Шина данных на 100 устройство

S-100 (шина данных)

220px Cromemco Blitz Bus

S-100 — универсальная интерфейсная шина, спроектированная компанией MITS в 1974 году специально для Альтаир 8800, считающимся на сегодняшний день первым персональным компьютером. S-100 была первой интерфейсной шиной для микрокомпьютерной промышленности. Компьютеры с данной шиной состояли из процессора и карт расширений и были повторены многими производителями. Шина S-100 стала основой для создания собственных компьютеров и карт расширения самостоятельными энтузиастами (например, Homebrew Computer Club), что косвенно привело к микрокомпьютерной революции.

Содержание

Архитектура

По сути S-100 представляла разводку контактов процессора Intel 8080 в единую плату с унифицированными разъёмами, образуя слот расширения. S-100 обеспечивала 16 линий данных (две однонаправленных 8-битовых шины), 16 линий адреса (двунаправленная 16-битная адресная шина; при этом максимальное адресное пространство составляло 64 Кбайт), 3 линии питания, 8 линий для прерываний и 39 управляющих линий.

Для питания подключаемых плат расширений на шине присутствовали нестабилизированные +8 V и ±18 V. Стабилизация напряжения предполагалась в самих платах расширения к +5 V (при использовании TTL-логики) и ±12 V (как правило используемых в RS-232 линии, двигателями дисковода и др.).

Характеристики разъемов для подключения плат расширений:

В своё время, шина S-100 была очень популярна и применялась для широкого диапазона периферийных плат, она входила в состав плат памяти, устройств последовательного и параллельного интерфейсов, плат контроллеров гибких магнитных дисков, видео-плат, плат музыкальных синтезаторов и т. д.

Эта шина использовалась для микропроцессоров Intel 8080, Zilog Z80, Motorola 6500 и Motorola 6800. Некоторые фирмы создали на базе S-100 свои стандарты подобной шины. Одним из таких примеров может служить стандарт шины S-100/IEEE696, который разрабатывался в 1983 году. Полученная шина имела следующие характеристики:

Особенности

Полная спецификация этой шины включает до 100 сигналов. Рабочая частота при этом достигает 10 МГц. Шина S-100 и её модификации нашли применение при разработках небольших промышленных приложений. Основными достоинствами этой шины являются низкая цена и поддержка шины большим числом промышленных разработчиков.

Для сравнения стоит отметить что у компьютеров IBM PC AT и IBM PC XT системная шина была предназначена для одновременной передачи только 8 разрядов данных, так как используемый в компьютерах микропроцессор i8088 имел 8 линий данных. Кроме этого, системная шина включала 20 адресных линий, которые ограничивали адресное пространство пределом в 1 Мбайт. Для работы с внешними устройствами в этой шине были предусмотрены также 4 линии аппаратных прерываний и 4 линии для требования внешними устройствами прямого доступа в память (DМА — Direct Memory Access). Для подключения плат расширения использовались специальные 62-контактные разъемы. Заметим, что системная шина и микропроцессор синхронизировались от одного тактового генератора с частотой 4,77 МГц. Таким образом, теоретически скорость передачи данных могла достигать более 4,5 Мбайт/с.

Источник

Глава 1. Компьютер. Программное и аппаратное обеспечение

Магистраль: шина данных шина адреса и шина управления. Шины периферийных устройств

Вспомним, на прошлом уроке рассматривалось устройство материнской платы. Рассмотрим более подробно, какие же логические устройства можно установить на системную плату, т.к. системная плата наравне с процессором является основным устройством любого современного компьютера. Так же необходимость более подробного знакомства с системной платой обусловлено тем, что на системных платах реализуются шины различных типов. В гнёзда расширения системной платы устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п.

Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования быстродействия на системной плате, как было сказано на прошлом уроке, устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), вклю­чающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост). (см. рис. 1)

Северный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной шине. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота шины — 100 МГц).

Южный мост обеспечивает обмен информацией между се­верным мостом и портами для подключения периферийного оборудования.

Мышь и внешний модем подключаются к южному мосту с помощью последовательных портов, которые передают элек­трические импульсы, несущие информацию в машинном коде, последовательно один за другим. Обозначаются после­довательные порты как СОМ1 и COM2, а аппаратно реализуются с помощью 25-контактного и 9-контактного разъемов, которые выведены на заднюю панель системного блока.

Для подключения сканеров и цифровых камер обычно используется порт USB ( Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), который обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств.

Рассмотрим структуру магистрали (системной шины), т.к. модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации.

Магистраль

Системная магистраль осуществляет обмен данными между процессором или ОЗУ с одной стороны и контроллерами внешних устройств компьютера с другой стороны.

01 05 99

Рис 2. Магистрально-модульный принцип

Шина данных

По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении, т. е. шина данных является двунаправленной.

Читайте также:  Технические характеристики шаровых кранов danfos

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники.

За 25 лет, со времени создания первого персонального компьютера (1975г.), разрядность шины данных увеличилась с 8 до 64 бит.

К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с устройств ввода, пересылка данных на устройства вывода.

Шина адреса

Шина адреса предназначена для передачи по ней адреса того устройства (или той ячейки памяти), к которому обращается процессор. Адрес на нее выдает всегда только процессор. По шине данных передается вся информация. При операции записи информацию на нее выставляет процессор, а считывает то устройство (например, память или принтер), адрес которого выставлен на шине адреса. При операции чтения информацию выставляет устройство, адрес которого выставлен на шине адреса, а считывает процессор.

Таким образом, каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора, т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т. е. максимальный объем адресуемой памяти:

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 32 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:

N == 2 32 = 4 294 967 296 = 4 Гб

Аппаратно на системных платах реализуются шины различных типов. В компьютерах РС/286 использовалась шина ISA (Industry Standard Architecture), имевшая 16-разрядную шину данных и 24-разрядную шину адреса. В компьютерах РС/386 и РС/486 используется шина EISA (Extended Industry Standard Architecture), имеющая 32-разрядные шины данных и адреса. В компьютерах PC/ Pentium используется шина PCI (Peripheral Component Interconnect), имеющая 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.

Шина управления

По шине управления передаются сиг­налы такие, например, как сигналы чтения, записи, готовности, определяющие характер обмена информацией по ма­гистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами. Кроме того, каждое внешнее устройство, которому нужно обратиться к процессору, имеет на этой шине собственную линию. Когда периферийное устройство «хочет обратиться» к процессору, оно устанавливает на этой линии специальный сигнал (сигнал прерывания), заметив который, процессор прерывает выполняемые в этот момент действия и обращается (командой чтения или записи) к устройству.

Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти (см. таблицу). Убедившись, что шина в данный момент свободна, процессор помещает на шину адреса требуемый адрес и устанавливает необходимую служебную информацию (операция – чтение, устройство – ОЗУ и т.п.) на шину управления. Теперь ему остается только ожидать ответа от ОЗУ. Последний, “увидев” на шине обращенный к нему запрос на чтение информации, извлекает содержимое необходимой ячейки и помещает его на шину данных. Разумеется, реальный процесс значительно подробнее.

01 05 100

Особо отметим, что обмен по шине при определенных условиях и при наличии определенного вспомогательного оборудования может происходить и без непосредственного участия процессора, например, между устройством ввода и внутренней памятью.

Подчеркнем также, что описанная нами функциональная схема на практике может быть значительно сложнее. Современный компьютер может содержать несколько согласованно работающих процессоров, прямые информационные каналы между отдельными устройствами, несколько взаимодействующих магистралей и т.д. Тем не менее, если понимать наиболее общую схему, то разобраться в конкретной компьютерной системе будет уже легче.

Магистральная структура позволяет легко подсоединять к компьютеру именно те внешние устройства, которые нужны для данного пользователя. Благодаря ей удается скомпоновать из стандартных блоков любую индивидуальную конфигурацию компьютера.

Необходимость использования контроллеров вызвана тем, что функциональные и технические параметры компонентов компьютера могут существенно различаться, например, их быстродействие. Так, процессор может проводить сотни миллионов операций в секунду, тогда как пользователь может вводить с клавиатуры, в лучшем случае 2-3 знака в секунду. Контроллер клавиатуры как раз и обеспечивает согласование скорости ввода информации со скоростью ее обработки.

Контроллер жестких дисков обычно находится на системной плате. Существуют различные типы контроллеров жестких дисков, которые различаются по количеству подключаемых дисков, скорости обмена информацией, максимальной емкости диска и др.

Источник

5 Шины

5.1 Классификация шин

5.2 Основные характеристики шины

5.5 Шины ввода/вывода

5.5.6 Шина IEEE 1394

5.1 Классификация шин

Как уже отмечалось, совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым обмениваются информацией компоненты и устройства PC (рис. 1), называются шиной ( Bus ).

Шина предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом.

Обычно шина имеет места для подключения внешних устройств, которые в результате сами становятся частью шины и могут обмениваться информаци­ей со всеми другими подключенными к ней устройствами.

Читайте также:  Чарли шин последние новости видео

Линии шины делятся на три группы в зависимости от типа передаваемых данных:

ü Линии данных (шина данных)

ü Линии адреса (шина адреса)

ü Линии управления (шина управления)

Наличие трех групп линий является отличительным признаком шины от других систем соединения.

Шины в PC различаются по своему функциональному назначению.

ü Шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью.

ü Шины ввода/вывода подразделяются на стандартные и локальные.

0 5 shiny

Назначение линий шины

Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реализовать важней­шие ее свойства — возможность параллельного подключения практически неограниченного числа внешних устройств и обеспечение обмена информа­цией между ними.

Архитектура любой шины включает следующие компоненты:

ü Линии для обмена данными (шины данных)

ü Линии для адресации данных (шины адреса)

ü Линии для управления данными (шины управления)

Компьютеры с процессором 80286 имели 16-разрядную шину данных, с CPU 80386 и 80486 — 32-разрядную, а компьютеры с CPU семейства Pentium имеют уже 64-разрядную шину данных.

В двоичной системе счисления выражение для определения максимально адресуемого объема памяти выглядит следующим образом:

Объем адресуемой памяти = 2 n

n — число линий шины адреса.

Для успешной передачи данных не достаточно установить их на шине дан­ных и задать адрес на шине адреса. Для того чтобы данные были записаны (считаны) в регистры устройств, подключенных к шине, адреса которых указаны на шине адреса, необходим ряд служебных сигналов: записи/счи­тывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания, управления и инициализации контролле­ра DMA и др. Все эти сигналы передаются по шине управления.

5.2 Основные характеристики шины

Важнейшей характеристикой шины является разрядность шины (иногда го­ворят ширина шины), которая определяется количеством данных, параллель­но «проходящих» через нее. Здесь и в самом деле напрашивается прямое сравнение с автобусом ( bus — автобус, шина). Чем больше в автобусе посадочных мест, тем больше людей можно в нем перевезти.

Первая шина ISA для IBM PC была 8-разрядной, т. е. по ней можно было одновременно передавать лишь 8 бит. Шина ISA — 16-разрядная, а шины ввода/вывода VLB и PCI — 32-разрядные. Системные шины современных PC на базе процессоров пятого и шестого поколения — 64-разрядные.

Пропускная способность шины

Второй характеристикой шины является пропускная способность, которая оп­ределяется количеством бит информации, передаваемых по шине за секунду.

Для определения пропускной способности шины необходимо умножить тактовую частоту шины на ее разрядность. Например, для 16-разрядной шины ISA пропускная способность определяется так:

(16 бит х 8,33 МГц) : 8 = (133,28 Мбит/с) : 8 = 16.66 Мбайт/с

Это электрические и временные параметры, набор управляющих сигналов, протокол обмена данными и конструктивные особенности подключения. При этом обмен данными между компонентами PC возможен только в слу­чае совместимости их интерфейсов.

ü Передача информации осуществляется на обоих фронтах сигнала, что позволяет вдвое увеличить пропускную способность шины. Спецификация шины позволяет повысить ее тактовую частоту до 377 МГц.

5.5 Шины ввода/вывода

Как известно, пропускная способность шины определяет производитель­ность всей системы. Очевидно, что при этой разрядности и тактовой частоте 4,77 МГц пропускная способность шины очень низкая.

На этом основании короткие 8-разрядные карты можно устанавливать в 16-разрядный слот. Сделать это наоборот, конечно же, невозможно.

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, по одной из линий шины управления передается сигнал записи WR (строб записи). Причем контроль записи (проверка. успели записаться данные или нет) не производится. Поэтому тактовая час­тота шины ISA выбрана равной 8,33 МГц, чтобы даже самые медленные устройства гарантированно успевали производить по шине обмен данными (командами).

В современных материнских платах тактовая частота шины PCI задается как половина тактовой частоты системной шины, т. е. при тактовой частоте сис­темной шины 66 МГц шина PCI будет работать на частоте 33 МГц, при час­тоте системной шины 75 МГц — 37,5 МГц.

Основополагающим принципом, положенным в основу шины PCI, является применение так называемых мостов ( Bridges ), которые осуществляют связь между шиной PCI и другими шинами (например, PCI to ISA Bridge ).

В настоящее время шина PCI стала стандартом де-факто среди шин ввода/вывода. Поэтому рассмотрим ее архитектуру (рис.2) несколько подробнее.

ü В соответствии со спецификацией PCI 1.0 шина PCI — 32-разрядная, а РС1 2.0 64-разрядная. Таким образом, полоса пропускания шины составляет, со­ответственно, 33 Мгц х(32 бит: 8) — 132 Мбайт/с и 33 МГц х(64 бит: 8) = == 264 Мбайт/с.

1 5 shiny

ü Система PCI использует принцип временного мультиплексирования, т. е. когда для передачи данных и адресов применяются одни и те же линии.

PCI закрепилась и в «параллельном» компьютерном мире. Фирмы DEC и Apple заявили, что будут использовать шину PCI в своих компьютерах.между ним и шиной PCI мост ( Host Bridge Cash e / DRAM Controller ). Про­цессор может продолжать работу и тогда, когда происходит запись

2 5 shiny

Рис.3 Структурная схема видеосистемы на основе шины AGP

отличий от шины PCI, позволяющих в несколько раз увеличить пропускную способность.

ü Использование более высоких тактовых частот (режимы 2, 4)

ü Демультиплексирование (режим SBA )

Читайте также:  Что делать если акпп подпинывает

ü Пакетная передача данных

ü Режим прямого исполнения в системной памяти ( DiME )

Рассмотрим эти особенности более подробно.

Если шина PCI в стандартном варианте (32-разрядная) имеет тактовую час­тоту 33 МГц, что обеспечивает теоретически пропускную способность шины PCI 33х32 = 1056 бит/с = 132 Мбайт/с, то шина AGP тактируется сигналом с частотой 66 МГц, поэтому ее пропускная способность составляет 66х32 = = 264 Мбайт/с, (это соответствует так называемому режиму 1х). Помимо ре­жима 1х, стандартом AGP Revision 1.0 предусмотрен режим 2х. при котором передача данных производится не только по переднему, но и по заднему фронту тактового импульса. В режиме 2 эквивалентная тактовая частота со­ставит 132 МГц, а пропускная способность — 528 Мбайт/с. Заметим, что режим 2 идеально подходит для процессоров семейства Pentium и старше, у которых внешняя шина данных, как известно, является 64-разрядной, позволяет за один такт выполнить две 32-разрядных, команды или обработать два 32-разрядных слова.

В последних версиях шины AGP ( AGP Revision 2.0), использующих пони­женное напряжение питания. За один такт синхронизации удается выпол­нить уже не две, а четыре передачи (режим 4х), при этом скорость передачи данных через шину составляет около

Pipelining — конвейерная (пакетная) передача данных

При обращении к памяти через шину ввода/вывода обязательно возникают задержки, т. е. между моментом выставления кода адреса и моментом полу­чения кода данных проходит какое-то время. При обмене через шину PCI эта задержка возникает при каждом обращении. Шина AGP, в отличие от PCI, предусматривает pipelining — конвейерную (пакетную) передачу данных (рис. 5.8), при которой новый запрос (код адреса) выставляется на шине сразу же после предыдущего, т. е. запросы выстраиваются в очередь (ее длина мо­жет достигать 256). Все запрошенные данные передаются по шине также в виде непрерывного пакета. В результате этого задержка получения данных может возникнуть только один раз, что значительно повышает скорость обме­на данными через шину AGP по сравнению с обменом через шину PCI.

‘Как известно, шина PCI является мультиплексированной (переключаемой):

одни и те же 32 линии ADO — AD 31 сначала используются для передачи кода адреса, а затем — кода данных. Иногда такой режим называют AD ( Address — Data ).

Рис. 4 Архитектура шины USB

полного демультиплексирования надо выделить 32 линии вместо 8, а это весьма дорого).

Режим SBA используется только в режиме 2х, причем при пакетной переда­че. Для выполнения адресации в режиме SBA используется три такта син­хронизации (при этом, с учетом режима 2х, по проводам SBO — SB7 переда­ется 6 байт). В течение первых двух тактов передаются 4 байта адреса, а в течение третьего такта — 1 байт длины запроса и 1 байт команды. Провода ADO — AD 31 шины AGP в режиме SBA используются исключительно для передачи данных, поэтому скорость передачи данных в данном режиме су­щественно выше, чем в режиме AD.

Для использования шины USB под управлением операционных систем Win ­ dows 95/98, Windows NT и OS/2 Warp разработаны специальные драйверы.

В отличие от рассмотренных выше шин, шина SCSI реализована в виде ка­бельного шлейфа. С шиной PC ( ISA или PCI ) шина SCSI связывается через хост-адаптер ( Host Adapter ). Каждое устройство, подключенное к шине, имеет свой идентификационный номер ( ID ). Обычно хост-адаптеру, который дол­жен иметь высший приоритет, назначается ID 7. Типичные назначения ID для различных устройств приведены в табл. 5.7. Любое устройство,

Как видно из рис. 5 скорость обмена данными через интерфейс SCSI ограничена производительностью шины ввода/вывода. Таким образом, дан­ные могут передаваться, например, по 16-разрядной шине SCSI со ско­ростью до 20 Мбайт/с.

Увеличение пропускной способности шины SCSI привело к уменьшению максимально допустимой длины кабеля. В связи с этим был разработан новый метод дифференциальной передачи данных, получивший название LVD ( Low Voltage Differential ). Применение данного метода позволило удвоить пропуск­ную способность шины до 40 Мбайт/с для спецификации Ultra 2 SCSI и 80 Мбайт/с для Wide Ultra2 SCSI (или Fast 80).

ü Двойная синхронизация при передаче данных ( Double Transition Clocking )

ü Контроль целостности данных за счет использования циклического кода с избыточностью ( CRC )

ü Контроль окружения ( Domain Validation ), который заключается в провер­ке возможностей соединительных кабелей, терминаторов, карт с целью обеспечения оптимальной производительности шины.

Следующим развитием шины SCSI явилась Ultra 320. В табл. 5.8 приведены основные характеристики различных спецификаций шины SCSI (слово » Narrow » перед названием 8-разрядной шины SCSI обычно опускается).

Шина IEEE 1394 построена по разветвляющейся топологии и позволяет ис­пользовать до 63 узлов в цепочке. К каждому узлу можно подсоединить до 116-ти устройств. Если этого недостаточно, то можно дополнительно под­ключить до 1023 шинных перемычек, которые могут соединять более 64 000 узлов. Для передачи сигналов без искажений длина стандартного кабеля, соединяющего два узла, не должна превышать 4,5 м.

1 Опишите классификацию шин.

2 Как различают шины по функциональному назначению?

3 Какие компоненты включает архитектура шины?

4 Опишите шину данных.

5 Опишите шину адреса.

6 Опишите шину управления.

7 Опишите основные характеристики шины.

8 Дайте определение интерфейса.

9 Опишите системные шины.

11 8- и 16-разрядные шины.

13 В чем состоит особенность шины А G Р?

14 Опишите шину USB .

16 Укажите особенность шины IEEE 1394.

Источник

Оцените статью
Adblock
detector