Магистраль ISA IBM PC совместимого компьютера

Микро-ЭВМ построена по модульному принципу, т.е. все функциональные блоки выполнены в виде модулей, связь между которыми осуществляется через единый канал обмена информацией или магистраль. Магистраль, являясь простой, быстродействующей системой связей, соединяет различные модули: центральный процессор, память и внешние устройства. Организация магистрали позволяет подключать к ней несколько центральных процессоров, создавая тем самым многопроцессорную ЭВМ. При этом используется дополнительная магистраль для решения арбитражных вопросов между процессорами. При построении системы на базе микро-ЭВМ пользователь может подключать к магистрали и свои собственные устройства, разработанные с учетом соответствующих требований и рекомендаций.

Связь между любыми модулями, подключенными к магистрали, осуществляется по принципу управляющий - управляемый (активный - пассивный). В любой момент времени могут взаимодействовать только два устройства, одно из которых - активное - организует работу магистрали, другое - пассивное - является исполнителем. Активную роль, как правило, играет процессор, остальные устройства, в том числе и оперативная память, являются пассивными. Исключение составляет обмен с использованием прямого доступа к памяти, когда активным становится устройство, организующее прямой обмен с памятью.

Обмен информацией на магистрали поддерживается управляющими сигналами (сигналами квитирования). Обмен может выполняться как словами, так и байтами. В основном используется два типа магистралей. В первом типе линии адреса и данных разделены, во втором типе совмещены. Для организации магистрали по второму типу требуется меньшее число линий, однако платой за уменьшение числа линий является потенциально меньшее быстродействие. В IBM PC-AT используется магистраль первого типа, которая носит название ISA (сокращение от Industry Standard Architecture – промышленная стандартная архитектура). Магистраль второго типа PCI используется в компьютерах класса Pentium.

Рассмотрим более подробно магистраль ISA. В стандартном PC-AT системная шина состоит из двух частей. Первая часть состоит из 62 выводов, расположенных в слоте расширения в два ряда и пронумерованных как А1 – А31, B1 – B31(основной 8 - разрядный слот). Эта часть полностью совместима с шиной компьютера PC-XT. Вторая часть состоит из 36 выводов (16 - разрядное расширение или дополнительный слот), являющихся продолжением первой части и пронумерованных как C1 – C18, D1 – D18 (рис 3.4).

Рисунок 3.4 – Слот расширения шины ISA.

Внешние платы, устанавливаемые в разъемы шины, могут быть 8- и/или 16-разрядными. 8-разрядная плата имеет только один интерфейсный разъем и может оперировать только с 8-разрядными данными. 16-разрядная плата обязательно имеет два интерфейсных разъема - один основной, такой же как в 8-разрядных платах, и один дополнительный. Такая плата может оперировать как с 8-, так и с 16-разрядными данными. Общее число устанавливаемых в разъемы шины плат ограничивается как нагрузочной способностью шины, так и конструктивным исполнением материнской платы. Как правило, допускается устанавливать не более 8 внешних плат на шину. Такое ограничение вызвано также и относительно небольшим количеством свободных линий запросов на ПДП и запросов на прерывания, имеющихся на шине.

Рассмотрим линии (сигналы) шины ISA, которые используются при работе с внешними устройствами.

SA0 ÷ SA19 – Это 20 выводов адресов памяти и устройств ввода – вывода.

SD0 ÷ SD15 – Эти 16 выводов образуют двустороннюю шину данных.

IOR, IOW – Эти сигналы с активным низким уровнем управляют операциями чтения и записи при работе с внешними устройствами.

ALE – Высокий уровень этого сигнала указывает на то, что адрес на системной шине сформирован. Защелкивание адреса на линиях SA0 ÷ SA9 происходит по падающему фронту ALE.

CLK – Системный синхросигнал, согласованный с внутренним процессорным синхросигналом.

IRQ3 ÷ IRQ7, IRQ9 ÷ IRQ12, IRQ14, IRQ15 – Эти сигналы формируются внешними устройствами для запроса прерывания процессора на их обслуживание. IRQ2 в AT системах используется для запроса на прерывание второго дополнительного контроллера прерываний. В XT системах (например Micro PC) IRQ2 свободно и может использоваться аппаратурой пользователя. IRQ13 используется математическим сопроцессором, IRQ8 – таймер реального времени.

DRQ0 ÷ DRQ3, DRQ5 ÷ DRQ7 – Сигналы запросов на прямой доступ к памяти. Выставляются периферийными устройствами при необходимости обмена данными между этими устройствами и памятью. DRQ4 используется материнской платой.

DACK0 ÷ DACK3, DACK5 ÷ DACK7 – Эти сигналы формируются для подтверждения запросов на прямой доступ к памяти.

-I/O GH RDY – Сигнал готовности канала ввода/вывода. Устанавливается равным 0 (не готов) для того, чтобы удлинить цикл обмена данными с периферийными устройствами или памятью. Любое медленно работающее периферийное устройство может сформировать этот сигнал с целью растянуть цикл шины до приемлемой длительности. Длительность задержки не должна превышать ~4 мкс (~30 периодов CLK).

Как и при доступе к памяти, процессор для связи с портами использует шины данных и адреса. Номер порта – это адрес ячейки памяти, являющейся частью устройства ввода – вывода, а не частью оперативной памяти. При доступе к порту процессор посылает сначала по управляющей шине сигнал ALE, который оповещает все устройства ввода – вывода, что адрес на шине является адресом порта, а затем посылает собственно адрес порта. То устройство, адрес порта которого совпадает, дает ответ.

При общем числе возможных портов в компьютере PC, равном 1024, для обращения к ним используется 10 разрядный адрес порта – разряды SA0 ÷ SA9. Карта адресов портов УВВ разделена на две части. 512 адресов с 0000H по 01FFH выделены для материнской платы. Адресное пространство с 0200H по 03FFH (т.е. 512 адресов) предоставляется схемным платам, которые вставляются в слоты расширения. Большинство этих адресов закреплено за определенными функциональными платами IBM. Свободными являются адреса 100 ÷ 1FFH и 300 ÷ 31FH. Эти адреса можно использовать в своих собственных платах расширения.