Интерфейсы шин расширения и видеокарт

Наиболее наглядно и полно можно проследить и прочувствовать проблемы и тенденции развития систем ввода-вывода при рассмотрении ретроспективы эволюции интерфейсов и структур систем ввода-вывода на примере персональных компьютеров типа IBM PC.

В начале эры персональных компьютеров частота работы процессора составляла 10 МГц, при этом на выполнение даже самых простейших операций процессор затрачивал несколько тактов. В таких условиях для обеспечения бесперебойной работы процессора было достаточно всего 4 миллионов обращений к памяти в секунду, что соответствовало циклу работы в 250 нс. Этим условиям удовлетворяла одношинная структура систем ввода-вывода, когда все устройства компьютера, включая ОЗУ, общались с процессором через общую шину (рис.1a), которую называли системной. Все интерфейсы ПУ подключались к этой шине. Наиболее распространенной системной шиной в этот период стала сначала 8-разрядная, затем 16-разрядная шина ISA (Industry Standard Architecture), работающая на частоте 8 МГц.

Рис. 1А. Одношинная структура систем ввода-вывода

Существуют две модификации шины ISA, работающие на одинаковой тактовой частоте 8,33 МГц и отличающиеся только разрядностью:

8-разрядная шина ISA являлась родоначальником в семействе шин ISA и отличалась крайне низкой пропускной способностью.

16-разрядная шина ISA, пришедшая ей на смену, состоит из двух частей, одна из которых в точности соответствует слоту 8-разрядной шины ISA, а на контакты второй выведены линии для дополнительных адресов ввода-вывода, прерываний и линий DMA. Следовательно, короткие 8-разрядные карты можно установить в 16-разрядный слот, но не наоборот.

Устаревая в офисных компьютерах, шина ISA (Industry Standard Architecture) и ее промышленные аналоги не теряют своей популярности в промышленных системах. Основная причина такого явления заключается в том, что характеристики ISA полностью удовлетворяют требованиям задач промышленности: не слишком высокие скорости обмена данными, преобладание одиночных операций чтения/записи над пакетными и т.п. Кроме того, существует огромное количество ISA-плат ввода-вывода, выпущенных во времена расцвета шины, ее относительная простота и низкая стоимость.

Передача байта данных по шине ISA происходит следующим образом: сначала на адресной шине выставляется адрес ячейки RAM или порта устройства ввода/вывода, куда следует передать байт, затем на линии данных выставляется байт данных. Призводится задержка тактами ожидания и подается сигнал на передачу байта (строб записи), причем неизвестно, успели записаться данные или нет.

В большинстве случаев передачи по шине выполняются за два такта (если позволяет быстродействие устройства). На шине ISA возможны задержки, например, в случае обмена другого устройства с памятью в режиме ПДП. Таким образом, временные характеристики ЭВМ существенно зависят от ее конфигурации, от того, какие еще устройства и как используются в системе.

Дата добавления: 2014-01-06