9 просмотров

Чем отличаются шины isa и eisa

Шины – интерфейсы персонального компьютера

Если процессор – это сердце персонального компьютера, то шины – это артерии и вены по которым текут электрические сигналы. Строго говоря, это каналы связи, применяемые для организации взаимодействия между устройствами компьютера. Кстати, если Вы думаете, что те разъемы, куда вставляются платы расширения и есть шины, то Вы жестоко ошибаетесь. Это интерфейсы (слоты, разъемы), с их помощью осуществляется подключение к шинам, которых, зачастую, вообще не видно на материнских платах.

Существует три основных показателя работы шины. Это тактовая частота, разрядность и скорость передачи данных. Начнем по порядку.

Тактовая частота

Разрядность

Скорость передачи данных

Название этого параметра говорит само за себя. Он высчитывается по формуле:

тактовая частота * разрядность = скорость передачи данных

Сделаем расчет скорости передачи данных для 64 разрядной системной шины, работающей на тактовой частоте в 100 МГц.

100 * 64 = 6400 Мбит/сек
6400 / 8 = 800 Мбайт/сек

Но полученное число не является реальным. В жизни на шины влияет куча всевозможных факторов: неэффективная проводимость материалов, помехи, недостатки конструкции и сборки а также многое другое. По некоторым данным, разность между теоретической скоростью передачи данных и практической может составлять до 25%.

За работой каждой шины следят специально для этого предназначенные контроллеры. Они входят в состав набора системной логики (чипсет).

Теперь поговорим конкретно о тех шинах, которые присутствуют на материнской плате. Основной считается системная шина FSB (Front Side Bus). По этой шине передаются данные между процессором и оперативной памятью, а также между процессором и остальными устройствами персонального компьютера. Вот тут вот есть один подводный камень. Дело в том, что работая над материалом этой статьи, я столкнулся с одной неразберихой – существует такая фигня, как шина процессора. По одним данным системная шина и шина процессора это есть одно и тоже, а по другим – нет. Я перерыл кучу книг и пересмотрел кучу схем. Вывод: поначалу процессор подключался к основной системной шине через собственную, процессорную, шину, в современных же системах эти шины стали одним целым. Мы говорим – системная шина, а подразумеваем процессорную, мы говорим – процессорная шина, а подразумеваем системную. Двинемся дальше. Фраза: «Моя материнская плата работает на частоте 100 МГц» означает, что именно системная шина работает на тактовой частоте в 100 МГц. Разрядность FSB равна разрядности CPU. Если Вы используете 64 разрядный процессор, а тактовая частота системной шины 100 МГц, то скорость передачи данных будет равна 800 Мбайт/сек.

Кроме системной шины на материнской плате есть еще шины ввода/вывода, которые отличаются друг от друга по архитектуре. Перечислю некоторые из них:

1. ISA
2. EISA
3. VLB или VESA
4. PCI
5. AGP

ISA (Industrial Standard Architecture –
промышленная стандартная архитектура)

Первая 8 разрядная шина ISA появилась в 1981 году, а в 1984 году появился ее 16 разрядный вариант. 8 разрядная ISA применялась в компьютерах класса ХТ и работала на частоте равной 4,77 МГц, а 16 разрядная – в АТ с частотой в 8,33 МГц. Приведу таблицу сравнений этих двух стандартов:

скорость передачи данных

кол-во контактов в разъеме

На интерфейс 8 разрядной ISA было выведено 8 каналов данных и 20 каналов адреса. Все это позволяло адресовать до 1 Мбайт памяти. С появлением 80286 процессора, который мог обрабатывать уже 16 бит данных, появилась необходимость в 16 разрядной ISA, что и было реализовано в 1984 году. Разъем был дополнен еще 36 каналами, 8 из которых были выведены под данные, а 7 – под адрес. Следует отметить, что некоторые платы расширения, рассчитанные на 8 разрядную шину, могут работать и с 16 разрядной. Кстати, понятие ключ – выступ в разъеме и вырез в подключаемой плате, появился вместе с 16 разрядной ISA. Так как до 1987 года IBM отказывалась публиковать полное описание и временные диаграммы ISA, многие производители железа решились на разработку собственных шин. Так появилась 32 разрядная ISA, которая не нашла применения, но фактически предопределила появление шин MCA и EISA. В 1985 году фирма Intel разработала 32 разрядный 80386 процессор который увидел свет в конце 1986 года. Появилась насущная необходимость в 32 разрядной шине ввода/вывода. Вместо того, что бы продолжить дальнейшую разработку ISA, в IBM создали новую шину MCA (Micro Channel Architecture – микроканальная архитектура) которая во всех отношениях превосходила свою предшественницу:

1. Был использован арбитр шины CACP (Central Arbitration Control Point), который позволял любому подключенному к шине устройству передавать данные любому другому устройству, так же подключенному к этой шине. Кроме этого, CACP предотвращал конфликты и монополизацию шины каким либо одним устройством.
2. Шина MCA не синхронизирована с процессором, что позволяет снизить возможность лишних конфликтов и помех между платами.
3. Отсутствие переключателей и перемычек свело установку плат расширения к простому, не требующему дополнительной квалификации, действию.

Но сей стандарт умер, прожив весьма короткую жизнь. И дело тут вот в чем: во-первых фирма IBM потребовала от всех фирм – производителей, желающих использовать MCA заплатить бабки за использование ISA во всех ранее выпущенных компьютерах. Естественно IBM послали куда подальше. Во-вторых, компьютерный мир оказался попросту не готов принять в 1987 году подход Plug and Play. В-третьих, цена первых MCA мягко говоря кусалась. Все эти факторы привели к появлению шины EISA, так что MCA можете выбросить из головы

EISA (Extended Industry Standard Architecture –
расширенная промышленная стандартная архитектура)

Диктатура IBM на рынке производства шин очень не нравилась представителям небезызвестной фирмы Compaq. С несколькими фирмами – партнерами Compaq создала комитет EISA который занимался разработкой нового стандарта. Уже в 1989 году появились первые персональные компьютеры, материнские платы которых были оснащены шиной EISA. Основное ее отличие заключалось в 32 разрядной технологии, хотя и создавалась она на основе архитектуры все той же ISA (тактовая частота осталась прежней – 8,33 МГц). Преимущества новой технологии очевидны: как и в MCA, используется арбитраж запросов ISP (Integrated System Peripheral), повысилась скорость обмена данными, мощность, потребляемая каждым из адаптеров может достигать 45 Вт. При этом была сохранена совместимость с платами, рассчитанными для работы с ISA. Скорость передачи данных равнялась 33 Мбайт/сек. Ко всему прочему, в компьютерах с шиной EISA была предусмотрена возможность автоматической настройки прерываний и адресов адаптеров. Но к сожалению и этот проект через короткое время был похерен. И, кстати, не без помощи самой же Compaq, которая как и IBM пыталась урвать жирный кусок пирога.

С повышением тактовых частот и разрядности процессоров настала насущная проблема в повышении скорости передачи данных в шинах (какой смысл использовать камень с тактовой частотой, скажем, 66 МГц, если шина работает на частоте лишь 8,33 МГц). В одних случаях, например клавиатура или мышь, высокая скорость ни к чему. Но инженеры фирм, производителей плат расширения, готовы были изготовлять устройства со скоростью, которую шины не могли предоставить. Итак, какое же решение было принято? Часть операций по обмену данными осуществлять не через стандартные разъемы шины ввода/вывода, а через дополнительные высокоскоростные интерфейсы. Дело в том, что эти самые высокоскоростные интерфейсы подключаются к шине процессора. Из этого следует, что подключаемые платы будут иметь доступ непосредственно к процессору через его шину. Вся эта фигня и получила название LB (Local Bus – локальная шина). Между прочим, первые шины ISA как раз и были локальными но когда их тактовая частота превысила 8 МГц, произошло разделение. А в 1992 году появился еще один расширенный вариант ISA – VLB (VESA Local Bus),

VLB была локальной шиной, которая не изменяла, а дополняла существующие стандарты. Просто к основным шинам добавлялось несколько новых быстродействующих локальных слотов. Популярность шины VLB продлилась до 1994 года. Кстати, VESA это Video Electronic Standard Association, кто знает английский, тот понял, что это ассоциация, которая, кстати, и предложила новую, уже действительно локальную, шину (не без участия фирмы NEC). Скорость передачи данных VLB равнялась 128 – 132 Мбайт/сек, а разрядность –32. Тактовая частота достигала 50 МГц, но реально не превышала 33 МГц в связи с частотными ограничениями самих слотов. Дополнительные разъемы VLB имеют 116 контактов. Основная функция, для которой была предназначена новая шина – обмен данными с видеоадаптером. Но новая шина имела ряд недостатков, которые не позволили ей долго просуществовать на рынке инфотехнологий. Ну да ладно: чем дальше в лес, тем толще партизаны. Уже в 1992 году начались разработки новой локальной шины PCI

PCI. (Peripheral Component Interconnect bus –
шина соединения периферийных компонентов)

В июне 1992 года на сцене появился новый стандарт – PCI, родителем которого была фирма Intel, а точнее организованная ею группа Special Interest Group. К началу 1993 года появился модернизированный вариант PCI. По сути дела эта шина не является локальной. Напомню, что локальной шиной называется та шина, которая подключена к системной шине напрямую. PCI же для подключения к оной использует Host Bridge (главный мост), а так же еще и Peer-to-Peer Bridge (одноранговый мост) который предназначен для соединения двух шин PCI. Кроме всего прочего, PCI является сама по себе мостом между ISA и шиной процессора. Сказать, что появление шины PCI на рынке подстегнуло производителей всевозможных устройств к действию означает не сказать вообще ничего. Это было своеобразной маленькой революцией. Разнообразие плат расширения, использующих шину PCI настолько велико, что я не вижу смысла их перечислять. Тактовая частота PCI может быть равна или 33 МГц или 66 МГц. Разрядность – 32 или 64. Скорость передачи данных – 132 Мбайт/сек или 264 Мбайт/сек. Стандартом PCI предусмотрены три типа плат в зависимости от питания:

1. 5 Вольт – для стационарных компьютеров
2. 3,3 Вольт – для портативных компьютеров
3. Универсальные платы могущие работать в обоих типах компьютеров.

Большим плюсом шины PCI является удовлетворение спецификации Plug and Play – по тем временам очень крутая фича. Кроме этого, в шине PCI любая передача сигналов происходит пакетным образом где каждый пакет разбит на фазы. Начинается пакет с фазы адреса, за которой, как правило, следует один или несколько фаз данных. Количество фаз данных в пакете может быть неопределенно, но ограничено таймером, который определяет максимальное время, в течение которого устройство может использоваться шиной. Такой вот таймер имеет каждое подключенное устройство, а его значение может быть задано при конфигурировании. Для организации работы по передачи данных используется арбитр. Дело в том, что на шине могут находиться два типа устройств – мастер (инициатор, хозяин, ведущий) шины и подчиненный. Мастер берет на себя контроль за шиной и инициирует передачу данных к адресату, т. е. подчиненному устройству. Мастером или подчиненным может быть любое подключенное к шине устройство и иерархия эта постоянно меняется в зависимости от того, какое устройство запросило у арбитра шины разрешения на передачу данных и кому. За бесконфликтную работу шины PCI отвечает чипсет, а точнее North Bridge. Но на PCI жизнь не остановила своего течения. Постоянное усовершенствование видеокарт привело к тому, что физических параметров шины PCI стало не хватать, что и привело к появлению AGP.

AGP (Accelerated Graphics Port – ускоренный графический порт)

На материнской плате этот порт существует в единственном виде (а больше и не к чему). Ни физически, ни логически он не зависит от PCI. Первый стандарт AGP 1.0 появился в 1996 году благодаря инженерам фирмы Intel. Этой спецификации соответствовала тактовая частота 66,66 МГц, режим сигнализации 1х и 2х, а также напряжение равное 3,3 В. Следующая версия, AGP 2.0, появилась на свет в 1998 году и имела режим сигнализации 4х и рабочее напряжение равное 1,5 В. Скорость передачи данных – 533 Мбайт/сек (2х) и 1066 Мбайт/сек (4х). А чего же это такое – 2х, 4х? Объясняю: основной (базовый) режим AGP называется 1х. В этом режиме происходит одиночная передача данных за каждый цикл. В режиме 2х передача происходит два раза за цикл. Теперь для тех, кто на бронепоезде: в режиме 4х передача данных происходит четыре раза за каждый цикл. И так далее. Ширина AGP 1.0 – 32 бита. Большим достижением AGP является то, что эта спецификация позволяет получить быстрый доступ к оперативной памяти так как является локальным (или локальной, кому как нравиться).

Чем отличаются шины isa и eisa

Для того, чтобы сравнить данные шины нам не обойтись без характеристик.

ISA-8 и ISA-16(Industry Standard Architecture) – является самой распространенной и самой простой шиной, основы которой были заложены в ПК ЮМ PC/XT(ISA-8) и после ее усовершенствования (ISA-16) она широко используется в ШМ PC/AT практически для всех современных микропроцессоров. ISA-8 имеет разрядность 8 бит данных и 20 бит адреса (максимальное адресное пространство -1 Мбайт). В ISA-16 шину расширили до 16 бит данных и 24 бит адреса. В таком виде она существует и поныне как самая распространенная шина для периферийных адаптеров. Шина обеспечивает своим абонентам возможность отображения 8- или 16-битных регистров на пространство ввода/вывода и памяти. Предельная скорость передачи данных достигает 16 Мбайт/с.

Диапазон адресов ввода/вывода сверху ограничен количеством используемых для дешифрации бит адреса, при этом традиционно используется 10-битная адресация пространства ввода/вывода, а в настоящее время в интеллектуальных устройствах стали применять и 12-битную адресацию, но при ее использовании всегда необходимо учитывать возможность присутствия на шине и старых 10-битных адаптеров, которые “отзовутся” на адрес с подходящими ему битами А(9 – 0) во всей допустимой области 12-битного адреса четыре раза. В распоряжении абонентов ISA-8 может быть до 6 линий запросов прерываний IRQ(для ISA-16 их число достигает 11) и до трех 8-битных каналов DMA(для ISA-16 быть доступными еще три 16-битных канала). Все перечисленные ресурсы системной шины должны быть бесконфликтно распределены между абонентами. Задача распределения ресурсов в старых адаптерах решалась с помощью джемперов, затем появились программно-конфигурируемые устройства, которые вытесняются автоматически конфигурируемыми платами РпР. С появлением 32-битных процессоров делались попытки расширения разрядности шины, но все 32-битные шины ISA не являются стандартизованными, кроме шины EISA.

Конструктивно слот шины ISA выполнена в виде двух щелевых разъемов с шагом выводов 2,54 мм (0,1 дюйма). Подмножество 1SA-8 использует только 62-контактный слот (ряды А, В), в ISA-16 применяется дополнительный 36-контактный слот (ряды С, D).

EISA(Extended ISA)- расширенная шина ISA, реализует 32-разрядную архитектуру (32-разрядные шины адреса и данных) и является более производительной, применяется для подключения высокоскоростных адаптеров, обеспечивающих эффективную работу с файлами или для надлежащей работы серверов.

Шина EISA имеет:

1. развитую систему прерываний, кроме прерывания по фронту сигнала предусмотрена система прерывания по уровню сигнала с возможностью программного выбора схемы прерывания;

2. развитую систему работы каналов ДМ А, допускающую циклы обмена за 8, 6, 4 и 1 тактов. Циклы поддерживают работу с 8-/16-/32- разрядными устройствами;

3. автоматическую конфигурацию системы и плат расширения с раз¬делением ресурсов компьютера между отдельными платами;

4. средства реализации мультипроцессорной архитектуры;

5. развитую систему арбитража, используется системный арбитр, участвующий в реализации центрального управления;

ISA и EISA — одни из первых стандартов шин

В этой статье мы хотим рассказать вам о некогда хорошо известной, но теперь редко использующейся технологии – технологии ISA, а также сходной с ней технологии ЕISA.

История происхождения и принцип действия

ISA представляет собой устаревший стандарт системной шины и шины ввода/вывода персональных IBM-совместимых компьютеров, использовавшийся в 1980-х-начале 1990-х гг. Аббревиатура ISA расшифровывается как Industry Standard Architecture (промышленный стандарт архитектуры). Уже самое это название свидетельствует о том, что шина в то время являлась фактическим стандартом и была принята к использованию практически всеми производителями компьютерного оборудования.

8-разрядная ISA – это одна из самых старых технологий ПК, появившаяся практически одновременно с первыми компьютерами архитектуры IBM. Её внедрение позволило пользователям подключать дополнительные устройства в её слоты расширения. Впервые шина была разработана для систем на основе процессора Intel 8088 (PC и PC/ХT) еще в 1981 г. Позже, для процессора 80286 (PC/AT), для того, чтобы в полной мере реализовать его возможности, в 1984 г. была разработана 16-разрядная ISA.

Таким образом, существуют 2 основные версии шины – 8-битная и 16-битная. Имели место также единичные попытки некоторых разработчиков ввести свои оригинальные варианты 32-разрядной, но они не получили широкого распространения.

Шина имела несколько слотов расширения, количество которых в системах XT/AT варьировалось от 3 до 8, и в которые пользователь мог вставить дополнительные устройства – платы расширения. При этом слот ISA 16-битной версии разработан таким образом, чтобы в него можно было вставить 8-битные устройства. Слот 16-разрядной шины всего лишь несколько длиннее 8-битных и имеет 98 контактов; слот 8-битной версии имеет 62 контакта.

Максимальная пропускная способность 16-разрядной шины составляет чуть более 8 МБ/c. Устройства, вставленные в слот расширения, благодаря 24-адресным линиям шины могут адресовать 16 МБ памяти. Кроме того, она поддерживает 16 аппаратных прерываний, краткое описание которых мы приводили в статье, посвященной IRQ.

В первых версиях ISA работала на одинаковой частоте с процессором. Однако в последующих реализациях из-за того, что частота процессоров значительно увеличилась, шина получила возможность работать при помощи отдельного тактового генератора.

Как выглядит слот расширения ISA. Материнская плата с двумя 8-разрядными слотами и тремя 16-разрядными слотами.

Достоинства шины:

  1. Сравнительная простота конструкции.
  2. Надежность.
  3. Широкая поддержка со стороны производителей.

Тем не менее, она имела и ряд серьезных недостатков, которые побудили отказаться от ее использования:

  1. Низкая скорость.
  2. Небольшая разрядность.
  3. Отсутствие полноценной поддержки функций bus mastering.
  4. Отсутствие автоматической конфигурации устройств. Устройства ISA конфигурировались пользователями вручную при помощи джамперов и переключателей.

EISA – улучшенная версия ISA

Эти недостатки была призвана устранить шина EISA (Extended ISA, т.е. расширенная ISA). В её разработке участвовали многие известные производители компьютерной техники, такие, как Compaq Computer, Epson, Hewlett-Packard, NEC, Zenith и некоторые другие.

EISA с самого начала позиционировалась, как преемница ISA, а не как ее конкурент. Поэтому она была полностью совместима с устройствами ISA. Устройства EISA должны были вставляться в слот такой же длины, как и 16-разрядный слот ISA, но отличались наличием дополнительных коннекторов. Она поддерживала функцию bus mastering для устройства, что позволяло передавать управление шиной какой-либо плате в слоте расширения. Также поддерживалась автоматическая конфигурация устройства. Однако она была ограниченной, поскольку для этой цели пользователю предлагалась специальная программная утилита, а новейшие на то время операционные системы, такие, как Windows 95, не были в состоянии автоматически конфигурировать устройства EISA.

Теоретическая пропускная способность EISA составляла 32 МБ/c, однако на практике из-за накладных расходов транспортных протоколов она составляла около 20 МБ/с.

В конце 1980-х, во время расцвета систем, основанных на процессорах 80386 и 486, EISA казалась весьма перспективной и сумела «убрать с дороги» тогдашний альтернативный проект от IBM – шину MCA. Но время ее активного применения оказалось сравнительно недолгим. Благодаря внедрению форм-фактора ATX а также получившей популярность технологии локальных шин, шины ISA и EISA практически вышли из употребления, уступив место такой современной локальной шине, как PCI. Тем не менее, разъемы ISA и EISA еще долго можно было встретить на материнских платах, где в качестве основной шины служила PCI.

Заключение

В этой статье мы привели краткое описание шин ISA и EISA, рассказали об их истории и принципах работы. Они стали важной вехой в развитии шин ввода/вывода и оказали большое влияние на развитие таких современных шин ввода/вывода, как PCI, PCI Express и AGP. Industry Standard Architecture до сих пор используется во многих старых компьютерах, а устройства с интерфейсом ISA до сих пор применяются во многих областях.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов: