Instytut Teleinformatyki i Automatyki
Referat z przedmiotu
Technika Mikrokomputerowa
Temat: Przegląd magistral w komputerach IBM PC
Wykonał:
Adrian Dmoch
I5X1S0
Magistrala (z ang. bus) to łącze pomiędzy procesorem, pamięcią a kartami
rozszerzeń służące do transmisji danych i poleceń pomiędzy nimi. W
magistralach można rozróżnić trzy typy funkcjonalne linii : danych, adresów i
sterowania. Wyróżniamy dodatkowo magistrale lokalne, systemowe,
zewnętrzne, pamięciowe oraz X.
Magistrala ISA (Industry Standard Archttecture)
(obraz pozyskany z Wikipedii)
Magistrala ta jako standard została wprowadzona w 1984r. przez firmę
IBM do komputerów osobistych IBM  PC. Służy ona do przyłączania kart
rozszerzeń do płyty głównej. Szyna danych występowała ona w wersjach 8 i 16
bitowych. Dużo bardziej popularna była jednak wersja 8 bitowa ze względu na
mniejszy koszt produkcji. Magistrala 8 bitowa była taktowana zegarem 4,77
MHz czyli w pełni wykorzystywała możliwości procesora 8088. Składała się
ona z 62 końcówkowego gniazda rozszerzeń. Magistrala 16 bitowa jest
taktowana zegarem 8.33 MHz. Składa się ona z 98 końcówek, z czego
pierwszych 62 wyglądają identycznie jak w ISA 8 bitowej, dopiero kolejnych 36
stanowi rozszerzenie. Pomimo słabych parametrów ISA w wersji 16 bitowej jest
wykorzystywana do dziś.
Obie magistrale posiadają 24 bitową szynę adresową (SA0...SA19,
LA17...LA23) która jest obsługiwana przez sygnały sterujące MEMR, MEMW,
IRQ1, IRQ7, IRQ7, IRQ9, IRQ12, IRQ14, IRQ15, CLK, OSC.
Magistrala EISA (Extended Industry System Architecture)
(obraz pozyskany z Wikipedii)
Pojawienie się nowej linii procesorów 80386 spowodowało opracowanie
nowej magistrali. Powstała bardzo kosztowna (lecz kompatybilna z ISA )
magistrala która posiada 32 bitową szynę danych i 32 bitową szynę adresową.
Dzięki temu może ona w pełni wykorzystać możliwości procesora 32 bitowego.
EISA ze względu na swą poprzedniczkę ISA jest taktowana zegarem 8,33 MHz.
Ze względu jednak na szeroką szynę możliwa jest transmisja 33MB/s.
Magistrala EISA składa się z 98 sygnałów ISA oraz 90 nowymi liniami. Dla
zachowania kompatybilności zastosowano niecodzienną konstrukcję gniazd.
Styki są ułożone na dwóch poziomach. Poziom górny dostarcza wszystkich
sygnałów ISA, natomiast poziom dolny położony w głębi gniazda dostarcza
sygnałów EISA. Aby krata ISA nie była wsadzona za głęboko zastosowano
specjalne poprzeczne zapory, które nie są przeszkodą dla kart EISA gdyż mają w
odpowiednich miejscach wcięcia.
EISA dysponuje tak jak ISA 15 kanałami IRQ. W przeciwieństwie do
ISA, EISA przerwania nie są wyzwalane za pomocą zbocz impulsów (co jest
podatne na zakłócenia), w EISA oczekuje się od urządzenia utrzymania sygnału
aktywnego oraz przekroczenie określonego poziomu napięcia. Zmieniono
również sposób przydziału kanałów urządzeniom. Zamiast stałych
priorytetów(ISA) zastosowano rotacyjny system ich przydzielania. Obecnie
EISA zostały wyparte przez PCI oraz PCI Express.
Magistrala VLB (VESA Local Bus)
(obraz pozyskany z Wikipedii)
Magistrala 32 bitowa VLB została opracowana przez VESA (Video
Electronics Standards Association). Ogromną zaleta tych magistral jest to, że są
one taktowane z częstotliwością zegara procesora. Jedyne ograniczenie to taka,
iż częstotliwość ta nie może przekraczać 40 MHz co i tak powoduje, że
przepustowość szyny wynosi 120 MB/s. A
ącze VESA Local Bus jest
rozszerzeniem ISA. Zgodnie ze standardem VESA na każdej płycie głównej
powinny znajdować się takie trzy rozszerzenia. Magistrale te w pełni są
kompatybilne z procesorami 486.
Magistrala PCI (Peripherial Component Interconnect)
(obraz pozyskany z Wikipedii)
W 1992 r. została opracowana przez firmę INTEL z myślą o bardzo
dużych transmisjach. W odróżnieniu od VLB, PCI jest niezależne od rodzaju
procesora. Dodatkowo wersje od 2.1 mają szynę danych 64 bitowe. PCI jest
łączem pomiędzy procesorem a urządzeniami zewnętrznymi. Szyna jest
taktowana z częstotliwością zegara 33 MHz i przy szerokości szyny 32 bity daje
prędkość 132 MB/s.
Wersje PCI
PCI 2.0 PCI 2.1 PCI 2.2 PCI 3.0
Rok wprowadzenia 1993 1994 1999 2002
Maksymalna szerokość szyny danych 32 bity 64 bity 64 bity 64 bity
Maksymalna częstotliwość
33 MHz 66 MHz 66 MHz 66 MHz
taktowania
133 533
Maksymalna przepustowość 533 MB/s 533 MB/s
MB/s MB/s
5 V / 3,3
Napięcie 5 V 5 V 3,3 V
V
(tabela pozyskana z Wikipedii)
Z powyższej wynika, że gniazda PCI są zasilane różnymi wariantami
napięcia. Wynika to z tego, że wariant 5 V jest wykorzystywany w komputerach
stacjonarnych, a 3,3 V w laptopach.
Bardzo ważną zmianą jest wprowadzenie pracy w trybie burst mode.
Tradycyjnie adresowanie liniowe polegało na tym, iż duże porcje danych są
wysyłane do procesora, dane od procesora były dzielone na mniejsze porcje.
Każdej porcji danych nadawano nowy adres (w sposób liniowy). Tryb seryjny
umożliwia przesyłania większej liczbie porcji danych bez potrzeby podawania
adresu dla każdej z osobna.
Dodatkowo w PCI zostały wprowadzone techniki nadrzędnego sterowania
magistralą (bus mastering) i przesyłanie współbieżne (concurrency). Bus
mastering polegało na tym, iż każe urządzenie zewnętrzne posiadające swój
odrębny procesor może wywłaszczyć od procesora centralnego zarządzanie
magistralą. Współbieżność polega na tym, iż procesor może pracować
równolegle z kontrolerem urządzenia zewnętrznego, bez konieczności
zwolnienia magistrali. Bardzo istotną cechą PCI jest to, iż w tym samym
komputerze może być równolegle lub szeregowo połączonych kilka magistral
PCI. W systemie PCI dołączane karty rozszerzeń konfigurują się automatycznie.
Po włożeniu nowej karty w gniazdo rozszerzeń i zainicjowaniu pracy systemu -
numery przerwań, kanały DMA, adresy we-wy przydzielane są automatycznie.
Nie zachodzi zatem potrzeba ustawiania zworek ani zegarów. Dzięki temu
eliminowane są ewentualne konflikty związane z podłączeniem nowej karty.
Przykładowy system komputerowy z zastosowaniem magistrali PCI
Magistrala AGP (Accelerated Graphics Port)
(obraz pozyskany z Wikipedii)
Magistrala AGP nie powstała aby wyprzeć z rynku magistrale PCI. Jej
głównym zadaniem jest pośredniczenie w szybkim przesyłaniu danych
pomiędzy pamięcią operacyjną a kartą graficzną. Została ona wprowadzona
przez firmę INTEL w 1997 r. Szerokość magistrali to 32 bity a maksymalna
przepustowość wynosi 2133 MB/s.
Koncepcja działania AGP polega na tym, iż karta graficzna może użyć
dowolnej ilości pamięci operacyjnej, a dzięki niezależnej szynie sprzętowej
może uczynić to bardzo szybko. Rozmiar pamięci RAM wykorzystywanej przez
AGP jest różny i zależy od używanego programu jak i od całkowitej dostępnej
pamięci w komputerze. Im więcej jest wyświetlanych tekstur tym więcej
pamięci jest potrzebne. Można poprawić wydajność kart graficznych przez
dodanie na nich własnej pamięci ale jest to rozwiązanie droższe i mniej
elastyczne niż AGP. Wyspecyfikowano następujące typy AGP.
AGP x1  przepustowość szyny 266 MB/s przy częstotliwości taktowania
66 MHz
AGP x2 - przepustowość szyny 532 MB/s. Transfer danych jest
inicjowany narastającym i opadającym zboczem sygnału taktującego, napięcie
sygnału 3,3 V
AGP x4  przepustowość 1066MB/s, napięcie sygnału 1.5V
AGP x8  przepustowość 2133 MB/s, napięcie sygnału 0.8V.
Magistrala PCI Express
(obraz pozyskany z Wikipedii)
PCI-Express nazywana inaczej również 3GIO (3rd Generation I/O)
pojawiła się w kwietniu 2002r. PCI-Express dysponuje nowym elementem
funkcjonalnym a mianowicie przełącznikiem (switch em), który zarządza
wieloma urządzeniami końcowymi.
(pozyskane z IGD.pl)
Gniazdo PCI-Express ma być gniazdem tanim, zatem zmniejszono w nim
liczbę końcówek. PCI-Express to magistrala typu szeregowego łącząca dwa
punkty (Point-to-Point). Oznacza to, że każde urządzenie jest połączone
bezpośrednio z kontrolerem. Dane w PCI-Express są przesyłane w trybie
pełnego dupleksu. Sygnał przenoszony jest za pomocą dwóch linii, po jednej w
każdym kierunku. Szeregowość magistrali polega na jednoczesnym przesłaniu
za pomocą jednej linii 1 bitu. Dzięki temu konstrukcja jest prostsza i szybsza,
ponieważ nie ma ograniczeń narzucanych przez interfejs równoległy. Poprzez
połączenie wielu linii szeregowych można osiągnąć przepustowość o wiele
większą niż w magistralach równoległych.
Bardzo dużą zaletą magistrali PCI-Express jest to, że jest kompatybilna
wraz ze sterownikami z magistralą PCI.
Dodatkowo PCI-Express obsługuje karty hot  plug, czyli takie które
można wkładać i wyjmować bez wyłączania komputera oraz funkcje związane z
zarządzaniem energią.
Największą zaletą PCI-Express jest jej przepustowość. Przy kodowaniu
8/10 bitów może ona wynosić 250 MB/s. Możliwe są też różne warianty PCI-
Express: x1,x2,x4,x8,x16,x32. Tak więc maksymalna przepustowość wynosi
8000 MB/s. Częstotliwość taktowania magistrali wynosi 2,5 MHz.
Bibliografia:
http://www.pcworld.pl/
http://www.idg.pl/
http://www.komputery-pc.info/
http://pl.wikipedia.org/