подключено, автоматически осуществляется его конфигурирование. Все периферийные устройства должны быть оборудованы разъемами USB и подключаться к компьютеру через выносной концентратор USB, с помощью которого можно подключить к PC до 127 периферийных устройств.

Для использования шины USB под управлением операционных систем Windows разработаны специальные драйверы.

Шина IEEE 1394 – это стандарт на высокоскоростную локальную последовательную шину, который был разработан на основе технологии FireWire фирмами Apple и Texas Instruments и утвержден Институтом инженеров по электротехнике и электронике в США – IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers).

Шина IEEE 1394 (ее также называют шиной FireWire) предназначена для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. Эта шина способна передавать данные со скоростью 100, 200, 400, 800 и 1600 Мбит/с (12,5, 25, 50, 100 и 200 Мб/с), а при работе с файлами некоторых типов – до 1 Гбит/с. Такая высокая скорость достигается за счет передачи информации в пакетном режиме. Кроме того, шина IEEE 1394 обеспечивает одновременную работу несколь­ких устройств, передающих данные с разными скоростями.

Как и USB, шина IEEE 1394 полностью поддерживает технологию Plug & Play, включая воз­можность «горячего» подключения (установка и извлечение компонентов без отключения питания компьютера).

Шина IEEE 1394 построена по разветвляющейся топологии и позволяет использовать до 63 узлов в цепочке. К каждому узлу можно подсоединить до 16 устройств. Если этого недостаточно, то можно дополнительно подклю­чить до 1023 шинных перемычек, которые могут соединять более 64 000 уз­лов. Для передачи сигналов без искажений длина стандартного кабеля, со­единяющего два узла, не должна превышать 4,5 м.

Подключаться к компьютеру через интерфейс IEEE 1394 смогут все виды накопителей на дисках, включая жесткие, оптические CD-ROM, цифровые видеодиски (DVD), цифровые видеокамеры, устрой­ства записи на магнитную ленту и многие другие периферийные высокоскоростные устройства. В на­стоящее время уже выпускаются адаптеры IEEE 1394 для шины PCI.

Согласно спецификациям PC 98 и PC 99 корпорация Intel планирует пол­ностью заменить шину ISA шиной USB, для подключения периферийных низкоскоростных устройств ввода/вывода и шиной FireWire (IEEE 1394) для подключения устройств хранения информации (CD-ROM, HDD и др.) и ввода видеоданных.

Таким образом, в скором будущем на задней панели корпуса PC можно увидеть выходы всего двух последовательных шин: шину USB, предназначенную для низкоскоростных устройств, и шину FireWire – для высокоскоростных.