Интерфейсы ПЭВМ типа ISA, PCI

Объединение устройств в первых персональных компьютерах (РС) осуществлялось на основе единого интерфейса – общей шины. В РС типа АТ на основе процессора i80286 в качестве общей шины использовался интерфейс ISA – интерфейс стандартной архитектуры. Все устройства компьютера. - ЦП, блоки памяти, контроллеры ПУ, содержащие порты ввода-вывода, подключаются к ISA как к системному интерфейсу.

Состав его основных цепей: 16-разрядная шина данных, 24-разрядная шина адреса, 4-разрядная шина управления, состоящая из цепей MR, MW, IOR, IOW, а также цепи запросов прерываний IRQ0, …, IRQ15 и запросов прямого доступа к памяти DACK0, …, DACK7. Тактовая частота 8МГц, пропускная способность 16 МВ/с. Тип обмена – асинхронный, принцип обмена – «ведущий – ведомый». Ведущее устройство, захватив интерфейс, управляет обменом с ведомым устройством, выставляя адрес ячейки памяти или порта ввода-вывода на ША и сигналы управления в цепи MR или WR, IOR или IOW, по которым обеспечивается чтение или запись ячейки или порта.

Тактовая частота процессоров скоро превысила 8 МГц и шина ISA стала «узким» местом компьютера, ограничивающим его производительность. Кроме того, адресное пространство в 16 МВ также стало ограничивающим фактором. Поэтому с целью увеличения адресного пространства и пропускной способности был разработан (также фирмой IBM) расширенный (Extended) интерфейс EISA. В нем ША и ШД увеличены до 32 цепей. В результате адресное пространство выросло до 4 ГВ, а пропускная способность – до 32 МВ/с, тактовая частота осталась прежней. Пропускная способность выросла незначительно и осталась фактором, ограничивающим производительность ЭВМ.

С целью разрешения этой проблемы было принято следующее решение. В состав ЭВМ ввели дополнительный интерфейс – локальную шину - с высокой пропускной способностью, который стали использовать для подключения устройств, требующих высокой скорости обмена. В результате получилась структура с двумя шинами (рисунок 3.9), в которой в качестве локальной шины используется интерфейс PCI.

Современные ПЭВМ типа Pentium, как правило, содержат не менее двух интерфейсов: наряду с интерфейсами ISA (EISA) в состав ВК вводится другой интерфейс с более высокой пропускной способностью – локальная шина типа PCI, например. Структура ВК при этом усложняется, производительность возрастает (рисунок 3.9). Пропускная способность локальной шины PCI больше пропускной способности интерфейса ISA.


Интерфейс PCI – Peripheral Component Interconnect – шина для соединения периферийных (по отношению к ЦП) компонентов. Обмен по шине PCI осуществляется по принципу «ведущий» (Initiator, Master) и «ведомый» (Target, Slave). Тип обмена - асинхронный (с квитированием), режим обмена – пакетный. Размер пакета – от одной порции данных и выше. Обмен задается в виде транзакций. Каждая транзакция начинается фазой (циклом) адреса (рисунок 3.10). За ней может следовать одна или несколько фаз (циклов) данных. Для передачи адреса и данных используется мультиплексированная шина адреса данных AD (32 или 64 разряда). Начало обмена (транзакции) задается сигналом FRAME – кадр обмена, который вырабатывает ведущее устройство (Initiator). Оно же выставляет на шину AD адрес ведомого устройства, а на шину управления С/ВЕ (Command/Byte Enable) команду, несущую информацию о типе транзакции и направлении обмена. Адресуемое устройство, опознав адрес как собственный, отзывается сигналом DEVSEL (Device Select) – устройство выбрано. После этого инициатор может выставить свой сигнал готовности к обмену IRDY. Когда к обмену будет готово ведомое устройство, оно установит свой сигнал готовности TRDY. Одновременная готовность ведущего и ведомого запускает цикл обмена порцией данных по шине АD. Отсутствие сигнала готовности фактически вводит такты ожидания. С их помощью устройства согласуют свои скорости. Если быстродействие устройств позволяет, то будет обеспечена максимальная пропускная способность 32/64 бита за такт (не считая такта адресации).




Рисунок 3.10

Следует отметить, что количество порций данных в пакете заранее не определено. Перед последней порцией инициатор снимает сигнал FRAME, тем самым сообщает ведомому устройству о завершении обмена. Затем, после обмена последней порцией данных, инициатор снимает сигнал готовности IRDY и шина переходит в состояние покоя – оба сигнала FRAME и IRDY находятся в пассивном состоянии.

Завершение транзакции, т.е. процесса передачи пакета данных, может закончиться: 1) нормально (как описано выше), 2) по тайм-ауту (когда закончиться отведенное на транзакцию количество тактов), 3) аварийно (транзакция отвергается, если в течении заданного времени не получен ответ DEVSEL от адресуемого устройства), 4) по сигналу STOP от ведомого устройства.

Транзакции инициируются по запросам от инициаторов. Инициаторы выставляют запросы на захват шины в цепь REQ. Арбитраж запросов выполняет арбитр, который входит в состав чипсета системной платы. В ответ на запрос REQ арбитр выбирает устройство с наивысшим в данный момент времени приоритетом, посылая ответный сигнал GNT (Grant) в цепь GNT.

Направление обмена по шине AD задается в адресной фазе путем передачи по шине C/BE четырехбитовой команды, которая и указывает направление обмена. Типичные команды PCI:

-чтение памяти (MR – Memory Read) – код команды 0110,

-запись памяти (MW – Memory Write) – код команды 0111,

-чтение порта ввода-вывода (I/OR) - код команды 0010,

-запись порта ввода-вывода (I/OW) - код команды 0011.

Обмен информацией между устройствами, подключенными к разным интерфейсам (рисунок 3.9), осуществляется через контроллеры (мосты): PCI/ISA, PCI/SCSI, которые входят в состав чипсет большинства системных плат.

Характеристики PCI: частота 33 МГц, однако версия 2.1 допускает работу и на частоте 66 МГц – при согласии всех абонентов шины. Разрядность шины AD – 32 (64), отсюда пропускная способность от 132 до 528 МВ/с. Кроме того, PCI ориентирован на технологию PnP – подключай и работай, т.е. поддерживает режим автоконфигурирования устройств.




8394202736563852.html
8394242112593167.html
    PR.RU™