Шины для подключения внешних плат расширения

Рассмотрим набор разъемов, располагающихся на материнской плате. Эти разъемы предназначены для установки так называемых плат расширения. Это платы, являющиеся контроллерами каких либо необходимых нам устройств, которые не интегрированы в материнскую плату. Например, в эти разъемы можно установить видео плату (отвечающую за вывод информации на монитор), аудио плату (отвечающую за звуковые возможности компьютера), TV или FM приемник и т.д. Т.е. добавление дополнительных устройств в компьютер с целью наращивания его возможностей происходит путем добавления плат расширения, вставляемых в соответствующие разъемы для этих плат на материнской плате.

 На материнской плате присутствует несколько типов разъемов для подключения плат расширения. Остановимся на этом подробнее.

Естественно, сам по себе разъем не представляет особой ценности. Гораздо важнее шина (т.е. магистраль обмена данными), заканчивающаяся разъемом, который мы и наблюдаем на плате.

Прежде всего, разберем, от чего зависит скорость обмена данными по шине.

Естественно, чем быстрее можно передавать данные по шине, тем больше возможностей она предоставляет.

На самом деле:

-  наши провода могут быть не приспособлены для высокой скорости передачи,       - приемо-передающее оборудование также может не справиться в возросшей нагрузкой: передатчик в силу своего устройства не может формировать и передавать более чем 300 байт/с, а приемник, в свою очередь не может принимать больше.

Итог - такой способ может требовать замены всего, включая оборудование, провода, а может даже и способа передачи (метода кодирования сигнала).

Существуют два способа решения проблемы: увеличение частоты передачи сигнала и увеличения ширины шины.

Но при этом просто взять, и поднять частоту шины, увеличив, таким образом, ее пропускную способность весьма непросто. Нужно быть готовым к тому, что имеющееся оборудование наверняка не будет работать с новой частотой шины, и придется разрабатывать новое оборудование.

Второй способ увеличить пропускную способность канала обмена в приведенном выше примере еще более прост! Нужно просто добавить еще один (или несколько) проводов, по которым передаются данные! При этом частота остается той же, имеющееся оборудование будет работать, а передача данных происходит параллельно по двум или нескольким проводам. В таком случае говорят об увеличении ширины шины. Если в случае одного провода за один такт периодического сигнала передают один бит, то в случае, когда шина состоит из N проводов, за один такт можно передать N бит, поэтому ширину шины измеряют в битах, а физически это соответствует количеству проводов в шине, использующихся для передачи данных. Итак, говорят о разрядности шины и измеряют ее в битах. Чем больше разрядность, чем больше и пропускная способность шины.

 

 

Самой первой шиной для подключения плат расширения была разработанная для самых первых РС шина, названная XT-Bus (еще ее иногда называют ISA8). Это была восьмиразрядная шина, а частота, на которой она работала, составляла всего лишь 4,77 МГц.

Столь малая частота работы шины XT-Bus объясняется тем, что и процессор в самом первом компьютере IBM PC работал на частоте 4,77 МГц. Естественно, даже теоретическая пропускная способность такой шины 1байт х 4,77МГц = 4,77Мбайт/с (а реальная производительность шины заметно меньше), не может надолго удовлетворить потребности в пропускной способности, поэтому

для новых систем в 1984 году была разработана модификация шины XT-Bus, названная ISA.

Шина ISA была 16-разрядной, в отличии от своей восьмиразрядной предшественницы, кроме того частота шины ISA была поднята примерно до 8 МГц. Таким образом, пропускная способность новой шины увеличилась по сравнению с XT-Bus почти вчетверо.

 В ситуации, когда нужно разработать новую шину для подключения внешних устройств, всегда есть два пути.

Путь первый - разработать с нуля новую шину, новый разъем, новую логику работы не имея необходимости тащить за собой недостатки прошлого.

И путь второй - разработать новую шину как улучшение предыдущей, сохранив при этом совместимость. Именно второй путь обычно и избирают, если только имеется техническая возможность сделать это.

 

Дело в том, что разработав и внедрив

 

новую шину, не совместимую со старой, производитель не вызовет особой радости у пользователя, который, купив новую материнскую плату и процессор, убедится, что все прочие платы расширения, которыми он пользовался ранее, теперь можно выбросить, так как установить их в новый компьютер нельзя. И шина ISA - это улучшенная XT-Bus, сохранившая с XT-Bus совместимость. Естественно, эта совместимость выражается и в организации логики обмена по шине, и в разъеме. Т.е. шина ISA является совместимой с XT-Bus в том смысле, что старую XT-Bus плату можно установить в разъем ISA и она при этом будет работать. Итого: в разъем ISA можно вставить как 16-разрядную, специально разработанную для ISA плату, так и старую, разработанную для XT-Bus плату.

Но, разумеется, новая шина удовлетворяет потребности только лишь некоторое время. И затем снова встает вопрос о разработке новой шины для подключения плат расширения. В 1988 году такие фирмы, как Wyse, AST Research, Tandy, Compaq, Hewlett-Packard, Zenith, Olivetti, NEC и Epson предложили 32 - битное расширение шины ISA, так называемую шину EISA.

Поскольку дальше удлинять разъем ISA было некуда, разработчики нашли оригинальное решение: новые контакты были размещены между контактами шины ISA и не были доведены до края разъема. Специальная система выступов на разъеме и щелей в EISA-картах позволяла им глубже заходить в разъем и подсоединяться к новым контактам. (Правда, утверждают, что при большом желании можно запихнуть и ISA-карту так, чтобы она замкнула EISA-контакты). Т.е. разъем EISA содержал дополнительные контакты, которые и обеспечивали 32 - битное расширение в глубине. И в разъем EISA можно было вставлять как обычные ISA платы, т.е. обеспечивалась совместимость, так и специально разработанные EISA платы. Однако архитектура EISA не прижилась.

Фактически переступив через EISA, индустрия использовала следующую разработку, шину, которая называлась локальная шина VESA, или VL-Bus - VESA Local Bus.

Разъем шины VESA состоял из разъема ISA и еще одного блока, обеспечивавшего дополнительные контакты, которые позволяли реализовать по шине VESA 32-битный обмен. Кроме того, разъем VESA работал не на частоте 8 МГц, а на частоте процессора, установленного в системе, что в то время составляло 25-50 МГц! Таким образом, шина была вдвое шире (в смысле разрядности:)), чем ISA, да еще и работала на частоте, в несколько раз большей, обеспечивая огромный рывок вперед по пропускной способности!