Интерфейсы. Описание уровней и длительности электрических сигналов

Тот, кто так или иначе связан с компьютерами, никогда не скажет, что слово “шина” обозначает “обруч, надеваемый на обод колеса”. Но и внятно объяснить значение этого слова зачастую, к сожалению, тоже не может. Основная проблема обычно заключается в довольно запутанной терминологии. Попробуем с самого начала разобраться с некоторыми определениями.

Для того, чтобы различные устройства компьютера соединились между собой, они должны иметь одинаковый интерфейс, то есть специальные средства общения. Чисто физически интерфейс может проявляться в одинаковых типах соединителей и распайке кабеля. Как бы вы ни старались, вам не удастся соединить трехконтактную вилку с двухполюсной розеткой именно потому, что они имеют различный механический интерфейс. Помимо этого, устройства должны “говорить” между собой на языке понятных друг другу сигналов, то есть иметь одинаковый логический интерфейс, который часто называют протоколом. Кроме того, интерфейс обычно включает описание уровней и длительности электрических сигналов, а также их распределение по контактам соединителей.

Под аппаратным интерфейсом понимают элементы связи и вспомогательные схемы управления,необходимые для соединения различных устройств. В том случае, когда интерфейс является общепринятым, например, утвержден какой-либо международной организацией или ассоциацией фирм-производителей определенного вида техники, он носит название стандартного.

Основная обязанность системной шины — передавать информацию ми компьютера. Кроме того, по этой шине осуществляется адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами. Таким образом, упрощенно системную шину можно представить как совокупность сигнальных линий, объединенных по их функциональному назначению (данные, адреса, управление). Передачей информации по шине управляет одно из подключенных к ней устройств или специально выделенный для этого узел, называемый арбитром шины.

Иногда под стандартной шиной понимают механическую часть интерфейса — тогда, разумеется, одноименная спецификация определяет только типы и виды используемых соединителей. Если же в подобном случае речь идет и об интерфейсе, то, как правило, имеется в виду описание только электрических сигналов. Кроме их длительности и уровней, указываются номера контактов, на которых появляется тот или иной сигнал, а также реакция аппаратных средств на присутствие соответствующего сигнала. Протокол определяет логический уровень интерфейса:

каким образом программное обеспечение работает с сигналами, появляющимися на контактах соединителей. Все эти разночтения следует учитывать, когда вы погружаетесь в “интерфейсные дебри”. Далее понятие “шина” мы будем трактовать в более широком смысле, то есть как понятие, определяющее не только механический, но и электрический интерфейсы.

Итак, попробуем теперь разобраться, в чем же состоят различия между системной и локальной шинами. Вообще, правильнее называть шину не просто системной, а системной шиной расширения. Если вспомнить недавнюю историю, то шина IBM PC и IBM PC/XT была продолжением (расширением) локальной шины микропроцессора 8088. Таким образом, по сути локальная шина являлась в то же время и системной. Отметим, что локальная шина тактируется сигналами внешней частоты микропроцессора. Так, в первых “писишках” шина и микропроцессор синхронизировались от одного тактового генератора с частотой 4,77 МГц.

Настоящей системной шиной расширения в IBM PC-совместимых компьютерах стала ISA (Industry Stan-dart Architecture). Она отличалась от своей предшественницы не только большим числом сигнальных линий, но и дополнительным соединителем (можно было передавать параллельно 16 разрядов данных, а благодаря 24 адресным линиям напрямую обращаться к 16 Мбайт системной памяти). В ISA уже допускалась возможность синхронизации работы самой шины и микропроцессора разными тактовыми частотами, что позволяло устройствам, выполненным на платах расширения, работать медленнее, _им базовый микропроцессор. Это ста--"ло осооенно^ак^уалЬйыМ.-Когда^аКтгг-вая частота процессоров превысила 10-12 МГц. Теперь системная шина ISA стала работать асинхронно с процессором на частоте 8 МГц. Максимальная скорость передачи по ISA теоретически может достигать 16 Мбайт/с, однако не следует забывать, что обмен по шине, как правило, занимает наменыпе трех тактов работы процессора. Следовательно,реальная скорость ниже, по крайней мере, в три раза.

С появлением новых микропроцессоров, таких, как i80386 и i486, стало очевидно, что одно из препятствий (впрочем, вполне преодолимых) на пути повышения производительности компьютеров с этими микропроцессорами — системная шина ISA. Возможности этой шины для построения высокопроизводительных систем следующего поколения были практически исчерпаны. Новая шина EISA (Extended Industry Standart Architecture), обладающая повышенной пропускной способностью(до 33 Мбайт/с), призвана была решить эту задачу. Тем не менее, в силу ряда причин (реализация технических решений весьма недешева) она получила лишь

ограниченное распространение и до сих пор применяется преимущественно в серверах и специализированных системах. Напомним, что тактовая частота работы EISA также составляет 8 МГц. Максимальное быстродействие достигается за счет увеличения разрядности (32 разряда против 16) и применения специальных пакетных режимов передачи.