В чем достоинства и недостатки шины vlb

Шина vlb

Delphi site: daily Delphi-news, documentation, articles, review, interview, computer humor.

Локальная шина VESA, или VLB (VESA Local Bus), разработана Ассоциацией стандартов видеоэлектроники (Video Electronics Standart Assotiation, VESA), основанной в начале 1980-х гг. Необходимость создания VLB была вызвана тем, что передача видеоданных по шине ISA осуществлялась слишком медленно. Однако в настоящее время шина VLB не используется.

Локальная шина VLB представляет собой не новое устройство на материнской плате, а, скорее, расширение шины ISA для обмена видеоданными. Обмен информацией с CPU осуществляется под управлением контроллеров, расположенных на картах, устанавливаемых в слот VLB, напрямую в обход стандартной шины ввода/вывода. Шина VLB является 32-разрядной и работает на тактовой частоте процессора. Кроме того, передача данных по этой шине невозможна без использования линий шины ISA, по которым передаются уже известные сигналы адресов и управления.

Согласно спецификации VESA, тактовая частота локальной шины не должна превышать 40 МГц. Для большинства материнских плат, имеющих процессор с тактовой частотой 50 МГц, особых проблем обычно не возникает, причем, как правило, эти материнские платы оборудованы двумя слотами VLB.

Едва карта VLB успела закрепиться на рынке, как появилась уже новая шина PCI (Peripheral Component Interconnect). Она была разработана фирмой Intel для своего нового высокопроизводительного процессора Pentium. Шина РС1, в отличие от EISA и VLB, представляет собой не дальнейшее развитие шины ISA, а совершенно новую шину.

Основополагающим принципом, положенным в основу шины РС1, является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь между шиной РС1 и другими шинами (например, PCI to ISA Bridge).

Важной особенностью шины РС1 является то, что в ней реализован принцип Bus Mastering, который подразумевает способность внешнего устройства при пересылке данных управлять шиной (без участия CPU). Во время передачи информации устройство, поддерживающее Bus Mastering, захватывает шину и становится главным. При таком подходе центральный процессор освобождается для выполнения других задач, пока происходит передача данных.

Применительно к устройствам IDE (например, винчестер, CD-ROM) Bus Mastering IDE означает наличие определенных схем на материнской плате, позволяющих осуществлять передачу данных с жесткого диска в обход CPU. Это особенно важно при использовании многозадачных операционных систем типа Windows.

В настоящее время шина РС1 стала стандартом де-факто среди шин ввода/вывода. Поэтому рассмотрим ее архитектуру (рис. 5.3) несколько подробнее.

В чем же секрет победного шествия шины РС1 в мире PC? Ответить можно так.

— В шине РС1 используется совершенно отличный от шины ISA способ пе редачи данных. Этот способ, называемый «способом рукопожатия», заключается в том, что в системе определяются два устройства: инициатор (Iniciator) и исполнитель (Target). Когда инициирующее устройство готово к передаче, оно выставляет данные на линии данных и сопровождает их соответствующим сигналом (Indicator Ready), при этом исполняющее (подчиненное) устройство записывает данные в свои регистры и подает сигнал Target Ready, подтверждая запись данных и готовность к приему следующих. Установка всех сигналов, а также чтение/запись данных производятся строго в соответствии с тактовыми импульсами шины, частота которых равна 33 МГц (сигналу CLK).

— Основное преимущество PCI-технологии заключается в относительной независимости отдельных компонентов системы. В соответствии с концепцией PCI, передачей пакета данных управляет не CPU, а включенный между ним и шиной PCI мост (Host Bridge Cashe/DRAM Controller). Процессор может продолжать работу и тогда, когда происходит запись данных в RAM (или их считывание) либо при обмене данными между двумя любыми компонентами системы.

— (64 бит : 8) = 64 Мбайт/с.

— Шина PCI универсальна. Поскольку системная шина и шина PCI соединены с помощью главного моста (Host-Bridge), то последняя является самостоятельным устройством и может использоваться независимо от типа CPU.

Рис. 5.3. Архитектура шины PCI

— В соответствии со спецификацией РС1 5.0, ширина шины увеличена до 64 разрядов, слоты РС1 имеют дополнительные контакты, на которые подается напряжение 3,3 В. Большинство современных микросхем PC работает при таком напряжении.

— Система РС1 использует принцип временного мультиплексирования, т. е. когда для передачи данных и адресов применяются одни и те же линии.

— Важным свойством шины РС1 является ее интеллектуальность, т. е. она в состоянии распознавать аппаратные средства и анализировать конфигурации системы в соответствии с технологией Plug&Play, разработанной корпорацией Intel.

Источник

Локальные шины VLB и PCI

Попытки улучшить системные шины за счет создания шин MCA и EISA имели ограниченный успех и кардинальным образом не решали проблемы. Все описанные ранее шины имеют общий недостаток — сравнительно низкую пропускную способность, поскольку они разрабатывались в расчете на медленные процессоры. В дальнейшем быстродействие процессора возрастало, а характеристики шин улучшались в основном экстенсивно, за счет добавления новых линий. Препятствием для повышения частоты шины являлось огромное количество выпущенных плат, которые не могли работать на больших скоростях обмена (MCA это касается в меньшей степени, но в силу вышеизложенных причин эта архитектура не играла заметной роли на рынке). В то же время в начале 90-х гг. в мире персональных компьютеров произошли изменения, потребовавшие резкого увеличения скорости обмена с устройствами:

Очевидным выходом из создавшегося положения является следующий — осуществлять часть операций обмена данными, требующих высоких скоростей, не через шину ввода-вывода, а через шину процессора, примерно так же, как подключается внешний кэш. При этом шина работает с частотой, соответствующей тактовой частоте процессора. Передачей данных управляет не центральный процессор, а плата расширения (мост), который высвобождает микропроцессор для выполнения других работ. Локальная шина обслуживает наиболее быстрые устройства: память, дисплей, дисковые накопители, при этом обслуживание сравнительно медленных устройств — мышь, модем, принтер и др. — производится системной шиной типа ISA (EISA).

Такая конструкция получила название локальной шины (Local Bus) — рис. 4.11, б.

Локальная шина не заменяла собой прежние стандарты, а дополняла их. Основными шинами по-прежнему оставались ISA или EISA, но к ним добавлялись один или несколько разъемов (слотов) локальной шины. Первоначально эти разъемы использовались почти исключительно для установки видеоадаптеров, при этом к 1992 г. было разработано несколько несовместимых между собой вариантов локальных шин, исключительные права на которые принадлежали фирмам-изготовителям. Отсутствие стандарта сдерживало распространение локальных шин, поэтому ассоциация VESA (Video Electronic Standard Association), представляющая более 100 компаний, предложила в августе 1992 г. свою спецификацию локальной шины.

Локальная шина VESA (VL-bus, VLB). Исторически появилась первой и была создана специально для лучшего микропроцессора того времени 486DX2. В зависимости от используемого центрального процессора тактовая частота шины может составлять от 20 до 66 МГц.

Стандарт шины VL 1.0 поддерживает 32-разрядный тракт данных, но его могут использовать и 16-разрядные устройства. Стандарт 2.0 рассчитан на 64-битовую шину в соответствии с новыми процессорами. Спецификация 1.0 ограничена частотой 40 МГц, а 2.0 — 50 МГц. В спецификации 2.0 шина поддерживает до 10 устройств, 1.0 — только три. Устойчивая скорость передачи составляет до 106 Мбайт/с (для 64-разрядной шины — до 260 Мбайт/с).

Шина VLB явилась шагом вперед по сравнению с ISA как по производительности, так и по дизайну. Одним из преимуществ шины являлось то, что она позволяла создавать карты, работающие с существующими чипсетами и не содержащие большого количества схем дорогостоящей управляющей логики. В результате VL-карты получались дешевле аналогичных EISA-карт. Несмотря на недостатки, VL-bus была несомненным лидером на рынке, так как позволяла устранить узкое место сразу в двух подсистемах — видеоподсистеме и подсистеме обмена с жестким диском. Однако лидерство было недолгим, поскольку корпорация Intel разработала свою новинку — шину PCL

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus). Разработка шины PCI началась весной 1991 г. как внутренний проект корпорации Intel. Специалисты компании поставили перед собой цель разработать недорогое решение, которое бы позволило полностью реализовать возможности нового поколения процессоров 486/Pentium/P6. Особенно подчеркивалось, что разработка проводилась «с нуля», а не была попыткой установки «заплат» на существующие решения. В результате шина PCI появилась в июне 1992 г. (R1.0). Разработчики Intel отказались от использования шины процессора и ввели еще одну «антресольную» (mezzanine) шину. При разработке шины в ее архитектуру были заложены передовые технические решения, позволяющие повысить пропускную способность (рис. 4.12).

Основные возможности шины следующие:

• синхронный 32- или 64-разрядный обмен данными (64-раз-рядная шина в настоящее время используется только в Alpha-системах и серверах на базе процессоров Intel Xeon).

Рис. 4.12. Архитектуры шин PCI (У); PCI-E (2)

При этом для уменьшения числа контактов (и стоимости) используется мультиплексирование, т. е. адрес и данные передаются по одним и тем же линиям;

Известны также более поздние разновидности — PCI-Х и PCI-Express, кроме того, к данному типу относится и PCMCIA — стандарт на шину для ноутбуков. Она позволяет подключать расширители памяти, модемы, контроллеры дисков и стримеров, SCSI-адаптеры, сетевые адаптеры и др.

PCI-X. PCI-Х не только увеличивает скорость PCI-шины, но также и число высокоскоростных слотов. В обычной шине

Рис. 4.13. Разъемы шины РС1 (а), типичное РС1-устройство (б)

РС1-слоты работают на 33 МГц, а один слот может работать при 66 МГц. РС1-Х удваивает производительность стандарта РС1, поддерживая один 64-битовый слот на частоте 133 МГц, а общую производительность увеличивает до 1 Гбайт/с. Данная спецификация также предлагает расширенный протокол для увеличения эффективности передачи данных и упростить электрические требования.

AGP (Accelerated graphics port)

Несмотря на разрядность и скорость шины PCI, оставалась задача, которая выходила за пределы ее возможностей — передача графической информации. Если адаптер CGA (4 = 2 2 цвета, экран 320 X 200 точек, частота 60 Гц) требует пропускную способность 2 X 320 X 200 X 60 = 7 680 000 бит/с = 960 Кбайт/с, то адаптер XGA (2 16 цветов, экран 1024 х 768 пикселей, частота 75 Гц) требует 16 X 1024 X 758 X 75 = 9 433 718 400 бит/с « 118 Мбайт/с. В то же время пиковая пропускная способность PCI составляла до 132 Мбайт/с.

Фирмой Intel было предложено решение в виде AGP — Accelerated graphics port (порт ускоренного графического вывода). Появление шины AGP в начале 1998 г. было своеобразным прорывом в области обработки графики. При частоте шины в 66 МГц она была способна передавать два блока данных за один такт. Пропускная способность шины составляет 500 Мбайт/с (V2.0) при двух режимах работы — DMA и Execute. На сегодняшний день существует стандарт AGP 4-х (поддерживаемый новыми чипсетами Intel и Via), позволяющий повысить пропускную способность до 1 Гбайт/с.

Схемы AGP взаимодействуют непосредственно с четырьмя источниками информации (Quadro port acceleration, рис. 4.14):

Процессор Pentium 1 Гбайт/с

528 Мбайт/с Схемы AGP 528 Мбайт/с

Графическая плата ранее помещалась здесь

Рис. 4.14. Схема взаимодействия элементов с использованием AGP

AGP функционирует на скорости процессорной шины (FSB). При тактовой частоте 66 МГц, например, это в 2 раза выше, чем скорость PCI, и позволяет достигать пиковой пропускной способности в 264 Мбайт/с. В графических картах, специально спроектированных для AGP, передача происходит как по переднему, так и по заднему фронту тактовых импульсов ЦП, что позволяет при частоте 133 МГц осуществлять передачу со скоростью до 528 Мбайт/с («2-х графика»). В дальнейшем была выпущена версия AGP 2.0, которая поддерживала «4-х графику», или четырехкратную передачу данных за один такт ЦП.

Стандарт PCI Express (PCI-Е) определяет гибкий, масштабируемый, высокоскоростной, по-

* •&#*** следовательныи, «горячего подключения» интерфейс, программно-совместимый с РСІ. В отличие от предшественника, РСІ-Е поддерживает систему связи «точка—точка», подобную ГиперТранспорту АМО, а не многоточечную схему, используемую в параллельной шинной архитектуре. Это устраняет потребность в шинном арбитраже, обеспечивает низкое

Рис. 4.15. Разъемы PCI Express х12 lane (/), х4 (2), х16 (3) и 32-разрядной

время ожидания и упрощает «горячее» подключение-отключение системных устройств (рис. 4.15).

Ожидается, что одним из последствий этого будет сокращение площади платы на 50 %. Архитектура PCI Express обеспечивает полную полосу пропускания 16 Гбайт/с — топология шины PCI-E содержит главный мост (Host Bridge) и несколько оконечных пунктов (устройств ввода-вывода). Многократные соединения «точка—точка» вводят новый элемент — переключатель (ключ, switch) в топологию системы ввода-вывода (см. рис. 4.12, 2).

Интерфейс PCI-Е включает пары проводов — каналы (lane), причем единственная пара (РСХ-lane) представляет собой интерфейс PCX lx (800 Мбайт/с). Каналы могут быть соединены параллельно и максимум (32 канала — PCX 32х) обеспечивает полную пропускную способность 16 Гбайт/с, достаточную, чтобы поддерживать требования систем связи в обозримом будущем.

Одним из направлений развития PCI-Е является замена AGP (рис. 4.16). Действительно, 8 Гбайт/с двунаправленной пропускной способности достаточно для поддержки телевидения высокого разрешения (HDT). При этом данные технологии характеризуются следующими особенностями:

Известны прогнозы о том, что PCI Express в дальнейшем сможет заменить в чипсетах контроллер внешних устройств «Southbridge», но это не повлияет на функции контроллера оперативной памяти «Northbridge».

Графическая карта AGP 8х

Передача изображений, текстур и пр.

Графическая карта PCI Express

i915G Express chipset

Рис. 4.16. Архитектуры видеосистем на основе PCI Express

В традиционной архитектуре с «Северным» и «Южным» мостами транзакции памяти должны проходить через микросхему «Северного моста» (см. рис. 2.3, г), что вызывает дополнительные задержки и снижает потенциальную производительность. Чтобы избавиться от этого «узкого места» производительности, корпорация AMD интегрировала контроллер памяти в процессоры AMD64 (см. рис. 3.57). Прямой доступ к памяти позволяет существенно уменьшить задержки при обращении процессора к памяти. С увеличением тактовой частоты процессоров задержки станут еще меньше.

В основу шины HyperTransport — универсальной шины межчипового соединения — положено две концепции: универсальность и масштабируемость. Универсальность шины HyperTransport заключается в том, что она позволяет связывать между собой не только процессоры, но и другие компоненты материнской платы. Масштабируемость шины состоит в том, что она дает возможность наращивать пропускную способность в зависимости от конкретных нужд пользователя.

ГиперТранспорт реализован в версиях 1.0, 2.0, и 3.0 (3.1), работающих на частотах от 200 МГц до 2,6 (3,2) ГГц, при этом может быть использована также опция удвоенной скорости (Double Data Rate — DDR), что подразумевает передачу данных как по переднему, так и по заднему фронтам тактовых импульсов (т. е. при частоте 2,6 ГГц скорость составляет 5,2 GigaTransfers, или гигапередач данных).

Спецификация HyperTransport 2.0 использует рабочую частоту 1,4 ГГц (DDR). Версия 3.0 может работать на частотах 1,8; 2,0; 2,4 или 2,6 ГГц, обеспечивая на предельной частоте ширину пропускания в 41,6 Гбайт/с. Увеличена максимальная длина шины (до 1 м на максимальной частоте без потери эффективности). Улучшена поддержка многопроцессорных конфигураций, в которых шина сможет быть автоматически сконфигурирована для достижения наибольшей производительности. Устройства, подключенные к HyperTransport 3.0, смогут более экономично потреблять энергию (динамическое управление питанием), а также предусмотрено горячее подключение устройств.

Масштабируемость шины HyperTransport обеспечивается посредством магистрали шириной 2, 4, 8, 16 и 32 бит в каждом направлении (рис. 4.17).

Устройства, связываемые по шине HyperTransport, соединяются по принципу «точка—точка» (peer-to-peer), что подразумевает возможность связывания в цепочку множества устройств без использования специализированных коммутаторов. Передача и прием данных могут происходить в асинхронном режиме, причем передача осуществляется пакетами, которые всегда состоят из совокупности 32-разрядных слов (независимо от разрядности интерфейса и реального содержания передаваемых данных). Первое слово пакета представляет собой команду, а если пакет содержит адрес, последние 8 разрядов командного слова присоединяются к следующим 32 разрядам, образуя 40-битовый адрес. При необходимости подсоединяются дополнительные разряды, чтобы образовать 64-битовый адрес. Остающиеся 32-битовые слова представляют собой передаваемые

Источник

В чем достоинства и недостатки шины vlb

По шине передаются как данные, так и управляющие сигналы.

Работа шины осуществляется в соответствии с определенными правилами, регламентированными стандартами.

Наиболее распространены три основных стандарта системной шины для IBM- совместимых ПК:

Industry Standard Architecture (ISA);

Extended Industry Standard Architecture (EISA);

Micro Channel Architecture (MCA).

Развитие вычислительной техники и расширение области применения ПК сопровождаются увеличением потоков информации и скорости передачи данных между процессором, внутренней и внешней памятью, устройствами ввода/вывода и т. д. Однако данное увеличение сдерживается ограниченной пропускной способностью указанных системных шин. Все это требует новых архитектурных решений, обеспечивающих повышение производительности ПК.

К основным недостаткам шины VLB следует отнести следующие: несовместимость и слабую нагрузочную способность VLB. Действительно, поскольку быстродействие VLB связано с тактовой частотой процессора, контроллеры, подключаемые к шине VLB, должны были обеспечивать работу на этой частоте. На других ПК частота могла отличаться. Слабая нагрузочная способность VLB в основном была связана с тем, что данная шина фактически являлась продолжением контактов собственной шины процессора ПК, что и отражено на приведенном рисунке. Кстати, этим объясняется совпадение частоты шины VLB и внешней тактовой частоты процессора. Каждое подключаемое устройство является дополнительной нагрузкой и искажает форму передаваемых процессором сигналов (их фронтов). Именно поэтому число подключаемых к локальной шине VLB устройств ограничено: стандарт VLB предусматривает подключение к данной шине не более трех устройств, обычно это одно или два устройства. Как правило, это контроллеры монитора и жестких дисков.

Стандарт PCI предусматривает конфигурирование устройств, подключаемых к компьютеру, программным способом, что соответствует концепции plug-and-play ( включил и работай). При этом в момент обнаружения нового устройства персональный компьютер без перезагрузки и выхода из текущего приложения должен установить параметры, необходимые для работы устройств в составе системы: номера прерываний IRQ, номера каналов прямого доступа DMA и т. д. Для реализации этой возможности необходимо, чтобы аппаратно-программное обеспечение ПК ( BIOS и ОС) поддерживало plug-and-play. К операционным системам, поддерживающим ряд спецификаций технологии plug-and-play, относятся, например, Windows 95, Windows 98 и OS/2 Warp.

Шина PCI архитектурно сложнее. Однако фирма Intel выпустила ряд специализированных микросхем для шины PCI, упростив тем самым ее реализацию. Это позволило шине PCI полностью вытеснить шину VLB из архитектуры ПК.

Архитектура современных ПК, ориентированная на использование в своем составе локальных шин, способствует повышению общей производительности компьютеров. В результате системные и прикладные программы выполняются значительно быстрее.

Кстати, необходимо отметить, что в современных материнских платах частота шины PCI задается через частоту шины процессора.

Конфигурации ПК с несколькими шинами, например с ISA и PCI, позволили сочетать высокую производительность компьютеров с аппаратной и программной совместимостью широкого спектра контроллеров и узлов ПК, обладающих разными скоростными и электрическими характеристиками.

В настоящее время локальные шины уже не выделяют в отдельный вид. Эти шины считают такими же системными шинами, как и традиционные ISA.

Источник

Типы и характеристики стандартных шин. Сравнение и характеристики шин В чем достоинства и недостатки шины vlb

Локальная шина VESA, или VLB (VESA Local Bus), разработана Ассоциацией стандартов видеоэлектроники (Video Electronics Standart Assotiation, VESA), основанной в начале 1980-х гг. Необходимость создания VLB была вызвана тем, что передача видеоданных по шине ISA осуществлялась слишком медленно. Однако в настоящее время шина VLB не используется.

Локальная шина VLB представляет собой не новое устройство на материнской плате, а, скорее, расширение шины ISA для обмена видеоданными. Обмен информацией с CPU осуществляется под управлением контроллеров, расположенных на картах, устанавливаемых в слот VLB, напрямую в обход стандартной шины ввода/вывода. Шина VLB является 32-разрядной и работает на тактовой частоте процессора. Кроме того, передача данных по этой шине невозможна без использования линий шины ISA, по которым передаются уже известные сигналы адресов и управления.

Согласно спецификации VESA, тактовая частота локальной шины не должна превышать 40 МГц. Для большинства материнских плат, имеющих процессор с тактовой частотой 50 МГц, особых проблем обычно не возникает, причем, как правило, эти материнские платы оборудованы двумя слотами VLB.

Едва карта VLB успела закрепиться на рынке, как появилась уже новая шина PCI (Peripheral Component Interconnect). Она была разработана фирмой Intel для своего нового высокопроизводительного процессора Pentium. Шина РС1, в отличие от EISA и VLB, представляет собой не дальнейшее развитие шины ISA, а совершенно новую шину.

Основополагающим принципом, положенным в основу шины РС1, является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь между шиной РС1 и другими шинами (например, PCI to ISA Bridge).

Важной особенностью шины РС1 является то, что в ней реализован принцип Bus Mastering, который подразумевает способность внешнего устройства при пересылке данных управлять шиной (без участия CPU). Во время передачи информации устройство, поддерживающее Bus Mastering, захватывает шину и становится главным. При таком подходе центральный процессор освобождается для выполнения других задач, пока происходит передача данных.

Применительно к устройствам IDE (например, винчестер, CD-ROM) Bus Mastering IDE означает наличие определенных схем на материнской плате, позволяющих осуществлять передачу данных с жесткого диска в обход CPU. Это особенно важно при использовании многозадачных операционных систем типа Windows.

В настоящее время шина РС1 стала стандартом де-факто среди шин ввода/вывода. Поэтому рассмотрим ее архитектуру (рис. 5.3) несколько подробнее.

В чем же секрет победного шествия шины РС1 в мире PC? Ответить можно так.

В шине РС1 используется совершенно отличный от шины ISA способ пе редачи данных. Этот способ, называемый «способом рукопожатия», заключается в том, что в системе определяются два устройства: инициатор (Iniciator) и исполнитель (Target). Когда инициирующее устройство готово к передаче, оно выставляет данные на линии данных и сопровождает их соответствующим сигналом (Indicator Ready), при этом исполняющее (подчиненное) устройство записывает данные в свои регистры и подает сигнал Target Ready, подтверждая запись данных и готовность к приему следующих. Установка всех сигналов, а также чтение/запись данных производятся строго в соответствии с тактовыми импульсами шины, частота которых равна 33 МГц (сигналу CLK).

Основное преимущество PCI-технологии заключается в относительной независимости отдельных компонентов системы. В соответствии с концепцией PCI, передачей пакета данных управляет не CPU, а включенный между ним и шиной PCI мост (Host Bridge Cashe/DRAM Controller). Процессор может продолжать работу и тогда, когда происходит запись данных в RAM (или их считывание) либо при обмене данными между двумя любыми компонентами системы.

— (64 бит: 8) = 64 Мбайт/с.

Шина PCI универсальна. Поскольку системная шина и шина PCI соединены с помощью главного моста (Host-Bridge), то последняя является самостоятельным устройством и может использоваться независимо от типа CPU.

Рис. 5.3. Архитектура шины PCI

В соответствии со спецификацией РС1 5.0, ширина шины увеличена до 64 разрядов, слоты РС1 имеют дополнительные контакты, на которые подается напряжение 3,3 В. Большинство современных микросхем PC работает при таком напряжении.

Система РС1 использует принцип временного мультиплексирования, т. е. когда для передачи данных и адресов применяются одни и те же линии.

Важным свойством шины РС1 является ее интеллектуальность, т. е. она в состоянии распознавать аппаратные средства и анализировать конфигурации системы в соответствии с технологией Plug&Play, разработанной корпорацией Intel.

Локальная шина VLB

Локальная шина стандарта VLB (VESA Local Bus, VESA – Video Equipment Standart Association – Ассоциация стандартов видеооборудования) разработана в 1992 году. Главным недостатком шины VLB является невозможность её использования с процессорами, пришедшими на замену МП 80486 или существующими параллельно с ним (Alpha, PowerPC и др.).

Шины ввода-вывода ISA, MCA, EISA имеют низкую производительность, обусловленную их местом в структуре PC. Современные приложения (особенно графические) требуют существенного повышения пропускной способности, которое могут обеспечить современные процессоры. Одним из решений проблемы повышения пропускной способности было применение в качестве шины подключения периферийных устройств локальной шины процессора 80486. Шину процессора использовали как место подключения встроенной периферии системной платы (контроллер дисков, графического адаптера).

Шину VLB обычно использовали для подключения графического адаптера и контроллера дисков. Адаптеры локальных сетей для VLB практически не встречаются. Иногда встречаются системные платы, у которых в описании указано, что они имеют встроенный графический и дисковый адаптер с шиной VLB, но самих слотов VLB нет. Это означает, что на плате установлены микросхемы указанных адаптеров, предназначенные для подключения к шине VLB. Такая неявная шина по производительности, естественно, не уступает шине с явными слотами. С точки зрения надежности и совместимости это даже лучше, поскольку проблемы совместимости карт и системных плат для шины VLB стоят особенно остро.

Accelerated Graphics Port (AGP)

Конструктивное исполнение представляет собой отдельный слот с питанием 3.3 V, напоминающий слот PCI, но на самом деле никак с ним несовместимом. Обычная видеокарта не может быть установлена в этот слот и наооборот.

Кроме «классического» способа адресации, как на PCI, в AGP может использоваться режим sideband addressing, называемый «адресацией по боковой полосе». При этом используются специальные, отсутствующие в PCI, сигналы SBA (SideBand Addressing). В отличие от шины PCI на AGP присутствует конвейрная обработка данных.

Обычная память (даже SDRAM) существенно дешевле, чем видеопамять для графических карт.

AGP быстро прижился в обыкновенных настольных системах из-за своей дешевизны и скорости, а видеокарты на AGP почти вытеснили обычные PCI- видеокарты.

Издание: Архитектура ПК, комплектующие, мультимедиа

Шины ISA, EISA, MCA

Наиболее распространены три основных стандарта системной шины для IBM-совместимых ПК:

Шины VLB, PCI

Host-bus

Частотные параметры процессоров Pentium

Необходимо учитывать, что снижение производительности компьютера за счет уменьшения внешней частоты процессора и шины может быть более значительным, чем рост общей производительности за счет увеличения внутренней частоты процессора.

Dual Independent Bus

Для полного раскрытия потенциальных возможностей шины AGP целесообразно использовать высокопроизводительные процессор и соответствующий чипсет, например такие, как Pentium II с частотой 400 МГц и i440BX с частотой хост-шины (FSB) 100 МГц.

USB, IEEE 1394

Перспективы

Что такое локальная шина?

В данном разделе мы рассмотрим вопросы, связанные с использованием современных системных локальных шин для персональных компьютеров (ПК или, по английски, PC), дадим их сравнительную характеристик и перейдем к проблемам использования шины PCI, так именно по данная шина занимает лидирующее положение на рынке настольных ПК.

Прежде, чем начать обзор шин для персональных компьютеров, необходимо сказать несколько слов о том, что представляет собой системная шина, и для чего она нужна в компьютере. Шина, в самом простом случае, есть множество проводников для соединения различных компонентов микрокомпьютера в единую систему таким образом, чтобы можно было согласовать их работу. Основной обязанностью системной шины является передача информации между базовым микропроцессором и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами. Таким образом, системную шину можно представить как совокупность сигнальных линий, объединенных по их назначению:

Обзор локальных шин ПК

Существует множество системных шин, в том числе и локальных, для PC и других типов компьютеров. Перечислим основные их них:

Начнем по порядку, с шины S-100. Эта шина была создана для 8-разрядных микропроцессоров и различных промышленных приложений. Типичные ее характеристики были такие:

В свое время, шина S-100 была очень популярна 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. S-100 обеспечивала 16 линий данных, 16 линий адреса (при этом максимальное адресное пространство составляло 64Кбайт), 3 линии питания, 8 линий для прерываний и 39 управляющих линий. Эта шина использовалась для микропроцессоров Intel 8080, Zilog Z-80 и Motorola 6500 и 6800. Некоторые фирмы создали на базе S-100 свои стандарты подобной шины.

Одним из таких примеров может служить стандарт шины S-100/IEEE696, которой разрабатывался в 1983 году. Полученная шина имела следующие характеристики:

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

Шина ISA для IBM PC AT имеет следующие параметры:

А теперь о шине MC. Фирма IBM, движимая не столько недовольством шиной ISA, сколько горечью потери лидерства на рынке PC ее имени, в 1987г. предприняла попытку изменить положение и выпустила систему PS/2. В компьютерах PS/2 все было по-новому, в частности принципиально новой была системная шина MicroChannel (или МСА). Достаточно быстрая (до 20 МГц, до 76 Мбайт/с) и широкая (32 бита), шина MicroChannel содержала рад удачных архитектурных решений и вполне могла бы бороться за лидерство среди системных шин. Шина MicroChannel обладает следующими особенностями:

Можно с уверенностью назвать ряд приложений, в которых VME-системы будут доминировать еще не один год:

Локальная шина PCI

Общие характеристики всех перечисленных локальных шин наглядно представлены в виде следующей таблицы:

Литература

Дело в том, что эти самые высокоскоростные интерфейсы подключаются к шине процессора. Из этого следует, что подключаемые платы будут иметь доступ непосредственно к процессору через его шину. Такая конструкция получила название локальной шины (LB, Local Bus). Локальная шина не заменяла собой прежние стандарты, а дополняла их. Рисунок демонстрирует различие между обычной архитектурой и архитектурой с локальной шиной. Между прочим, первые шины ISA как раз и были локальными, но когда их тактовая частота превысила 8 МГц, произошло разделение.

Основными шинами в компьютере по-прежнему оставались ISA или EISA, но к ним добавлялись один или несколько слотов локальной шины. Первоначально эти слоты использовались почти исключительно для установки видеоадаптеров, при этом к 1992 году было разработано несколько несовместимых между собой вариантов локальных шин, исключительные права на которые принадлежали фирмам-изготовителям.

Представляла собой 32-битную шину, которая использовала третий и четвёртый разъём в виде продолжения обычного слота ISA. Шина работала на номинальной частоте 33 МГц и обеспечивала существенный прирост производительности по сравнению с ISA. В дальнейшем шину VLB стали использовать производители контроллеров жестких дисков и других устройств, требующих высокоскоростной передачи данных. Выпускались даже 100-мегабитные Ethernet контроллеры с шиной VLB. Широкое распространение шины VESA обусловила ее относительная дешевизна и совместимость “сверху вниз” со своей предшественницей – шиной ISA. Разъем VLB есть разъем ISA с “продолжением”.

Основные характеристики VL-bus таковы:

Эта 32/32-разрядная шина разрабатывалась для машин с 386, 486 и Pentium процессорами. Наиболее широкое распространение шина VLB получила на материнских платах 486. На них VESA – это линии адреса, данных и управления процессора, выведенные на разъем. Это обстоятельство накладывает значительные ограничения на VLB- карты расширения – временные и нагрузочные параметры должны быть четко выдержаны. Как указано в инструкциях на многие материнские платы, число VLB- карт при тактовой частоте 25 МГц не должно превышать трех, при 33 МГц – двух, при 40 и 50 МГц – одной. В случае нарушения этих требований система будет работать нестабильно, поскольку превышена нагрузочная способность процессора.

Для оценки скорости шины можно привести следующий расчет: если карта расширения работает на частоте 50 МГц, тогда пропускная способность шины будет равна 32*50*10 6 = 1,6*10 9 Мбит/с = 200 Мбайт/с, что довольно много. Однако не следует забывать, что такая скорость почти никогда не может быть востребована, поскольку данные из видеопамяти не могут читаться с такой скоростью. Кроме того, во время обращения к VLB- карте процессор не может больше заниматься ничем, сколько бы медленным не было устройство на этой карте (например, последовательный порт).

Шина VL-bus явилась огромным шагом вперед по сравнению с ISA как по производительности, так и по дизайну. Одним из преимуществ шины являлось то, что она позволяла создавать карты, работающие с существующими чипсетами и не содержащие большого количества схем дорогостоящей управляющей логики. В результате VL-карты получались дешевле аналогичных EISA-карт. Однако и эта шина не была лишена недостатков, главными из которых являлись следующие:

Поскольку шина VLB работает синхронно с процессором, увеличение частоты процессора приводило к появлению проблем с периферией VLB. Чем быстрее должна была работать периферия, тем она дороже стоила по причине трудностей, связанных с производством высокоскоростных компонент. Лишь немногие устройства VLB поддерживали скорость выше 40 МГц.

Источник