Какие шинные интерфейсы материнской платы вы знаете
Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют ее шины и логические устройства, размещенные в микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета). От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность компьютера.
ISA. Историческим достижением компьютеров платформы IBM PC стало внедрение почти двадцать лет назад архитектуры, получившей статус промышленного стандарта ISA (Industry Standard Architecture). Она не только позволила связать все устройства системного блока между собой, но и обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты). Пропускная способность шины, выполненной по такой архитектуре, составляет до 5,5 Мбайт/с, но, несмотря на низкую пропускную способность, эта шина продолжает использоваться в компьютерах для подключения сравнительно «медленных» внешних устройств, например звуковых карт и модемов.
EISA. Расширением стандарта ISA стал стандарт EISA (Extended ISA), отличающийся увеличенным разъемом и увеличенной производительностью (до 32 Мбайт/с). Как и ISA, в настоящее время данный стандарт считается устаревшим. После 2000 года выпуск материнских плат с разъемами ISA/EISA и устройств, подключаемых к ним, прекращается.
VLB. Название интерфейса переводится как локальная шина стандарта VESA ( VESA Local Bus). Понятие «локальной шины» впервые появилось в конце 80-х годов. Оно связано тем, что при внедрении процессоров третьего и четвертого поколений (Intel 80386 и Intel 80486) частоты основной шины (в качестве основной использовалась шина ISA/EISA) стало недостаточно для обмена между процессором и . оперативной памятью. Локальная шина, имеющая повышенную частоту, связала между собой процессор и память в обход основной шины. Впоследствии в эту шину «врезали» интерфейс для подключения видеоадаптера, который тоже требует повышенной пропускной способности, – так появился стандарт VLB, который позволил поднять тактовую частоту локальной шины до 50 МГц и обеспечил пиковую пропускную способность до 130 Мбайт/с.
Основным недостатком интерфейса VLB стало то, что предельная частота локальной шины и, соответственно, ее пропускная способность зависят от числа устройств, подключенных к шине. Так, например, при частоте 50 Мгц к шине может быть подключено только одно устройство (видеокарта). Для сравнения скажем, что при частоте 40 Мгц возможно подключение двух, а при частоте 33 МГц – трех устройств.
PCI. Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения, внешних компонентов) был введен в персональных компьютерах, выполненных на базе процессоров Intel Pentium. По своей сути это тоже интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для р. подключения внешних устройств. Для связи с основной шиной компьютера (ISA/EISA) используются специальные интерфейсные преобразователи – мосты PCI (PCI Bridge). В современных компьютерах функции моста PCI выполняют микросхемы микропроцессорного комплекта (чипсета).
Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с. Последние версии интерфейса поддерживают частоту до 66 МГц и обеспечивают производительность 264 Мбайт/с для 32-разрядных данных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных.
Важным нововведением, реализованным этим стандартом, стала поддержка так называемого режима plug-and-play, впоследствии оформившегося в промышленный стандарт на самоустанавливающиеся устройства. Его суть состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины РС7 происходит обмен данными между устройством и материнской платой, в результате которого устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти.
Конфликты между устройствами за обладание одними и теми же ресурсами (номерами прерываний, адресами портов и каналами прямого доступа к памяти) вызывают массу проблем у пользователей при установке устройств, подключаемых к шине ISA. С появлением интерфейса PCI и с оформлением стандарта plug-and-play появилась возможность выполнять установку новых устройств с помощью автоматических программных средств – эти функции во многом были возложены на операционную систему.
FSB. Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памятью, недолго оставалась в этом качестве. Сегодня она используется только как шина для подключения внешних устройств, а для связи процессора и памяти, начиная с процессора Intel Pentium Pro используется специальная шина, получившая название Front Side Bus (FSB). Эта шина работает на очень высокой частоте 100-125 МГц. В настоящее время внедряются материнские платы с частотой шины FSB 133 МГц и ведутся разработки плат с частотой до 200 МГц. Частота шины FSB является одним из основных потребительских параметров – именно он и указывается в спецификации материнской платы. Пропускная способность шины FSB при частоте 100 МГц составляет порядка 800 Мбайт/с.
AGP. Видеоадаптер – устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных. Как при внедрении локальной шины VLB, так и при внедрении локальной шины PCI видеоадаптер всегда был первым устройством, «врезаемым» в новую шину. Сегодня параметры шины PCI уже не соответствуют требованиям видеоадаптеров, поэтому для них разработана отдельная шина, получившая название AGP (Advanced Graphic Port – усовершенствованный графический порт). Частота этой шины соответствует частоте шины PCI (33 МГц или 66 МГц), но она имеет много более высокую пропускную способность – до 1066 Мбайт/с (в режиме четырехкратного умножения).
PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association – стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров). Этот стандарт определяет интерфейс подключения плоских карт памяти небольших размеров и используется в портативных персональных компьютерах.
USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль). Это одно из последних нововведений в архитектурах материнских плат. Этот стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Устройства могут включаться цепочками (каждое следующее устройство подключается к предыдущему). Производительность шины USB относительно невелика и составляет до 1,5 Мбит/с, но для таких устройств, как клавиатура, мышь, модем, джойстик и т. п., этого достаточно. Удобство шины состоит в том, что она практически исключает конфликты между различным оборудованием, позволяет подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (не выключая компьютер) и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения.
Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы. В настоящее время большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, получивших название «северный мост» и «южный мост».
«Северный мост» управляет взаимосвязью четырех устройств: процессора, оперативной памяти, порта AGP и шины PCI. Поэтому его также называют четырехпортовым контроллером.
«Южный мост» называют также функциональным контроллером. Он выполняет функции контроллера жестких и гибких дисков, функции моста ISA – PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и т. п.
Шины в ПК используются для передачи данных от ЦП к другим устройствам компьютера. Для согласования передачи данных к отдельным компонентам, которые работают на собственной частоте, используется чипсет – набор контроллеров, которые объединены в Северный и Южный мосты. Северный мост управляет обменом информацией с оперативной памятью и видеосистемой, Южный мост отвечает за функционирование других устройств, которые подключаются через соответствующие разъемы – жесткие диски, накопители, устройства, которые находятся на системной плате (встроенная аудиосистема, сетевое устройство и др.) и внешние устройства (относительно системной платы) – клавиатура, мышь и др.
Рисунок 1. Схема системной платы
Связь между всеми устройствами системной платы и устройствами, которые подключаются к ней, обеспечивается через шины и логические устройства, размещенные в микросхемах чипсета. Производительность ПК зависит от архитектуры этих элементов.
$ISA$ ($Industry \ Standard \ Architecture$). Архитектура промышленного стандарта $ISA$ была внедрена около $20$ лет назад. Эта архитектура позволила установить связь между всеми устройствами системного блока и сделала возможным выполнять простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты). Несмотря на низкую пропускную способность шины $ISA$, которая составляет до $5,5$ Мб/с, она еще используется в некоторых ПК для подключения «медленных» периферийных устройств, таких как звуковые карты и модемы.
$IESA$ ($Extended \ ISA$) является расширением стандарта $ISA$, который отличается увеличенным разъемом и большей производительностью (до $32$ Мб/с). Для современных системных плат стандарт $IESA$ считается устаревшим. Выпуск системных плат с разъемами $ISA/EISA$ и устройств, которые к ним подключаются, практически прекращен.
Внутренние интерфейсы ПК.
Существуют два варианта организации внутреннего интерфейса:
- многосвязный интерфейс: каждый блок ПК соединен с прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс иногда применяется в качестве периферийного интерфейса (для связи с внешними устройствами ПК);
- односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую, или системную шину.
В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина (совокупность линий связи, по которым информация передается одновременно). Под системной шиной обычно понимается шина между процессором и подсистемой памяти. Шины характеризуются разрядностью (количество линий связи в шине, т.е. число битов, которое может быть передано по шине одновременно) и частотой (частота, с которой передаются последовательные биты информации по линиям связи).
Если интерфейс является общепринятым, например, утвержденным на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.
Основные интерфейсы материнской платы
Внутренние интерфейсы предназначены для подключения компонентов, расположенных внутри системного блока. Все контроллеры и шины внутренних интерфейсов размещаются на системной плате.
К важнейшим внутренним интерфейсам относятся:
- системная шина с разъемом процессора;
- шина памяти с разъемами модулей памяти;
- шина и слот видеокарты;
- шины и слоты плат расширения;
- шины и порты накопителей (жесткий диск, дисковод, DVD);
- шина и разъемы электропитания;
- линии и порты интерфейса управления питанием;
- порты и панели индикации;
Интерфейс ISA (Industry Standard Architecture Computing) разрешает связать между собой все устройства системного блока, а также обеспечивает простое подключение новых устройств через стандартные слоты. Пропускная способность составляет до 5,5 Мбайт в секунду. В компьютерах может использоваться лишь для подсоединения внешних устройств, которые не требуют большой пропускной способности (звуковые карты, модемы), в настоящее время не используется.
EISA (Extended ISA) – расширение стандарта ISA до 32 разрядов, пропускная способность возросла до 32х Мбайт в секунду, позволяет подключать к шине более одного ЦПУ. Как и стандарт ISA этот стандарт исчерпал свои возможности и в будущем выпуск плат, которые поддерживают эти интерфейсы прекратиться.
VLB (VESA local Bus) – интерфейс локальной шины стандарта VESA. Локальная шина соединяет процессор с оперативной памятью в обход основной шины. Она работает на большей частоте, чем основная шина и позволяет увеличить скорость передачи данных. Пропускная способность до 130 Мбайт в секунду, рабочая тактовая частота 50 МГц, но она зависит от кол-ва устройств, подсоединенных к шине. Что является главным недостатком интерфейса VLB.
VLB SVGA-карта | Слоты VLB и ISA на материнской карте |
PCI (Periphera lComponent Interconnect) – стандарт подключения внутренних устройств, введенный в ПК на базе процессора Pentium; по своей сути это интерфейс локальной шины с разъемами для подсоединения внешних устройств. Данный интерфейс поддерживает частоту шины до 66 МГц и обеспечивает быстродействие до 264 Мбайт в секунду. Независимо от кол-ва подсоединенных устройств, важным нововведением этого интерфейса является поддержка механизма (plug – and - play), суть которого состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит автоматическая конфигурация этого устройства.
Белые разъемы на материнской плате — 32-разрядные PCI. | Разъем 64-разрядной PCI в PowerMacintosh G4 |
FSB (Front Side Bus) – начиная с процессора PentiumPro, для связи с оперативной памятью используется специальная шина FSB.
AGP (Advanced Graphic Port) – специальный шинный интерфейс для подключения видеоадаптеров. Разработан в связи с тем, что параметры шины PCI не отвечают требованиям видеоадаптеров по быстродействию. Частота от 33 до 66 МГц, пропускная способность до 1066 Мбайт в секунду.
Шины компьютера предназначены для высокоскоростной параллельной передачи информации, создаются системообразующими интегральными микросхемами материнской платы, реализуются в виде групп параллельно идущих печатных проводников и заканчиваются параллельно включенными разъемами (slots) для установки карт-контроллеров устройств ввода-вывода.
Функционально шина состоит из трех подшин:
Возможно совмещение адреса и данных на одной подшине и двусторонняя передача информации в режиме полудуплекса (поочередно). По подшине управления передаются сигналы синхронизации, выбора типа операции, выбора направления передачи, запроса на прерывание и его подтверждение, управления режимом прямого доступа и т.д. Конкретный перечень сигналов на шине и все протокольные соглашения (конструктивные, физические, логические) приводятся в спецификации на конкретную шину. Шина обычно безразлична к точке подключения (слоту) контроллера; выделение устройству конкретных системных ресурсов шины (адресов портов устройства, номеров прерываний и прямого доступа и т.д.) производится программно в момент инициализации операционной системы в рамках процедуры Plug&Play.
На сегодняшний день в настольных компьютерах присутствуют следующие типы шин:
· ISA (Industry Standard Architecture) – устаревшая, первая системная шина персонального компьютера, которая давно должна была закончить свое существование, но до сих пор, благодаря огромному количеству самых разнообразных внешних устройств, использующих ее, размещается в виде одного слота на ряде моделей материнских плат;
· PCI (Peripheral Component Interconnect) - разработана фирмой Intel для использования в системах с процессорами типа Pentium и в течение 10 лет является стандартом де-факто среди компьютерных шин общего назначения;
· AGP (Accelerated Graphics Port) - ускоренный графический порт, внедренный фирмой Intel, являющийся расширением шины PCI и призванный увеличить пропускную способность шины, связывающей видеокарту с процессором и памятью;
· FSB – внутренняя системная шина северного моста, связывающая оперативную память с процессором.
ISA
PCI
Появившаяся в 1992 году шина PCI имела несколько особенностей, позволивших ей за короткое время занять господствующее положение в IBM PC. Главными из них были ее открытая архитектура и независимость от процессорной шины. Шина PCI является синхронной 32-разрядной (кроме этого, существуют ее 64-разрядные версии, которые используются исключительно в дорогих рабочих станциях и серверах) и работает на частоте 33 МГц, обеспечивая пропускную способность (с использованием пакетного режима пересылки данных) 133 Мбайт/с. Процессор через так называемые мосты (PCI Bridge) может быть подключен к нескольким каналам PCI, обеспечивая возможность одновременной передачи данных между независимыми каналами PCI. Важной особенностью шины является реализация принципа Bus-master, что позволяет картам расширения производить обмен данными с памятью без обращения к процессору. Для уменьшения количества проводников в шине PCI используется принцип мультиплексирования данных, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же физическим линиям поочередно. PCI-устройства оборудованы таймером, определяющим максимальный период времени, когда устройство может занимать шину.
Автоконфигурирование устройств PCI (выбор запросов прерывания, каналов DMA) поддерживается средствами BIOS материнской платы в соответствие со стандартом Plug&Play. Действующая в настоящее время спецификация PCI 2.2 обеспечивает поддержку плат расширения с напряжениями питания как 3,3, так и 5 вольт, причем тип платы определяется расположением ключей в разъеме. Если у карты PCI есть две ключевые выемки, то она поддерживает любой из вариантов слота, если же на ней только одна выемка ближе к передней части платы, то эта карта только на 3,3 вольта. При расположении выемки ближе к задней части - карта пятивольтовая.
AGP
В результате широкого распространения 3D-графики и поддерживающих ее видеокарт, нагрузка на шину PCI достигла предельных для нее значений, превратив участок процессор - PCI-видеокарта в очередное "узкое место" системы. Для разрешения возникшей проблемы с наименьшими затратами специалистами Intel была предложена новая спецификация шины, ориентированная исключительно на обмен данными с видеоадаптером: AGP 1.0, являющейся, по сути дела, расширением шины PCI. С целью ускорения обмена данными была устранена мультиплексированность линий адреса и данных, удвоена тактовая частота и реализована (в режиме AGP 2х) схема DDR, когда по шине передается 2 блока данных за один цикл. В результате предельная пропускная способность шины составила 533 Мбайт/с. Но очень скоро и этого стало не хватать, поэтому в новой спецификации AGP 2.0 (режим 4х), благодаря снижению напряжения питания видеокарт с 5 до 3,3 V, а значит, и амплитуды сигналов в шине, появилась возможность осуществлять не 2, а 4 транзакции (пересылки блока данных) за один такт, что удвоило пропускную способность шины, доведя ее до 1066 Мбайт/с. Для автоматического распознавания видеокарт разных спецификаций используются различные конфигурации их разъемов:
Шина AGP имеет два основных режима работы: DIME и DMA. В режиме DMA основной памятью является память карты. Текстуры хранятся в системной памяти, но перед использованием копируются в локальную память карты, используя механизм, аналогичный Bus-master на шине PCI. В режиме DIME (Direct Memory Execute - непосредственное выполнение в памяти, иногда используется другой термин - AGP-текстурирование) локальная и системная память для видеокарты логически равноправны, что позволяет использовать часть системной памяти для хранения текстур. В спецификации AGP 2.0 появилась поддержка нового режима передачи данных Fast Writes. Он позволяет процессору напрямую, не обращаясь к системной памяти, передавать данные ускорителю со скоростью 4х.
Для видеоакселераторов, отличающихся повышенным потреблением электроэнергии, предназначается еще одна разновидность стандарта AGP - AGP Pro, которая отличается лишь наличием в разъеме дополнительных линий питания. Эти контакты расположены в небольшой секции, добавленной к передней части стандартного разъема AGP, и обеспечивают работоспособность видеокарт, потребляющих до 110 Вт.
Следующим этапом было внедрение спецификации AGP версии 3.0, обеспечивающей режим работы AGP 8х. Эта спецификация - последняя, базирующаяся на стандарте шины PCI. Пропускная способность шины AGP 8х - 2133 Мбайт/с.
Современные видеопроцессоры берут на себя все большую часть вычислений, необходимых для формирования сложных объемных изображений, да и объем локальной памяти на видеокартах неуклонно растет, что ведет к уменьшению потока данных от процессора к видеокарте.
FSB
FSB – высокоскоростная параллельная 64-разрядная шина северного моста для связи с оперативной памятью. Использование технологии Quad Pumped Bus (четыре транзакции за цикл) позволяет при частоте шины 200 МГц поддерживать передачу данных с частотой 800 МГц. При этом, с учетом разрядности шины, обеспечивается поток данных 3.6 Гбайт/с. Особенностью шины является реализация режима двухканального обмена с двумя модулями оперативной памяти одновременно.
Перспективные шины
Шина PCI – основная системная шина IBM PC - становится узким местом при передаче данных между системными компонентами, и именно ее пропускная способность может существенно ограничить производительность перспективных компьютеров. Поэтому в настоящее время создаются несколько новых стандартов системных шин конкурентами - Intel и AMD, каждый их которых создает свой собственных проект перспективной системной шины. Эти технологии, Arapahoe и HyperTransport, призваны заменить системную шину PC, определив архитектурный облик компьютеров будущих поколений. Обе фирмы образовали свои "группы поддержки". Первую, под названием HyperTransport Technology Consortium (HTTC), возглавляет AMD. Эта группа продвигает на рынок одноименный стандарт под названием HyperTransport. Вторая группа, возглавляемая Intel, имеет название Arapahoe Working Group, и стандарт называется, соответственно, Arapahoe.
Шина Arapahoe, на начальной стадии разработки известная как 3GIO (3D Generation Input/Output), должна обеспечить высокоскоростное соединение между компонентами компьютера, а также между компьютером и другими устройствами. Разработчики обещают совместимость с существующими шинами, такими как InfiniBand, IEEE 1394b (FireWire), USB 2.0, Serial ATA и 1/10 Ethernet. Шина Arapahoe представляет собой симметричную двунаправленную шину, обеспечивающую передачу данных по одной линии со скоростью вплоть до 2.5 Гбит/с. В отличие от PCI, шина Arapahoe будет достаточно гибкой с точки зрения обеспечения максимальной пропускной способности, определяемой количеством используемых линий приема/передачи данных, задействованных разработчиком системы в зависимости от его потребностей в каждом конкретном случае. Например, в случае реализации 32 линий интерфейса пропускная способность шины составит величину порядка 10 Гбайт/с, что почти в 20 раз больше скорости работы 32-битной 33-мегагерцовой шины PCI. Как и шина PCI, Arapahoe использует технологию подключения периферийных устройств с помощью моста, но дополненную переключателями оконечных точек, позволяющими направлять потоки данных между периферийными устройствами, не используя сам мост, то есть позволяя осуществить подключение по схеме "peer-to-peer". Данное решение должно меньше загружать компьютер передачей данных между конечными устройствами за счет отсутствия кэширования в памяти передаваемых данных. Одним из несомненных преимуществ стандарта Arapahoe может стать поддержка DDR RAM и QDR RAM, что позволит работать с памятью соответственно вдвое и вчетверо быстрее, чем это было ранее.
Так же как и Arapahoe, системная шина HyperTransport, ранее известная как LDT (Lightning Data Transport) - это peer-to-peer шина, позволяющая обмениваться информацией между периферийными устройствами, не задействуя процессор и память. Протокол новой шины использует пакетированную передачу данных, когда за передачу данных между устройствами отвечает контроллер шины. Обе конкурирующие технологии, и Arapahoe, и HyperTransport, имеют много общего, но в отличие от симметричной Arapahoe, пропускная способность которой одинакова во всех направлениях, асимметричная шина HyperTransport позволяет подключенным устройствам обмениваться пакетами информации, пропускаемыми в разных направлениях с разной скоростью. Такое решение способствует максимальному использованию возможностей системы в тех случаях, когда информационные потоки в разных направлениях имеют сильно отличающуюся интенсивность, например в устройствах вывода видеоинформации. Шина позволяет передавать данные с частотой в 800 МГц по переднему и заднему фронтам тактового импульса, так что суммарная скорость работы шины получается около 12.8 Гбайт/с при передаче 16-разрядного слова за один такт.
Практическим результатом работы над новой системной шиной для материнских плат на чипсетах фирмы Intel стало постепенное внедрение шины PCI Express. Особенностью шины является гибкость спецификации, которая в настоящее время позволяет устанавливать на материнскую плату слоты шины с разными скоростными параметрами, ориентированными на соответствующий класс устройств ввода-вывода: от шины с однократной скоростью PCI Express х1 (500 Мбайт/с) до PCI Express х16 (8 Гбайт/с). Последний вариант шины реализует двухканальный обмен с видеокартами нового поколения и заменяет стандартную видеошину AGP 8x.
Порты IBM PC
За относительно короткий, но бурный период расцвета IBM-совместимых персональных компьютеров было создано множество самых разнообразных устройств, значительно расширяющих изначальные возможности базовых систем. Но, вместе с тем, избежать взаимной несовместимости различных устройств, произведенных в различное время и в различных странах многочисленными компаниями, позволило использование в любых компьютерных устройствах ряда стандартных интерфейсов.
Порты являются развитием шинной архитектуры материнской платы, включают в себя интегрированные контроллеры определенного класса устройств ввода-вывода и заканчиваются соответствующим стандартным разъемом для подключения внешнего устройства, способного работать в этом стандарте. В соответствии с названием порту выделяются конкретные системные ресурсы (диапазон адресации регистров порта, ресурсы прерываний и прямого доступа к памяти).
Обычно разъемы интерфейсов для подключения внешних устройств располагаются на обратной стороне корпуса ПК, причем на системных платах стандарта АТХ большинство внешних портов распаяно непосредственно на плате.
Готовые работы на аналогичную тему
$VLB$ ($VESA \ Local \ Bus$ – локальная шина стандарта $VESA$). Понятие «локальная шина» впервые появилось в конце $80$-х гг и связано с тем, что при внедрении ЦП III и IV поколений частоты основной шины, в качестве которой использовалась шина $ISA/EISA$, стало недостаточно для обмена между ЦП и оперативной памятью. Локальная шина, которая имела повышенную частоту, связала между собой ЦП и память в обход основной шины. Позже в эту шину встроили интерфейс для подключения видеоадаптера, требующий повышенной пропускной способности. Разработанный стандарт $VLB$, позволивший поднять тактовую частоту локальной шины до $50$ МГц, обеспечил пропускную способность до $130$ Мб/с.
Однако предельная частота локальной шины и ее пропускная способность зависят от количества устройств, которые к ней подключены. Например, при частоте $50$ МГц к шине можно подключить одно устройство; при частоте $40$ МГц – два; при частоте $33$ МГц – три устройства. Использование шины $VLB$ было вытеснено шиной $PCI$.
Интерфейс $PCI$ ($Peripheral \ Component \ Interconnect$ – стандарт подключения внешних компонентов) был введен еще во времена ЦП $486$ и первых версий Pentium. По сути это тот же интерфейс локальной шины, которая связывает ЦП с оперативной памятью с врезанными разъемами для подключения периферийных устройств. Для связи с основной шиной ПК, которой оставалась $ISA/EISA$, использовались мосты $PCI$ ($PCI \ Bridge$) – специальные интерфейсные преобразователи. В современных ПК функции моста $PCI$ выполняют микросхемы чипсета.
В данном интерфейсе частота шины составляет $33$ МГц и пропускная способность – $132$ Мб/с. Последние версии $PCI$ обеспечивают частоту до $66$ МГц и производительность $264$ М/с для $32$-разрядных и $528$ Мб/с для $64$-разрядных данных.
Важное нововведение, которое было реализовано этим стандартом, получило название режима $plug-and-play$, который впоследствии оформился в промышленный стандарт на самоустанавливающиеся устройства. Суть этого стандарта состоит в том, что после подключения периферийного устройства через разъем шины $PCI$ происходит обмен данными между устройством и системной платой, после чего устройство автоматически подключается.
Конфликты между устройствами за обладание одними и теми же ресурсами (номерами прерываний, адресами портов и каналами прямого доступа к памяти) вызывают массу проблем у пользователей при установке устройств, подключаемых к шине $ISA$. С появлением интерфейса $PCI$ и с оформлением стандарта $plug-and-play$ появилась возможность выполнять установку новых устройств с помощью автоматических программных средств — эти функции во многом были возложены на операционную систему.
В современных ПК шина $PCI$ используется только для подключения периферийных устройств.
$FSB$ ($Front \ Side \ Bus$) используется для связи ЦП и оперативной памяти и обеспечивает частоту $100–200$ МГц, которая является одним из основных параметров для потребителя. Современные типы памяти ($DDR \ SDRAM$, $RDRAM$) могут передавать несколько сигналов за $1$ такт шины $FSB$, вследствие чего повышается скорость обмена данными с оперативной памятью.
$AGP$ ($Advanced \ Graphic \ Port$ – усовершенствованный графический порт) разработан для удовлетворения требований видеоадаптеров. Частота $AGP$ соответствует частоте $PCI – 33$ МГц или $66$ МГц, но имеет более высокую пропускную способность за счет передачи нескольких сигналов за $1$ такт. Количество сигналов, которые передаются за $1$ такт, указан в виде множителя, например $АGP4X$ (скорость передачи до $1066$ Мб/с).
$PCMCIA$ ($Personal \ Computer \ Memory \ Card \ International \ Association$ – стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для ПК) обеспечивает интерфейс подключения плоских карт памяти небольших размеров и используется в портативных ПК.
$USB$ ($Universal \ Serial \ Bus$ – универсальная последовательная магистраль) определяет способ взаимодействия ПК с внешними устройствами и позволяет подключать до $256$ устройств с последовательным интерфейсом. Устройства могут подключаться цепочками (каждое последующее устройство подключается к предыдущему). Производительность шины $USB$ относительно невысокая, но вполне подходит для клавиатуры, мыши, модема, джойстика, принтера и т.п. Преимуществом использования шины $USB$: практически невозможность возникновения конфликтов между различными устройствами, возможность подключения и отключения устройства при включенном ПК и возможность объединения нескольких ПК в локальную сеть без использования специального оборудования и программного обеспечения.
Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют её шины и логические устройства, размещенные в микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета). От архитектуры этих элементов зависит производительность компьютера.
· ISA. Эта архитектура позволила связать все устройства системного блока между собой, но и обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты).
· EISA.Как и ISA, в настоящее время данный стандарт считается устаревшим. После 2000 г. выпуск материнских плат с разъемами ISA/EISA и устройств, подключаемых к ним, прекратился.
· VLB.Стандарт VLB позволил поднять тактовую частоту локальной шины до 50 МГц и обеспечил пиковую пропускную способность до 130 Мбайт/с.
· PCI.Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения внешних компонентов) был введен в персональных компьютерах, выполненных на базе процессоров Intel Pentium. По своей сути это тоже интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств. Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с.
· FSB. Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памятью, недолго оставалась в этом качестве. Сегодня она используется только как шина для подключения внешних устройств, а для связи процессора и памяти, начиная с процессора Intel Pentium Pro, используется специальная шина, получившая название Front Side Bus (FSB).
· AGP. Видеоадаптер – устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных. Сегодня параметры шины PCI уже не соответствуют требованиям видеоадаптеров, поэтому для них разработана отдельная шина, получившая название AGP (Advanced Graphic Port – усовершенствованный графический порт).
· USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль). Этот стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс.
Функции микропроцессорного комплекта (чипсета). Большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, называющихся северный мост и южный мост.
· Северный мост управляет взаимосвязью четырех устройств: процессора, оперативной памяти, порта AGP и шины PCI.
· Южный мост. Он выполняет функции контроллера жестких и гибких дисков, функции моста ISA – PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и т.п.
Поддерживаемый диапазон частот системной шины. Это – величина, прямо связанная с частотой и скоростью процессора. Рабочая частота процессора, как отмечалось, представляет собой рабочую частоту системной платы, умноженную на зашитый в процессоре коэффициент.
Интерфейс – совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или частей.
В интерфейсе обычно предусмотрено сопряжение на двух уровнях:
- механическом (провода, элементы связи, типы соединений, разъемы, номера контактов ит.д.)
- логическом (сигналы, их длительность, полярности, частоты и амплитуда, протоколы взаимодействия).
Все интерфейсы ЭВМ можно разделить на внутренние и внешние:
- внутренние – система связи и сопряжения узлов и блоков ПК между собой;
- внешние – обеспечивают связь ПК с внешними (периферийными) устройствами и другими компьютерами.
Готовые работы на аналогичную тему
$VLB$ ($VESA \ Local \ Bus$ – локальная шина стандарта $VESA$). Понятие «локальная шина» впервые появилось в конце $80$-х гг и связано с тем, что при внедрении ЦП III и IV поколений частоты основной шины, в качестве которой использовалась шина $ISA/EISA$, стало недостаточно для обмена между ЦП и оперативной памятью. Локальная шина, которая имела повышенную частоту, связала между собой ЦП и память в обход основной шины. Позже в эту шину встроили интерфейс для подключения видеоадаптера, требующий повышенной пропускной способности. Разработанный стандарт $VLB$, позволивший поднять тактовую частоту локальной шины до $50$ МГц, обеспечил пропускную способность до $130$ Мб/с.
Однако предельная частота локальной шины и ее пропускная способность зависят от количества устройств, которые к ней подключены. Например, при частоте $50$ МГц к шине можно подключить одно устройство; при частоте $40$ МГц – два; при частоте $33$ МГц – три устройства. Использование шины $VLB$ было вытеснено шиной $PCI$.
Интерфейс $PCI$ ($Peripheral \ Component \ Interconnect$ – стандарт подключения внешних компонентов) был введен еще во времена ЦП $486$ и первых версий Pentium. По сути это тот же интерфейс локальной шины, которая связывает ЦП с оперативной памятью с врезанными разъемами для подключения периферийных устройств. Для связи с основной шиной ПК, которой оставалась $ISA/EISA$, использовались мосты $PCI$ ($PCI \ Bridge$) – специальные интерфейсные преобразователи. В современных ПК функции моста $PCI$ выполняют микросхемы чипсета.
В данном интерфейсе частота шины составляет $33$ МГц и пропускная способность – $132$ Мб/с. Последние версии $PCI$ обеспечивают частоту до $66$ МГц и производительность $264$ М/с для $32$-разрядных и $528$ Мб/с для $64$-разрядных данных.
Важное нововведение, которое было реализовано этим стандартом, получило название режима $plug-and-play$, который впоследствии оформился в промышленный стандарт на самоустанавливающиеся устройства. Суть этого стандарта состоит в том, что после подключения периферийного устройства через разъем шины $PCI$ происходит обмен данными между устройством и системной платой, после чего устройство автоматически подключается.
Конфликты между устройствами за обладание одними и теми же ресурсами (номерами прерываний, адресами портов и каналами прямого доступа к памяти) вызывают массу проблем у пользователей при установке устройств, подключаемых к шине $ISA$. С появлением интерфейса $PCI$ и с оформлением стандарта $plug-and-play$ появилась возможность выполнять установку новых устройств с помощью автоматических программных средств — эти функции во многом были возложены на операционную систему.
В современных ПК шина $PCI$ используется только для подключения периферийных устройств.
$FSB$ ($Front \ Side \ Bus$) используется для связи ЦП и оперативной памяти и обеспечивает частоту $100–200$ МГц, которая является одним из основных параметров для потребителя. Современные типы памяти ($DDR \ SDRAM$, $RDRAM$) могут передавать несколько сигналов за $1$ такт шины $FSB$, вследствие чего повышается скорость обмена данными с оперативной памятью.
$AGP$ ($Advanced \ Graphic \ Port$ – усовершенствованный графический порт) разработан для удовлетворения требований видеоадаптеров. Частота $AGP$ соответствует частоте $PCI – 33$ МГц или $66$ МГц, но имеет более высокую пропускную способность за счет передачи нескольких сигналов за $1$ такт. Количество сигналов, которые передаются за $1$ такт, указан в виде множителя, например $АGP4X$ (скорость передачи до $1066$ Мб/с).
$PCMCIA$ ($Personal \ Computer \ Memory \ Card \ International \ Association$ – стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для ПК) обеспечивает интерфейс подключения плоских карт памяти небольших размеров и используется в портативных ПК.
$USB$ ($Universal \ Serial \ Bus$ – универсальная последовательная магистраль) определяет способ взаимодействия ПК с внешними устройствами и позволяет подключать до $256$ устройств с последовательным интерфейсом. Устройства могут подключаться цепочками (каждое последующее устройство подключается к предыдущему). Производительность шины $USB$ относительно невысокая, но вполне подходит для клавиатуры, мыши, модема, джойстика, принтера и т.п. Преимуществом использования шины $USB$: практически невозможность возникновения конфликтов между различными устройствами, возможность подключения и отключения устройства при включенном ПК и возможность объединения нескольких ПК в локальную сеть без использования специального оборудования и программного обеспечения.
Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют её шины и логические устройства, размещенные в микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета). От архитектуры этих элементов зависит производительность компьютера.
· ISA. Эта архитектура позволила связать все устройства системного блока между собой, но и обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты).
· EISA.Как и ISA, в настоящее время данный стандарт считается устаревшим. После 2000 г. выпуск материнских плат с разъемами ISA/EISA и устройств, подключаемых к ним, прекратился.
· VLB.Стандарт VLB позволил поднять тактовую частоту локальной шины до 50 МГц и обеспечил пиковую пропускную способность до 130 Мбайт/с.
· PCI.Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения внешних компонентов) был введен в персональных компьютерах, выполненных на базе процессоров Intel Pentium. По своей сути это тоже интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств. Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с.
· FSB. Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памятью, недолго оставалась в этом качестве. Сегодня она используется только как шина для подключения внешних устройств, а для связи процессора и памяти, начиная с процессора Intel Pentium Pro, используется специальная шина, получившая название Front Side Bus (FSB).
· AGP. Видеоадаптер – устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных. Сегодня параметры шины PCI уже не соответствуют требованиям видеоадаптеров, поэтому для них разработана отдельная шина, получившая название AGP (Advanced Graphic Port – усовершенствованный графический порт).
· USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль). Этот стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс.
Функции микропроцессорного комплекта (чипсета). Большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, называющихся северный мост и южный мост.
· Северный мост управляет взаимосвязью четырех устройств: процессора, оперативной памяти, порта AGP и шины PCI.
· Южный мост. Он выполняет функции контроллера жестких и гибких дисков, функции моста ISA – PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и т.п.
Поддерживаемый диапазон частот системной шины. Это – величина, прямо связанная с частотой и скоростью процессора. Рабочая частота процессора, как отмечалось, представляет собой рабочую частоту системной платы, умноженную на зашитый в процессоре коэффициент.
Интерфейс – совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или частей.
В интерфейсе обычно предусмотрено сопряжение на двух уровнях:
- механическом (провода, элементы связи, типы соединений, разъемы, номера контактов ит.д.)
- логическом (сигналы, их длительность, полярности, частоты и амплитуда, протоколы взаимодействия).
Все интерфейсы ЭВМ можно разделить на внутренние и внешние:
- внутренние – система связи и сопряжения узлов и блоков ПК между собой;
- внешние – обеспечивают связь ПК с внешними (периферийными) устройствами и другими компьютерами.
Читайте также: