02
Ноя
2017

Шины и интерфейсы

Шины, как известно, используются для передачи данных от центрального процессора к другим устройствам персонального компьютера. Для того, чтобы согласовать передачу данных к отдельным компонентам, работающих на своей частоте, используется чипсет – набор контроллеров, конструктивно объединенных в Северный и Южный мосты. Северный мост отвечает за обмен информацией с оперативной памятью и видеосистемой, Южный – за функционирование других устройств, подключаемых через соответствующие разъемы – жесткие диски, оптические накопители, а также устройств, находящихся на материнской плате (встроенная аудиосистема, сетевое устройство и др. ), и для внешних устройств – клавиатура, мышь и т.д.

Схема системной платы показана ниже.

   Схема основных устройств на материнской плате

Для связи процессора с мостами используется шина FSB (Front Side Bus) (наиболее часто используемые в настоящее время Hyper-Transport и SCI), северный мост (иногда называемый системным контроллером) позволяет функционировать наиболее производительным устройствам – видеоадаптеру с помощью шины PCI Express 16x и оперативной памяти через шину памяти. Южный мост обеспечивает работу менее скоростных устройств, подключаемых с помощью карт расширения (аудиокарты, сетевые карты, видеокарты и т.д.) через шины PCI и шину PCI Express, оптических дисководов и жестких дисков через шины ATA (ранее называемых IDE, сейчас имеют название PATA (Parallel ATA) и более современные шины SATA. Еще более медленные устройства подключены к южному мосту через шину LPC – микросхема BIOS, мультиконтроллер для связи с внешними устройствами через последовательные и параллельные порты – клавиатурой, мышью, принтером и др.

Отметим, что в наиболее современных компьютерах функции северного моста выполняет центральный процессор (Intel Nehalem, AMD Sledgehammer).

В компьютере имеется несколько шин, по которым передаются данные. Основной является шина между центральным процессором и Северным мостом. О частоте этой шины можно прочитать в разделе о процессорах. Следующая шина имеется между процессором и оперативной памятью (раньше она была между Северным мостом и оперативной памятью). О ее характеристиках можно узнать из раздела об оперативной памяти. Остаются нерассмотренными шины, которые ведут к картам расширения, которые ниже и опишем.

Схема устройств на материнской плате современного компьютера

Шина данных передает непосредственно данные, и чем больше она имеет линий, тем больше данных можно передать за один такт, поэтому число линий постоянно увеличивается. Для передачи данных внутри компьютера используются специальная шина, которая состоит из трех частей, по которым передаются данные, адреса, управляющие сигналы, а также заземление, напряжение и пр. То есть, практически данные передаются по трем частям: шина адреса, шина данных и шина управления. Число линий адресной шины определяет максимальное адресное пространство, куда можно пересылать данные, в основном, в оперативную память. Процессор 8086 имел 20 линий для адреса и мог адресовать 220 = 1 мегабайт памяти, в 286 имелось 24 линий (224 =16 мегабайт), в 386 – 32 линии (232 = 4 гигабайта), современные компьютеры имеют больше 32 линий. То есть, чем больше линий в адресной шине, тем большее количество оперативной памяти поддерживает материнская плата.

Шина данных передает непосредственно данные и чем больше имеет линий, тем больше данных можно передать за один такт. Поэтому число линий постоянно увеличивается, начиная от 8 в первых компьютерах до 32 в системах Pentium.

Через разъемы материнской платы, через вставляемые платы передается информация к/от процессора к внешним устройствам по отношению к материнской плате. Через эти разъемы, естественно, нельзя передавать больше данных, чем это поддерживает внутренняя системная шина, а обычно меньше, в зависимости от типа шины, с которой работают карты расширения. Существует несколько видов шин и, соответственно, разъемов: ISA, EISA, PCI и другие. В последних моделях компьютеров применяется в основном более производительная шина PCI-Е. Но довольно много устройств до сих пор работают с менее производительными шинами. Поэтому в современных материнских платах установлено до 5 различных шин и им соответствующим разъемам.

Рассмотрим более подробно имеющиеся шины.

Шина ISA (Industry Standart Architecture – промышленная стандартная архитектура) появилась давно и была долгое время стандартом. Сейчас она безнадежно устарела. Всего в первых моделях ХТ было 8 линий для данных, что позволяло передавать байт, 20 адресных линий для адресации до 1 мегабайта памяти, и еще 34 линии для других целей. При переходе на модель РС АТ были добавлены еще 36 линий, среди них 8 для данных и 4 для адреса. 8-разрядная использовалась еще в PC XT, имела 62 контакта и позволяла адресовать 1 Мб памяти. Далее появилась 16-разрядная (иногда называемая AT BUS), работает с частотой 8 Мгц со скоростью 16 Мб/сек, позволяет адресовать до 16 Мегабайт. Она состоит из двух частей, первая из них соответствует 8-разрядному слоту шины ISA. Дополнительные 8 разрядов используется для дополнительных адресов ввода/вывода и содержат 36 разъемов (поэтому можно устанавливать 8-разрядные карты в 16-разрядный слот). Однако данное устройство имело тактовую частоту 8,33 Мгц, работало медленно, поэтому появились другие шины.

В настоящее время работает стандарт Plug-and-Play (PnP), который позволяет при установке нового устройства производить настройку автоматически. При этом система сама определяет вид устройства, адрес порта ввода/вывода, номер прерывания и канал прямого доступа к памяти (DMA). Однако старые шины с трудом позволяют использовать этот стандарт. Так, шина ISA была разработана до появления PnP. Поэтому не все устройства, которые подключаются к этой шине, могут автоматически конфигурироваться. Для выхода из существующей ситуации в системе Windows 9х имеется список устройств, которые можно подключать к компьютеру и которые сами устанавливаются.

Шина ISA имеет следующие ограничения:

— наличие 16-разрядной шины, то есть возможность одновременно посылать два байта;

— максимальная тактовая частота 8,33 МГц;

— отсутствие совместного использования прерываний и каналов DMA для нескольких карт в разных разъемах;

— отсутствие возможности программного отключения карты при конфликте устройств;

— отсутствие программного управления адресов порта ввода/вывода, линий прерываний и каналов прямого доступа.

Для установки карты ISA в шину EISA обычно нужно иметь конфигурационный файл, чтобы запустить утилиту конфигурации шины EISA, которая будет затем распределять ресурсы для карты.

При установке нового устройства нужно, чтобы оно было совместимо физически и логически. Под физическим совмещением подразумевается, что вид разъема, количество контактов у вилки и разъема должны совпадать друг с другом. Логическое совмещение означает, что должны быть четко определены контакты, по которым подается напряжение, где имеется заземление и т.д. При этом сигнал, посылаемый по одному контакту, должен быть идентифицирован принимающим устройством как сигнал пересылки данных, а не как управляющий сигнал. Все это определяется стандартом шины.

Данный стандарт устанавливается, как правило, производителем, который начал массовый выпуск новых устройств. К ним относятся шина ЕIDE для подключения жестких дисков, последовательный и параллельный порт, шина для вывода графических изображений, шина для подключения карт расширений, шина USB, IrDA и пр., которые имеют свои стандарты. Однако на практике часто под понятием шины обозначают шину, к которой подключается плата расширения. Поэтому в этой книге и дальше просто шина будет называться шина PCI, VESA и т.д. В заключение отметим, что первые шины для компьютера назывались Multibus1. Они выпускались в двух вариантах: PC/XT bus и PC/AT bus и имели 7 линий для аппаратных прерываний. В дальнейшем их вытеснила шина ISA.

Шина МСА (Microchannel — микроканал) появилась в 1987 году, разработана компанией IBM и установлена на компьютере PS/2 ISA. Имеется два вида: 16- и 32-разрядная. 32-разрядная работает с частотой 10 Мгц, со скоростью передачи данных до 20 Мб/с, позволяет адресовать до 4-х гигабайт. Карта расширения могла быть самостоятельно распознана и автоматически конфигурирована компьютером. Основным недостатком является несостыковка с шиной ISA, для которой были разработаны основные устройства, поэтому данная архитектура не нашла широкого распространения.

Шина EISA (Extended ISA — расширенная ISA) выпущена группой конкурирующих с IBM фирм в 1988 году, так как шина МСА имела закрытое описание и ее могла использовать только компания IBM, также уже устарела. К достоинствам нужно отнести ее совместимость с разъемом ISA за счет расположения разъемов в два слоя, на одном ISA, на втором — EISA. Данная шина 32-разрядная, работает с частотой 8,33 Мгц и дает максимальную скорость передачи данных до 33 Мб/с. Конфигурация устанавливается программно, а не при помощи переключателей.

Чтобы при установке карты, требующей разъем ISA, не были замкнуты два слоя, в разъеме имеется заглушка, которая не позволяет соединиться с нижними контактами. Карта EISA содержит в месте заглушки вырез, который позволяет миновать эту заглушку.

Ввиду дороговизны шина EISA не получила широкого применения в персональных компьютерах, но использовалась в рабочих станциях и серверах.

Шина SCSI (Small Computer System Interface – небольшой системный компьютерный интерфейс) разработан для подключения к шине больших массивов устройств, таких как, жесткие диски, оптические накопители, стримеры, принтеры и пр. Поэтому используется в основном в серверных компьютерах или компьютерах с системой RAID. В домашних компьютерах практически не используется.

SCSI-1 появилась в 1986 году, имела 8 линий для передачи данных, каждое устройство со своим номером, причем адаптеру присвоен номер 7. Остальные устройства имеют номер от 0 до 6, причем номер устанавливается вручную на задней стороне подключаемого устройства или при помощи перемычек. Устройства на шине могут обмениваться между собой информацией без участия адаптера, который в этом случае определяет, кто кому может передавать данные. В то же время, когда информация проходит через него, он принимает в этом участие. Частота шины – 5 МГц, максимальной число подключаемых устройств – 8.

Fast SCSI появилась в 1991 г. и имела 8 линий для передачи данных, а также улучшенный кабельный разъем. Частота шины – 10 МГц, пропускная способность – 10 Мбайт/сек, максимальной число подключаемых устройств – 8.

Wide SCSI имела 16 линий для передачи данных, частоту шины – 10 МГц, пропускную способность – 20 Мбайт/сек, максимальной число подключаемых устройств – 16.

Ultra SCSI появилась в 1992 году, имела 8 линий для передачи данных, частоту шины – 20 МГц, пропускную способность – 20 Мбайт/сек, максимальной число подключаемых устройств – 4-8.

Ultra Wide SCSI имела 16 линий для передачи данных, частоту шины – 20 МГц, пропускную способность – 40 Мбайт/сек, максимальной число подключаемых устройств – 4 — 16.

Ultra2 SCSI появилась в 1997 году, имела 8 линий для передачи данных, частоту шины – 10 МГц, пропускную способность – 40 Мбайт/сек, максимальной число подключаемых устройств – 8.

Ultra2 Wide SCSI имела 16 линий для передачи данных, частоту шины – 40 МГц, пропускную способность – 80 Мбайт/сек, максимальной число подключаемых устройств – 16.

Ultra3 SCSI имела 16 линий для передачи данных, частоту шины – 40 МГц, пропускную способность – 160 Мбайт/сек, максимальной число подключаемых устройств – 16.

Ultra-320 SCSI имела 16 линий для передачи данных, частоту шины – 80 МГц, пропускную способность – 320 Мбайт/сек, максимальной число подключаемых устройств – 16.

Ultra-640 SCSI появился в 2003 году, имела 16 линий для передачи данных, частоту шины – 160 МГц, пропускную способность – 640 Мбайт/сек, максимальной число подключаемых устройств – 16.

В дальнейшем стала развиваться технология SAS (Serial Attached SCSI) для работы с жесткими дисками и ленточными накопителями. К разъему SAS можно подключить устройства SATA, но не наоборот. Обеспечивает пропускную способность 1.5, 3.0, 6.0 Гбит/сек, ожидается 12 Гбит/сек. Позволяет подключать не только накопители в 3.5 дюйма, но и 2.5 дюйма.

Сам адаптер располагается на материнской плате (как у макинтоша) или на карте расширения. Карта вставляется в слот PCI. У кабеля устройств SCSI компьютеров Мак имеется розетка с разъемом DB25, таким же, как и для параллельного порта. Если его случайно подключить к принтеру или параллельному порту компьютеру или, наоборот, подключить принтерный кабель к устройству SCSI, то могут выгореть микросхемы устройства, к которому они подключены.

При передаче данных по кабелю в нем может возникнуть так называемая «стоячая волна». Чтобы ее не было, применяется специальная заглушка, которая ее гасит. Причем эта заглушка должна быть одна и находиться на конце кабеля. SCSI устройства могут иметь два разъема, один из которых подключается к SCSI шине, а на втором, если он находится на конце кабеля, должна быть заглушка. Если имеется две заглушки на двух устройствах на линии, то они могут мешать друг другу выполнять свою роль.

Шина SCSI несколько по-иному работает с жесткими дисками, нежели другие стандарты, рассматривая диск не как записи, имеющие головки, цилиндры, сектора, а как последовательность логических записей. Получая от центрального процессора информацию для жесткого диска о записи по определенному адресу, адаптер SCSI переводит ее в номер логической записи. В результате, если жесткий диск поставить на место любого SCSI устройства данного адаптера, он будет работать, но если установить в другие адаптеры, то система может не прочитать данные о приведении диска к новой структуре, вся информация на диске будет уничтожена.

Другие устройства (оптические накопители, Iomega) имеют специальные драйверы, при которых можно свободно перемещать их из одной системы в другую. В одном компьютере можно использовать как устройства, подключенные к адаптеру SCSI, так и EIDE одновременно.

Устройства SCSI требуют на конце кабеля, который их соединяет, оконечной нагрузки. Как правило, она на заводе устанавливается на каждое из устройств. Поэтому при установке всех устройств, кроме последнего, нужно их снять. Если устройства, подключаемые к шине SCSI, не поддерживают стандарт Plug & Play, то на них нужно установить при помощи перемычек номер устройства. При этом нужно иметь в виду, что некоторые адаптеры требуют, чтобы устройства с номером 0 и 1 были жесткими дисками.

Шина EIDE предназначается для подключения жестких дисков и оптических накопителей. Также называется как ATA или РАТА (параллельная АТА). Сейчас вытесняется шиной SATA, но, тем не менее, устанавливается и на современных платах, так как к нему можно подключить несколько оптических накопителей (два на каждый разъем). Более подробно это рассмотрено в пункте о жестких дисках. Первые дисководы подключались к компьютеру при помощи карт, на которых находился контроллер диска. Со временем, когда размеры микросхем уменьшились, контроллер стали устанавливать на жестком диске, а контроллер гибких дисков — на материнской плате, поэтому появилась возможность подключать жесткие диски непосредственно через разъем на материнской плате.

Так появилась шина IDE, являющаяся частью шины ISA, которая выведена на специальный разъем (в современных устройствах два разъема) на материнской плате. Сначала был разработан стандарт работы шины под названием АТА, затем ATAPI, который позволял работать с оптическими накопителями. Со временем появился расширенный вариант EIDE со стандартом АТА и в дальнейшем расширение стандарта — ATAPI. Если устройств, подключаемых к разъему EIDE, больше, чем может поддержать компьютер, то требуется установить специальную карту, к которой можно подключить еще несколько устройств.

Первые стандарты использовали жесткие диски, подключавшиеся к плате при помощи специальных карт, на которых размещался контроллер, к шине ISA. Со временем размеры электронных компонентов сократились и они стали устанавливаться на самом жестком диске. Далее диски стали подключаться к плате через соединитель IDE, затем появились два разъема, причем к каждому из разъемов можно было подключить до двух устройств, увеличилось быстродействие, была введена адресация логических блоков, появилась возможность подключения оптических накопителей и все это поддерживалось стандартом EIDE, которая работает с тактовой частотой 8,33 Мгц. Первые устройства работали со стандартом АТА, а затем ATAPI, которые позволили подключать к каналу оптического устройства. Так как по каналу стало возможно передавать за один такт 2 байта одновременно, по этим же линиям скорость передачи достигла 16,6 мбайт/сек. Со временем данные передавались за один такт не только при переходе с высокого напряжения на низкое, но и при переходе с низкого на высокий. Этот стандарт называется Ultra ATA или АТА33, так как позволяет передавать данные со скоростью 33,3 мбайт/сек.

Позже появился стандарт АТА66, в котором увеличилась тактовая частота в канале до 16,7 Мгц и передача данных происходит со скоростью 66,7 мбайт/сек. Кабель для подключения жесткого диска к материнской плате уже другой и содержит 80 проводов вместо 40, как было у предыдущих стандартов. Для подключения устройств к этому кабелю используется 40 проводов. Если подключить устройство, способное работать в АТА33, к этому каналу, или устройство, работающее со стандартом АТА66, к шине АТА33, то устройство будет работать со скоростью 33,3 мбайт/сек. В некоторых платах АТА и его расширение АТАРI позволяет подключать устройства с разными скоростями к одной шине без снижения производительности, но лучше все-таки разделить их на разные каналы.

Кабель для работы со стандартом IDE АТА (AT-Bus) – 16-битный, имеет 40 жил. Кабель XT IDE (8 бит) имеет также 40 жил, но не совместим с АТА, то есть его нельзя использовать для стандарта IDE.

Существует два режима работы канала DMA: Singleword и Multiword. Singleword DMA имеет mode 0, которая работает со скоростью 2.08 мб/сек., mode 1 – 4.16, mode 2 – 8.33, а Multiword DMA имеет mode 0, работающий со скоростью 4.12, mode 1 – 13.3, mode 2 – 16.6 мб/сек. Режим Ultra DMA имеет mode 0, работающий со скоростью – 16.6, mode 1 – 25, 2 – 33.

Кроме того, существуют другие режимы PIO, от 0 и выше, и чем больше номер, тем быстрее работает шина.

Режим АТА-2 работает в PIO Mode 3 multiword DMA Mode 1, поддерживает LBA и CHS. Fast ATA-2 поддерживает Multiword DMA mode 2 и PIO mode 4. АТА3 — это расширение АТА2 с Smart, то есть улучшает потребление питания. АТА/ATAPI-4 — расширение АТА3, имеет Ultra DMA, интерфейс ATAPI. E-IDE поддерживает PIO mode3, с multiword DMA mode 1 и работает с LBA и CHS. Для Ultra DMA нужен 80-жильный кабель с разъемами на 40 контактов с экранированием. Стандарт IDE Mastering позволяет внешнему устройству управлять системной шиной для передачи данных без управления шиной процессора, однако использование такой шины позволяет избавиться от проблем с распределением каналов DMA и ограничения возможностей. В частности, работает с 8- или 16-разрядными данными. Далее появились режимы работы АТА-3 (другое название EIDE), АТА-4 (частота 16.7, 25, 33.3, другое название Ultra ATA/33), АТА-5 (частота 66 МГц, другое название Ultra ATA/66), АТА-6 (частота 100 МГц, другое название Ultra DMA 100 или UDMA5 (100)), АТА-7 (частота 133 МГц, другое название Ultra DMA 133 или UDMA6 (133)), АТА-8 (в развитии).

Шина VESA (Video Electronics Standards Assoсiation — Ассоциация видео-электронных стандартов или VLBUS или VLB или VESA local bus) устарела, первой появилась после шины ISA и имела вчетверо большую скорость, чем ISA, однако она имела некоторые ограничения, в частности, можно было иметь только 2-3 разъема, что, несомненно, уменьшало возможность компьютера. Она представляет собой шину для подключения дисплея, но может быть использована и для других устройств, не является расширением шины ISA (как предыдущие шины). Данная карта напрямую связана с шиной CPU, обходя системную шину. Работает с частотой системной шины до 66 Мгц, использовалась в основном с 486, иногда с 386 компьютерами для видеоплат и жестких дисков. Для Pentium вышла новая версия 2.0, но широкого распространения не получила и в настоящее время практически не используется.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect — соединение периферийных компонентов) также не основана на шине ISA и является вполне самостоятельной, синхронной шиной, разработана компанией Intel, первые версии работали с частотой 33 Мгц, имела 32-битный (или 64-битный) канал и является независимой от центрального процессора, то есть позволяет передавать данные в то время, когда процессор занят другими вычислениями. Теоретическая пропускная способность шины была 133 Мбайт/сек, реально – 80 Мбайт/сек. Эта шина до сих пор имеет широкое распространение.

Шина PCI начала разрабатываться в одно время с шиной ISA, но была закончена позже. У шины PCI больше линий для передачи данных, чем в ISA, и работает она быстрее, чем ISA, причем общее число контактов в разъеме — 124. Шина позволяет выявить ошибки при передаче данных и работает без заглушки кабеля. Кроме того, позволяет при установке конфигурировать подключаемое устройство, то есть при этом компьютер считывает информацию из памяти устройства, где хранятся его основные параметры. Шина может работать не только с определенным набором микросхем на материнской плате, но и с разными устройствами, а также в других видах компьютеров. Кроме того, шина PCI способна использовать совместно прерывания и каналы DMA для разных устройств, что послужило толчком к ее активному внедрению, тогда как шина ISA не могла этого обеспечить.

В разъем шины PCI можно подключать карты: имеющие питание в 5 в (ключ 50, 51 контакт), 3.3В (ключ 12,13) и универсальный (ключ в 12, 13, 50, 51 контактах). 32-битный слот имеет по 62 контакта с каждой стороны, 64-битный – 94. Данная шина позволяет подключить до четырех устройств одновременно, то есть может иметь до четырех разъемов. Для использования большего количества подключаемых устройств применяется специальная микросхема — мост шины, для соединения двух шин. Для устройств промышленного использования имеется стандарт Compact PCI с 8 разъемами.

Пока разрабатывалась шина PCI, развивались и другие отрасли. Возросла тактовая частота внутренней шины до 100, 150 и выше Мгц, увеличилось число линий передачи данных до 64 и продолжает увеличиваться, однако тип шины PCI остался 32-разрядный, но в дальнейшем шина PCI также будет развиваться.

У каждого слота имеется 256 восьмибитных регистра, где содержатся конфигурационные параметры. После включения питания компьютера происходит запрос на конфигурирование шины во время выполнения программы Post, после установки параметров шина может производить операции ввода/вывода. Основное преимущество шины заключается в том, что передача данных происходит без задействования центрального процессора, то есть во время передачи данных от одного устройства к другому центральный процессор может заниматься своими задачами.

Шина PCI 1.0 – 32-разрядная с полосой пропускания 132 Мб/с, с адресацией до 4 гигабайт, а PCI 2.0 — 64-разрядная с полосой пропускания 528 Мб/с. Данная шина приспособлена для технологии Plug&Play, то есть конфигурация плат происходит программно. Для промышленного применения используется стандарт Compact PCI, в котором можно устанавливать до восьми устройств одновременно.

Разрешение конфликтов прерываний в шине PCI обеспечивается за счет того, что шине предоставляется возможность обслуживать обработку каждого из устройств по очереди. Шина PCI обеспечивает 32 линии данных при тактовой частоте 33 Мгц, затем стала 64-разрядной, с тактовой частотой 66 Мгц, причем в новый вариант шины можно вставлять старые платы PCI, а также новую карту в старый разъем. Более новые версии PCI могут увеличивать тактовую частоту и позволяют использовать старые карты расширений для их работы, а также устанавливать новые платы в старые разъемы.

Шина AGP (Accelerated Graphics Port — ускоренный графический порт) разработана компанией Intel в 1997 году специально для работы с видеокартой, при частоте 66 Мгц имеет 32-разрядную шину данных. В настоящее время вытеснена шиной PCIE. Шина позволяет использовать конвейеризацию обращений, то есть посылать данные в виде непрерывных пакетов. В шине PCI посылается предыдущее данное и адрес для следующего данного, после чего происходят временные задержки, а в шине AGP посылаются несколько адресов и несколько данных один за другим, что уменьшает задержки. Имеется возможность постановки в очередь до 256 запросов и поддерживать две очереди для операций чтения/записи с высоким и низким приоритетом. Сдвоенная передача, то есть передача за один такт двух данных вместо одного, позволяет иметь пропускную способность при частоте 66 Мгц до 528 Мбайт/сек. Позволяет работать на частоте до 100 Мгц и выше с более высокой пропускной способностью. Учетверенная передача позволяет передавать до 1 056 Мбайт/сек.

Для шины AGP существует несколько стандартов: AGP 1Х, 2Х, 4Х, Pro и 8Х. Большинство карт работает со стандартом 4Х и 8Х. В оперативной памяти хранятся не только части изображения, но и графические текстуры. Чтобы видеосистема могла обращаться только к тем областям памяти, которые ее касаются, используется специальная таблица GART (Graphics Address Remapping Table – графическая таблица переадресации адресов), которая определяет эти области памяти.

В шине имеется возможность для видеопроцессора обращаться непосредственно к участкам оперативной памяти, так же как и к видеопамяти, и обрабатывать там текстуры в режиме DiMe (Direct Memory Execution), при этом адресация одинакова. Шина применяется для процессоров Pentium Pro, Pentium II, Pentium III и Pentium IV, но может работать и с процессорами Pentium.

SATA (Serial ATA) является развитием интерфейса IDE. Ее особенностью является не параллельная передача данных, а последовательная, что хотя и медленнее, но позволяет использовать более высокие частоты без необходимости синхронизации сигнала. Первый стандарт SATA 1.x мог работать на частоте 1.5 ГГц с пропускной способностью 1.2 Гбит/сек (потери за счет передачи большого количества служебной информации). Стандарт 2.х работает на частоте 3 ГГц с пропускной способностью до 2.4 Гбит/сек и стандарт 3.0 на частоте 6.0 Гбит/сек, с пропускной способностью 4.8 Гбит/сек.

Для подключения устройств внутри системного блока, они подключаются к информационному разъему с 7 контактами SATA на материнской плате и 15-разъемным кабелем питания к блоку питания. Существуют устройства, которые позволяют подключить как 15 разъемный кабель, так и 4 разъемный кабель электрического питания Molex. Нужно иметь в виду, что подключение двух кабелей одновременно может сжечь устройство.

Существуют переходники с SATA на IDE и обратно.

eSATA (External SATA – внешний SATA) предназначен для подключения устройств в режиме горячей замены, то есть, при включенном компьютере. Для того, чтобы можно было это сделать в Windows XP нужно установить драйвер AHCI. Был создан в 2004 году. Имеет разъем, аналогичный SATA, но добавлено экранирование разъема. Поэтому не совместим с разъемом SATA, так как электрически совместимы, а физически нет. Длина кабеля увеличена до 2 метров (1 метр у SATA).

Существует совмещенный разъем eSATA+USB = Power eSATA, который имеет не только информационные линии, но и линии питания.

PCIE (или PCI Express или PCIE) появилась в 2002 году, использует связь между устройствами типа звезда, позволяет горячую замены устройств. Существует несколько вариантов х1, х2, х4, х8, х12, х16, х32, которые имеют разные разъемы. Чем меньше число, тем меньше контактов и меньше длина разъема. Устройства, которые предназначены для разъема х8 можно подключать в разъемы с числом большим, в данном случае, х12, х16, х32. Это правило применяется для других видов.

Имеется три стандарта. Стандарт 1.0 позволяет передавать в одну сторону для х1 — 2 Гбит/сек, в двух направлениях – 4 Гбит для х1. Пропускная способность других видов можно рассчитать умножив вышеуказанную цифру на число в названии. Например, для х16 пропускная способность в одном направлении составляет 2 х 16 = 32 Гбит/сек. Стандарт 2.0 вышел в 2007 году, имеет пропускную способность в одном направлении (в двух направлениях удвоенную) для х1 – 4 Гбит/сек. Также можно вычислить пропускную способность для других видов. Стандарт 3.0 вышел в 2010 году, позволяет передавать данные со скоростью 8 Гбит/сек. Стандарт 4.0 планируется выпустить к 2015 году и он будет в два раза быстрее, чем 3.0.

В настоящее время на материнских платах наиболее распространены х16 для подключения видео карт и х2 для подключения других устройств.

Шина USB (Universal Serial Bus — универсальная серийная шина) предназначена для подключения периферийных устройств (например, клавиатуры, мыши, джойстика, принтера и других). Ее миссия – подключение различных устройств к работающему компьютеру, например, тостеров, клавиатуры, микроволновой печи, светодиодных светильников, вентиляторов и пр., без необходимости устанавливать переключатели, перемычки, использовать для этого матобеспечение (драйверы) и пр.

Первый стандарт 1.0 появился в 1994 году и имеет режим с низкой пропускной способностью в 1.5 Мбит/сек (Low speed), с высокой пропускной способностью (Full-speed) до 12 Мбит/сек. Шина USB может работать в двух режимах: в низкоскоростном, в котором работает клавиатура, мышь и т.д., с небольшой скоростью передачи (длина кабеля – 5 метров) и высокоскоростном режиме (длина кабеля – 3 метра), что позволяет работать с максимальной скоростью принтера.

В версии 1.1 были исправлены имеющиеся ошибки.

В стандарте 2.0 появился новый режим (Hispeed) c пропускной способностью 25480 Мбит/сек.

В этой шине можно подключать устройства, а компьютер сам определит устройство, которое подключено. При этом имеется возможность не только подключить новое устройство непосредственно к компьютеру, но и к устройству, которое уже подключено к компьютеру. Например, к клавиатуре можно подключить жесткий диск, микрофон и прочие устройства.

Она может использовать концентратор, к которому можно подключить до 127 устройств, поддерживает технологию Plug&Play. При этом шина автоматически присваивает номер для устройств, с которым оно работает. По этим проводам, помимо пересылки данных, передается и электроэнергия, но в небольшом количестве, которого хватает для клавиатуры, но может быть недостаточно для динамиков. Поэтому динамики с большой выходной мощностью требуют отдельного электропитания.

Шина позволяет подключать устройства при включенном компьютере. При подключении они запрашивают главное устройство, которое назначает им адреса, после чего они могут начинать работать. Помимо данных, передается также и электроэнергия, которая служит для питания устройств. Если электроэнергии недостаточно, то устройства можно подключить к дополнительному источнику питания.

Помимо увеличения производительности компьютера, необходимость в модернизации может возникнуть при добавлении новых устройств, для чего требуется соответствующая мощность блока питания, определенное количество и тип разъемов для плат расширения на материнской плате и количество свободных отсеков внутри системного блока. Со временем, при распространении стандарта USB, многие устройства, которые в настоящее время можно будет подключать, расположены не внутри, а вывести их вне системного блока. Таким образом, все больше и больше будет выпускаться внешних устройств и количество разъемов внутри корпуса и отсеков не будет являться проблемой при установке большого количества дополнительных устройств.

 

Последний стандарт USB 3.0 появился в 2008 году, разъемы совместимы с более ранними стандартами. Однако добавлены еще четыре линии связи в виде двух витых пар и сам кабель стал толще. Разъемы на материнской плате для подключения таких кабелей стали синего цвета, и сами штекеры имеют вставки синего цвета. Таким образом была повышена максимальная скорость передачи данных до 4,8 Гбит в секунду, а скорость передачи выросла до 600 Мбайт в секунду ( показатель выше, чем у стандарта USB 2.0 в десять раз). Одновременно повысилась сила пропускаемого тока с 500 мА до 900 мА, что позволяет подключить более энергоёмкие устройства.

Шина PCMCIA используется в ноутбуках и имеет возможность передавать данные по 16 разрядам с адресацией до 64 Мегабайт, с частотой шины 33 мегагерц. Данная шина позволяет подключать разные устройства — жесткие диски, модемы, расширители памяти и др. Многие адаптеры выпускаются по технологии РnР и имеют возможность подключать устройства, не выключая компьютер. Все устройства, подключаемые к данному разъему, имеют пониженное энергопотребление. Шина имеет большие перспективы в будущем и будет устанавливаться и в настольных компьютерах.

Карты PCMCIA, называемыя также РС картой, предназначены для оперативной памяти, модемов, жестких дисков и пр. устройств и бывают трех видов. Они имеют длину и ширину 85х54 мм, а толщина зависит от типа. I тип имеет толщину 3,3 мм, II тип — 5 мм, III тип — 10,5 мм. Карта вставляется в разъем шины ISA, приспособленной для этих карт, которая также называется PCMCIA.

Тип I используется для оперативной памяти, иногда для модемов или сетевой карты, обладает 16 разрядным интерфейсом, толщина 3.3 мм, тип II для этих же устройств, но они потолще (5 мм), в тип III можно установить также жесткий диск (толщина 10,5 мм). В ноутбуке есть отсек, куда можно установить либо одну карту типа I или II, либо в современных моделях — две карты типа I и II или одну типа III.

Для модема на конце карты установлен специальный разъем (X-jack) к которому подключается провод, на другом конце имеется телефонный разъем (RG11) для подключения к телефонной линии. При установке нужно просто вставить карту в отверстие до щелчка, а для того, чтобы вынуть, нужно нажать на рядом расположенную клавишу, и карта выскочит наружу. PC Card AT называется разъем PCMCIA для подключения к блокнотным и стационарным компьютерам.

Card Bus является дальнейшим развитием РС Card, которые передают данные через 32-разрядный интерфейс (карты PCMCIA стали называть РС Card). Шина соединяет карту с системой видеоизображений, что позволяет миновать шину ISA. Эта шина называется Zoomed Video Port – порт увеличенного видео.

IEEE 1394 – разработана Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers) на основе шины компании Apple – FireWire в 1995 году, где номер 1394 обозначает порядковый номер шины, которая разработана данной организацией. Шина позволяет подключить до 16 устройств к одному узлу, при этом каждому устройству присваивается номер, который имеет размерность 16 бит, то есть всего можно адресовать более 64 000 устройств. К каждой шине подключается до 63 устройств, при этом каждому узлу присваивается номер, состоящий из 6 бит. Между собой можно соединить 1023 шины при помощи мостов, каждая из которых имеет разрядность 10 бит, в шине возможна «горячая замена». Каждое новое устройство может быть подключено к любому свободному порту, на одном аппарате их бывает от одного до трех, но возможно — до 27. Единственное исключение заключается в запрете организации петель устройств, так как шина поддерживает древовидную структуру.

Существует три класса устройств с передачей данных 98,3; 196,6 и 339,2 Мбит/сек, или их обычно округляют до 100, 200 и 400 Мбит/сек.по стандарту IEEE 1394a и 800 и 1600 по стандарту IEEE1394b. По стандарту IEEE 1394.1, разработанному в 2004 году, можно подключать до 64 449 устройств, по стандарту IEEE 1394с, разработанному в 2006 году, можно использовать кабель от сети Ethernet. При этом максимальная длина кабеля составляет до 100 метров, а скорость до 800 Мбит/сек.

Существует три вида разъема: 4 pin – без питания, устанавливается на ноутбуках и видеокамерах, (IEEE 1394a без питания), 6 pin –с дополнительными двумя контактами для питания (IEEE 1394a) и 9 pin с дополнительными контактами для приема и передачи (IEEE 1394b). Также может быть разъем RJ-45 (IEEE 1394с).

Если кабель состоит из 6 медных проводов, два на питание, остальные две пары для данных, причем каждая пара экранирована и также экранированы все провода вместе. Так как обеспечивается электропитание от 8 до 40 вольт при токе до 1,5 ампер, то многие устройства не требуют дополнительного подключения к сети. Между двумя устройствами можно установить кабели до 4,5 метров, разъемы шин простые, с возможностью легкого подсоединения.

Шина работает в синхронном и асинхронном режимах. При асинхронной передаче отправляются данные, организованные в пакеты, и при возникновении ошибок передача повторяется, что важно для точной передачи данных. Синхронная передача используется в мультимедиа, для передачи звуковых и видеоданных, но если данные пропали, то это не критично, так как производится передача следующей порции данных.

Шина IEEE 1394 передает данные в цифровом виде, поэтому качество видеоизображения лучше по сравнению с аналоговым. Компьютер может программным образом включать и выключать устройства, подключенные к нему. Шина является независимой от компьютера, то есть возможна её работа при отсутствии компьютера, например, для передачи данных от видеокамеры к видеомагнитофону. Данную шину поддерживает Windows 98 (нужно обновление), Windows МЕ, Windows 2000, Windows ХР и другие.

Для ускорения работы была введена хост-шина (иногда называемая шиной процессора). Предназначена для передачи данных с 64-разрядностью между процессором, оперативной памятью и кэш-памятью 2-го уровня и работает с частотой 50, 60, 66, 75, 100, 133 Мгц, в то время как шина PCI — с половинной частотой (25; 30; 33; 37,5 Мгц).

Эксплуатация. Если одна из старых карт перестала работать, то можно попробовать ее снять и прочистить контакты обыкновенным ластиком, который удалит налеты и окись. После установки проверьте работу платы. Неиспользуемые слоты желательно закрыть специальными крышками.

Запись Шины и интерфейсы впервые появилась Индиго.

Share

Тебе может это понравится...