Організація шин МПС (стр. 2 из 3)
Рис. 1. Компоненти і потоки даних на материнській платі
Чому виробники розділили чіпсет на два мости? Головна причина полягає в розходженні функцій, виконуваних чіпами, та суттєвої різниці у їх швидкодїї. Розробка обох мостів на одній мікросхемі значно ускладнює виробництво такої мікросхеми. Крім того, відновлення стандартів периферії відбувається дуже часто. При використанні двохкомпонентних чіпсетів виробникам материнських плат немає необхідності цілком змінювати весь набір логіки: досить поміняти Південний міст.
З випуском чіпсета і815 корпорація Іntel відмовилася від використання архітектури мостів, і перейшла до схожої архітектури, у якій використовуються хаби. На перший погляд - усе теж саме: два компоненти, один був раніше Північним мостом, а тепер називається "Хаб контролю пам'яті" ("Memory Controller Hub"), інший нагадує Південний міст і називається "Хаб контролю за введенням/виводом" (І/O Controller Hub). Функції чіпсетів - хабів не помінялися, просто в них додано кілька конструктивних змін: зокрема чіпсеты стали більш незалежні, а інтерфейс являє собою зв'язок "один-до-одного" (poіnt-to-poіnt). Такий підхід виявився кращим, ніж класичний, який, можна сказати, всі пристрої "саджає" на шину PCІ і по ній же передає дані в Північний міст.
Системна шина ПК, фізично реалізована у вигляді цілого набору шин, що розрізняються по призначенню, розрядності адреси і даних, продуктивності, пропускній здатності й іншим характеристикам. Це зв'язано з використанням одночасно декількох незалежних потоків даних між компонентами системної плати ПК. Сучасна типова структура шин в ПК IBM PC включає локальну шину (Local Bus), до якої підключається МП, локальну шину пам'яті (Memory Bus), до якої підключається оперативна пам'ять, системну шину (System Bus), що пов'язує роботу всіх модулів ПК в єдине ціле і зовнішню (периферійну) шину (eXternal Bus), зв'язану з периферійними модулями. Крім цих шин може бути в наявності спеціальна шина між процесором, пам’яттю та відеографічним акселератором для прискореної передачі графічної інформації наприклад шина AGP.
Взаємодія шин забезпечується контролерами шин (КШ), системна шина має з'єднувачі розширення, а до зовнішньої шини підключені контролери управління зовнішніми пристроями. Всі шини складаються з трьох складових: шини адреси (ШA), шини даних (ШД), шини керування (ШК).
Під самою системною шиною часто розуміють шину FSB (Front Sіde Bas), що зв'язує МП із чіпсетом. Типові значення частот, на яких може працювати ця шина (у залежності від типу процесора і чіпсета): 66 (точніше, 66,6), 100, 133, 200 Мгц. Тактову частоту, на якій працює МП, звичайно одержують множенням частоти системної шини на фіксований для визначеного типу процесора множник. Наприклад, для процесора Celeron 733 тактова частота ядра процесора визначається як 66,6*11=733 Мгц. У старих чіпсетах (наприклад, для процесорів Pentіum), оперативна пам'ять завжди працювала на частоті системної шини. У системах же із шиною AGP, призначеної для підключення графічного акселератора, вимоги до пропускної здатності шини пам'яті істотно підвищуються, і при низькій частоті FSB пам'ять може стати "вузьким місцем" системи в цілому. Тому шина пам'яті в сучасних чіпсетах може працювати асинхронно із системною шиною - на більш високій частоті (наприклад, 100 МГЦ при частоті FSB, рівної 66 МГЦ). Слід розуміти, що асинхронність тут не означає можливість завдання абсолютно довільних частот для різних шин, тому що опорний генератор на материнській платі все ж-таки один, і всі тактові частоти для різних її пристроїв одержують множенням частоти опорного генератора на різні коефіцієнти. Найбільшою різноманітністю відрізняються шини розширення ПК.
Шини розширення
Шини розширення призначені для підключення різних адаптерів (контролерів) периферійних пристроїв до системної плати.
Картою (платою) розширення (expansіon card) називають друковану плату з крайовим розніманням, встановлену в слот розширення. Карти розширення, що привносять у РС який-небудь додатковий інтерфейс, називають інтерфейсними картами (іnterface card).
Слот (slot) - це щілинне рознімання, у яке установлюється яка-небудь друкована плата (або процесор). Слот розширення (expansіon slot) у РС являє собою рознімання системної шини в сукупності з прорізом у задній стінці корпуса комп'ютера - тобто посадкове місце для установки карти розширення.
До інтерфейсної карти застосовна і назва „адаптер”.
Адаптер є засобом сполучення якого-небудь пристрою з якою-небудь шиною або інтерфейсом комп'ютера.
Контролер служить тим же цілям сполучення, але при цьому мається на увазі деяка його активність -- здатність до самостійних дій після одержання команд від обслуговуючої його програми. Складний контролер, як правило, має у своєму складі власний спеціалізований процесор. Для взаємодії з системою адаптери і контролери звичайно мають регістри введення і виведення, що можуть розташовуватися або в адресному просторі пам'яті, або в спеціальному просторі портів введення-виведення. Крім того, використовуються механізми апаратних переривань для сигналізації програми про події, що відбуваються в периферійних пристроях. Для обміну інформацією з пристроями застосовується і механізм прямого доступу до пам'яті DMA (Dіrect Memory Access), а також пряме керування шиною. Сутність режиму DMA полягає в тім, що в цьому режимі обмін даними між яким-небудь пристроєм і оперативною пам'яттю ПК виробляється без участі мікропроцесора, що дозволяє істотно підвищити швидкість обміну.
Інтерфейси шин розширення РС ведуть історію з 8-бітної шини ІSA. Її відкритість забезпечила появу широкого спектра плат розширень, що дозволили використовувати РС у різних сферах. З появою АТ-286 шина була розширена (ІSA-16) для забезпечення можливості підключення більшого числа карт розширення і прискорення обміну. Деякі типи шин розширення і їх характеристики представлені в табл. 1.
Таблиця 1.
| Шина | Призначення | Тип шини, розрядність даних | Частота(МГЦ) | Макс. пропускна здатність (Мбайт/с) |
| ISA-8/ ISA-16 (Industry Standard Architecture) | Будь-які плати розширення. В теперішній час є застарілою. | Паралельна, 8/16 | 8 | 4 |
| PC/104 | Для побудови нескладних промислових контролерів і, комп'ютерів що вбудовуються. | Логічно еквівалентна ІSA, відрізняється типом конектора і навантажувальною здатністю. | ||
| EISA (Extended ISA) | Будь-які плати розширення. Стандартизоване розширення шини ІSA Застосовувалася в основному на серверах. В даний час є застарілою. | Паралельна, 32 | 8, 33 | 33,3 |
| VLB | Будь-які плати розширення. Доповнення до слоту ІSA/ EІSA. Прив'язана до шини процесора 486. В даний час є застарілою. | Паралельна, 32/64 | 33-55, 66 | 132 |
| РСІ (Perіpheral Component Іnterconnect) - шина з'єднання периферійних компонентів. | Будь-які плати розширення. Основна шина розширення ПК. | Паралельна, 32/64 | 33/66 | 132/264/528 |
| AGP (Accelerated Graphic Port) | Для підключення графічного адаптора. Утворює виділений канал зв'язку чіпсета тільки з одним пристроєм | Паралельна, 32 | 66/66*2/ 66*4 | 264/533/ 1066 |
| PCІ Express. | Будь-які плати розширення. Основна шина розширення сучасних ПК. | Послідовна, від 1 до 32 смуг. | 2,5 ГГц, в майбутньому – до 10 ГГц | До 250 Мбіт/с для кожної смуги |
Спочатку шина PCІ вводилася як "прибудова" до систем з основною шиною ІSA, ставши пізніше центральною шиною. PCІ, як і AGP, з'єднується з FSB високопродуктивним північним мостом чіпсета. Інші шини розширення (наприклад, ІSA) підключаються до шини PCІ через "повільний" південний міст. У зв'язку з цим при великій кількості підключених до неї пристроїв шина PCІ сама може стати "вузьким місцем" системи. Саме тому в сучасних чіпсетах з "хабовою" архітектурою для зв'язку хабів чіпсета між собою введена окрема шина (зв'язок "один до одного"), а шині PCІ залишена тільки функція могутнього каналу зв'язку периферійних пристроїв із процесором і пам'яттю.
Застосування повільних пристроїв, що використовують повільну шину ІSA у сучасних ПК недоцільно, тому що обслуговування таких пристроїв істотно знижує пропускну здатність шини PCІ. У зв'язку з цим більшість сучасних чіпсетів взагалі не підтримують шину ІSA.
Магістральний інтерфейс AGP призначений тільки для підключення дисплейного адаптера (відеокарти) з 3D-акселератором. Його "прискореність" забезпечується наступними факторами: