Эволюция шинной организации микропроцессорных систем.
Рассмотрим шинную организацию на базе трех основных шин.
В современных микро ЭВМ шины транслируется в следующий набор.
L - локальные шины
S – система
X –
M – шина памяти
Поскольку появилась несколько шин, то стало существовать понятие удаленной системной шины от центрального процессора.
Для того, чтобы весь набор шин подключить к центральному процессору, он должен иметь совершенно нереальную нагрузочную способность кроме того, необходимо обеспечивать гальваническую развязку этих шин руг от друга. Нормирование сигнала и гальваническая развязка обеспечивается буферными устройствами. Считается, что чем больше буферных устройств используется между конкретной шиной и центральным процессором, тем более удалена эта шина от центрального процессора. Приведем простейшую структуру подключения шин к центральному процессору.
Локальная шина L наиболее близко находится от центрального процесса и на нее подключаются все устройства, которые входят в системное ядро микро ЭВМ. Можно сказать, что эта внутренняя шина, микропроцессорных систем. На нее подключаются все устройства, которые рассматривают функции центрального процессора. Это блоки аппаратного прерывания, блоки десятичной арифметики и т.д. Основной же шиной микро ЭВМ является системная шина S, к которой подключаются адаптеры тех устройств, которые не входят в системное ядро. Слоты этой шины мы видим на материнской плате, куда вставляем адаптеры периферийных устройств. Буферные устройства между шиной L и S обеспечивают необходимую нагрузочную способность для подключения всех устройств микро ЭВМ к процессору. К системной шине через соответствующие буферные устройства подключается шина внешних устройств X и шина памяти M. Такая многошинная структура имеет достоинства, посколькоу обеспечивает высокую гибкость при формировании микро ЭВМ. Но она же имеет недостатки, заключающиеся в том, что шина ввода/вывода и памяти очень ударена от центрального процессора, т.е. подключается к процессору через целый набор буферных устройств, работа каждого буферного устройства вносит задержку в распространении сигнала от центрального процессора к удаленной шине – чем больше буферных устройств, тем больше задержка распространения сигнала и как следствие, снижение быстродействия микро ЭВМ в целом. Все дальнейшее развитие шинной структуры направлено на то, чтобы по возможности приблизить удаленные шины к центральному процессору, не нарушая в целом гибкости системы. Существует несколько вариантов решения данной задачи – выделение памяти микро ЭВМ в отдельную подсистему.
В этой конфигурации на шину Х могут подключаться устройства системной периферии. К ним относятся обычно следующие узлы. Это подсистема прямого доступа в память, подсистема таймеров и счетчиков, подсистема организации прерываний.
К УВВ, непосредственно подключенных на системную шину S относятся следующие узлы. Это дисковая подсистема, подсистема телекоммуникаций и подсистема связи с оператором.
В этой структуре мы видим, что память на ступеньку стала ближе к процессору. Но приблизить память к процессору можно еще больше, если убрать 2 буфера L и M, а вернее кроме чисто буферных функций вложить в эти устройства функции обмена информацией между шинами M и L не выходят на шину S(x). Это стало возможным с появлением интегрированных контроллеров к системной шине S.
Появление интегрированного контроллера позволяет микропроцессору напрямую общаться с памятью и миновать буфер L на предельном рисунке. Этот факт существенно сокращает время пересылки данных между микропроцессом и ячейками ОЗУ, т.е. производительность такой системы резко повышается. В то же время, интегрированный контроллер выполняет функции буфера между процессором и системной шиной S и позволяет процессору иметь доступ к системной периферией и устройствами ввода/вывода.