Электрические и конструктивные характеристики шины ISA

При проектировании систем с использованием шины ISA помимо протоколов обмена по магистрали надо учитывать также электрические характеристики сигналов.

Стандарт магистрали определяет требования к входным и выходным токам приемников и передатчиков каждой из плат расширения. Несоблюдение этих требований может нарушить функционирование всего компьютера и даже вывести его из строя. Выходные каскады передатчиков магистральных сигналов шины должны выдавать ток низкого уровня не меньше 24 мА, а ток высокого уровня - не меньше 3 мА. Входные каскады приемников сигналов должны потреблять входной ток низкого уровня не больше 0,8мА, а входной ток высокого уровня - не больше 0,04 мА. Кроме этого необходимо учитывать, что максимальная длина печатного проводника от контакта разъема до вывода микросхемы не должна превышать 65 миллиметров, а максимальная емкость относительно земли по каждому проводнику шины не должна быть больше 20 пФ.

К некоторым линиям шины подключены нагрузочные резисторы, идущие на шину питания +5В, а в некоторые линии включены последовательные резисторы номиналом 22 или 27 Ом.

Системный интерфейс ISA является развитием интерфейса XT-Bus, используемого в ЭВМ IBM PC/XT и характеризуется большей разрядностью ША (24 вместо 20 в XT-Bus), ШД (16 вместо 8) и почти вдвое большем количестве сигналов запроса прерываний и подсистемы ПДП. Для электрической и конструктивной совместимости УВВ, разработанных для интерфейса XT-Bus с интерфейсом ISA, основной 62-контактный соединитель (разьем) XT-Bus был дополнен 36-контактным. Ряды контактов 62-контактного соединителя имеют обозначения А и В, а 36-контакного - С и D. На выводах А1-АЗ1, В1-ВЗ1 основного соединителя были оставлены сигналы шины XT-bus, на контакты С1-С18, D1-D18 второго соединителя были выведены дополнительные сигналы шины AT-bus.

 

Конвейеризация шины

Анализ временных диаграмм обмена по шине ISA показывает, что сигналы ША шины ISA используются только в начальной фазе любого шинного цикла. После дешифрации адреса памятью или УВВ, т.е после использования информации об адресе УВВ или ячейки памяти, удержание адреса, используемого в текущем шинном цикле становится ненужным. В то же время, после выдачи адреса на ША в начале любого шинного цикла требуется определенная временная пауза до начала дешифрации адреса из-за задержки распространения сигналов в логических схемах и переходных процессов в линиях шины. Логичным решением, приводящим к повышению скорости обмена по шине, является конвейеризация шины. Под конвейеризацией шины понимается прием установки адреса для следующего шинного цикла в предыдущем шинном цикле. Первоначально (в ЭВМ IBM PC/AT 286) адрес для следующего шинного цикла устанавливался с середины предыдущего. В более поздних версиях используется так называемая “мягкая конвейеризация”, в которой устройства сообщают процессору о своей готовности к приему следующего адреса с помощью сигнала NA# (Next Address- следующий адрес), после появления которого процессор выдает на ША адрес для следующего шинного цикла. Конвейеризация позволяет повысить скорость обмена по шине и производительность ЭВМ в целом благодаря уменьшению количества тактов ожидания, вырабатываемых процессором при неготовности к обмену памяти или УВВ (см. назначение сигнала I/0 СН RDY шины ISA).

 

Структурная схема системной платы ЭВМ IBM PC/AT Pentium

Локальные шины ввода -вывода

В архитектуре ЭВМ IBM PC/AT 286 шина ISA предназначалась для всех передач между процессором, памятью и УВВ. Такие шины называются системными. Обладая низкой пропускной способностью (тактовая частота шины - 8 МГц) шина ISA стала, по мере повышения быстродействия процессора и ОП, ограничивать производительность системы в целом.

С учетом этого для последующих ЭВМ (PC2, IBM PC/AT 386, IBM PC/AT 486 и др.) были разработаны и использованы другие шины- MCA, EISA, VLB. Обладая большей тактовой частотой и разрядностью ШД, они обеспечивали повышение пропускной способности шины. Тем не менее, требования их совместимости с УВВ, разработанными для предыдущих моделей ЭВМ, и необходимость работы с широким набором устройств, от самых медленных до быстрых (например – клавиатуры и КЭШ-памяти), ограничивали их потенциальные возможности. Кардинальным решением проблемы стал отказ от использования единой шины для всех устройств и переход к набору локальных шин, каждая из которых предназначалась для работы с ограниченным кругом устройств.

Структура системы с такой организацией шин приведена на рисунке 8.5.

В дополнение к имеющимся в ЭВМ IBM PC/AT 286 четырем шинам в Pentium- системах введена шина PCI (Peripheral Component Interconnect- соединение периферийных компонентов). Шина предназначена для обмена с высокоскоростными устройствами ввода-вывода. В ней используется мультиплексированная шина адреса- данных и шина управления.

Проблема организации высокоскоростного обмена между ОП и процессором решена благодаря подключению ОП непосредственно к шине процессора. Все некритичные к скорости обмена периферийные устройства взаимодействуют с процессором, используя шину ISA.

 

Рисунок 8.5 - Структура системной платы ЭВМ типа IBM PC/AT- Pentium