Системни шини

Производителността на една компютърна система е комплексен параметър, който зависи не само от изчислителната мощност на процесора, но и от бързодействието на паметта (оперативна, дискова) и най-вече от архитектурата на използваната системна шина. Последната служи за връзка между основните елементи на компютърната система. Следователно от правилния избор на архитектурата на системната шина, зависи ефективното използване на процесора и периферията. От системната шина зависи максимална скорост на обмен на данни между отделните компоненти. Използването на системна шина е разработено с цел намаляване на разходите и подобрение на модулността. Системната шина има следните функции:

• шина за данни (пренос на информация)
• адресна шина
• шина за управление

Модерните компютри включват в себе си различни шини пригодени в зависимост специфичните нужди.

ISA

Industrial Standart Architecture Анонсира се през 1981. Първоначално шината е проектирана за 8088 8 битови процесори на Интел, но в последствие е разширена до 16 битова шина за данни (8086, 80286 процесори). Най-важният параметър, от който зависи скоростта на предаване е тактовата честота, която при 16 битовата версия е максимум 8MHz. За предаване на 16 бита са необходими 2 цикъла на шината. Теоретичната скорост е 8Mb/s. Реалната скорост е до два, три пъти по ниска. В повечето случаи са необходими повече от два цикъла за реализиране на обмена.

The PC/XT-bus is an eight-bit ISA bus used by Intel 8086 and Intel 8088 systems in the IBM PC and IBM PC XT in the 1980s. Among its 62 pins were demultiplexed and electrically buffered versions of the eight data and 20 address lines of the 8088 processor, along with power lines, clocks, read/write strobes, interrupt lines, etc. Power lines included -5V and +/-12 V in order to directly support pMOS and enhancement mode nMOS circuits such as dynamic RAMs among other things. The XT bus architecture uses a single Intel 8259 PIC, giving eight vectorized and prioritized interrupt lines. It has four DMA channels originally provided by the Intel 8237, three of the DMA channels are brought out to the XT bus expansion slots; of these, two are normally already allocated to machine functions (diskette drive and hard disk controller):DMA channel Expansion Standard function 0 No Dynamic random-access memory refresh 1 Yes Add-on cards 2 Yes Floppy disk controller 3 Yes Hard disk controller

The PC/AT-bus, a 16-bit (or 80286-) version of the PC/XT bus, was introduced with the IBM PC/AT. This bus was officially termed I/O Channel by IBM. It extends the XT-bus by adding a second shorter edge connector in-line with the eight-bit XT-bus connector, which is unchanged, retaining compatibility with most 8-bit cards. The second connector adds four additional address lines for a total of 24, and eight additional data lines for a total of 16. It also adds new interrupt lines connected to a second 8259 PIC (connected to one of the lines of the first) and four 16-bit DMA channels, as well as control lines to select 8 or 16 bit transfers.

The 16-bit AT bus slot originally used two standard edge connector sockets in early IBM PC/AT machines. However, with the popularity of the AT-architecture and the 16-bit ISA bus, manufacturers introduced specialized 98-pin connectors that integrated the two sockets into one unit. These can be found in almost every AT-class PC manufactured after the mid-1980s. The ISA slot connector is typically black (distinguishing it from the brown EISA connectors and white PCI connectors).

Недостатъци:

• може да се ползва само от един процесор
• Шината не се самоконфигурира (няма plug-and-play)
• Шината изисква всички контролери да бъдат конфигурирани да работят с уникални I/O портове, линии за заявка за прекъсване и канал за директен достъп

EISA

Анонсира се през 1998. Проектирана е за работа с 32 битови процесори. Шината е с непроменена тактова честота (8,33MHz), но с 4 пъти по-голяма теоретична скорост 33MB/s.

PCI Express

Таблица 3.1.

Ресурс Скорост на обмен, MB/S

Главен графичен прозорец, видео режим 1280х1024/16 милиона цвята (3 байта),

10 кадъра/сек. 37.5 MB/s

Видео в реално време (preview window), 320х240/256 цвята (1 байт), 30 кадъра/сек. 2.2 MB/s

Видео в реално време от другите участници в конференцията (Video remote 1,2), 640х480/256 цвята, 30 кадъра/сек. 2х8.8=17.6 MB/s

Приемане на компресираната видео/адио информация за preview window и video remote 1 и 2 3х0.25=0.75 MB/s

Обмен с мрежовата карта:

-Ethernet (1.25 до 12.5) MB/s;

-FDDI, 15MB/s 2 MB/s

Обмен със звуковата карта, стерео с честота на дискретизация 48.0 KHz 1 MB/s

Скорост на обмен при активност на всички ресурси: 61.05 MB/s

Следователно системната шина трябва да гарантира скорост на обмен по-голяма от 62MB/s с цел реализация на телеконференция.

При разработването на нова шинна архитектура се преследват следните цели:

-увеличаване на скоростта на обмен;

-възможност за само конфигуриране на формата на обмен с контролерите на периферните устройства;

-възможност за оптимизация на обмена в зависимост от текущо активната периферия.

II.Системни шинни архитектури при персоналните компютри

Разглеждат се само системни шинни архитектури, които се поддържат при IBM PC/AT и Pentium базираните персонални компютри.

2.1. ISA (Industrial Standard Architecture). Анонсира се през 1981 година. Шината е проектирана за 16-битови процесори като '86, '286, '386SX, но може да се използва и при 32-битови процесори като '386DX и '486. В последния случай не се използват оптимално функционалните възможности на процесорите. Най-важният параметър, от който зависи скоростта на обмен е тактовата честота, с която се реализира синхронизацията на обмена, BCLK. При ISA шината BCLK=8.33MHz, а за обмена на 16 бита данни са необходими минимум два цикъла на шината. Теоретично максималната скорост на обмен е приблизително 8MB/s. Реалната скорост на обмен е от 2 до 3 пъти по-малка, т.к. в повечето случаи са необходими повече от два цикъла за реализация на обмена.

Освен много ниската скорост на обмена ISA шината има и други недостатъци като:

А. Не е предвидена възможност шината да се използва от няколко процесора.

В. Шината не е само конфигурираща се. Това налага конфигурирането на всеки нов контролер преди да се постави в слот от дънната платка. ISA шината изисква всички контролери да бъдат конфигурирани, да работят с уникални I/O портове, линии за заявка за прекъсване и канал за директен достъп до паметта. Настройката се реализира с микропревключватели и/или мостчета и изисква системни познания за архитектурата на компютъра. Това налага всеки път, когато собственикът на персоналния компютър с ISA шина желае да обнови управлението на периферията да използва услугите на компютърен специалист.

Частично тези недостатъци са преодолени при подобрението на ISA шината - EISA.

2.2. EISA (Enhanced ISA). Анонсира се през 1988 година. Проектирана е за работа с 32-битови процесори. Такта на шината е без промяна, BCLK=8.33MHz, но теоретичната скорост на обмен е 33MB/s благодарение

на 32-битовата магистрала и възможността обмена да се реализира за един такт. Слотовете за EISA шината се номерират от 0 до N, като слот 0 е самата дънна платка. Приема се, че даден слот е празен, ако в него не е поставен EISA контролер, или е поставен ISA