Компаний – предло-жила вавгусте 1992 года свою спецификацию локальной шины

100 компаний – предло-жила вавгусте 1992 года свою спецификацию локальной шины.

Локальная шина VESA (VL-bus)

Основные характеристики VL-bus таковы.

Поддержка процессоров серий 80386 и 80486. Шина разработана для использования

в однопроцессорных системах, при этом вспецификации предусмотрена возможность

поддержки х86-несовместимых процессоров с помощью моста (bridge chip).

Максимально число bus master - 3 (не включая контроллершины). При

необходимости возможна установка нескольких подсистем для поддержки большего

числа masterов.

Несмотря на то, что изначально шина была разработанадля поддержки

видеоконтроллеров, возможна поддержка и других устройств (например,

контроллеров жесткого диска).

Стандарт допускает работу шины на частоте до 66 MHz,однако электрические

характеристики разъема VL-bus ограничивают ее до 50 MHz (это ограничение,

естественно, не относится к интегрированным в материнскуюплату устройствам).

Двунаправленная (bi-directional) 32-разрядная шинаданных поддерживает и

16-разрядный обмен. В спецификацию заложена возможность 64-разрядного обмена.

Поддержка DMA обеспечивается только для bus masters.Шина не поддерживает

специальных "инициаторов" DMA.

Максимальная теоретическая пропускная способность шины- 160 МВ/сек (при

частоте шины 50 MHz), стандартная - 107 МВ/сек при частоте 33 MHz.

Поддерживается пакетный режим обмена (для материнскихплат 80486,

поддерживающих этот режим). 5 линий используется для идентификациитипа и

скорости процессора, сигнал Burst Last (BLAST#) используется дляактивизации

этого режима. Для систем, не поддерживающих этот режим, линия устанавливается

в 0.

Шина использует 58-контактный разъем МСА. Максимальноподдерживается 3 слота

(на некоторых 50-мегагерцовых шинах возможна установка только 1 слота).

Слот VL-bus устанавливается в линию за слотами ISA/EISA/MCA,поэтому VL-платам

доступны все линии этих шин.

Поддерживается как интегрированный кэш процессора, таки кэш на материнской

плате.

Напряжение питания - 5 В. Устройства с уровнем выходного сигнала 3.3 В

поддерживаются при условии, что они могут работать суровнем входного сигнала 5

В.

Шина VL-bus явилась огромным шагом вперед по сравнению с ISA как

попроизводительности, так и по дизайну. Одним из преимуществ шины являлось то,

что она позволяла создавать карты, работающие с существующими чипсетами и

несодержащие большого количества схем дорогостоящей управляющей логики. В

результате VL-карты получались дешевле аналогичных EISA-карт. Однако и эта

шинане была лишена недостатков, главными из которых являлись следующие.

Ориентация на 486-ой процессор. VL-bus жестко привязанак шине процессора

80486, которая отличается от шин Pentium и Pentium Pro/Pentium II.

Ограниченное быстродействие. Как уже было сказано,реальная частота VL-bus - не

больше 50 MHz. Причем при использовании процессоров с множителем частоты шина

использует основную частоту (так, для486DX2-66 частота шины будет 33 MHz).

Схемотехнические ограничения. К качеству сигналов,передаваемых по шине

процессора, предъявляются очень жесткие требования, соблюсти которые можно

только при определенных параметрах нагрузки каждой линиишины. По мнению Intel,

установка недостаточно аккуратно разработанных VL-плат может привести не

только к потерям данных и нарушениям синхронизации, но и кповреждению системы.

Ограничение количества плат. Это ограничение вытекаеттакже из необходимости

соблюдения ограничений на нагрузку каждой линии.

Несмотря на существующие недостатки, VL-bus была несомненным лидером на рынке,

так как позволяла устранить узкое место сразу вдвух подсистемах -

видеоподсистеме и подсистеме обмена с жестким диском. Однако лидерство было

недолгим, поскольку корпорация Intel разработала свою новинку -шину PCI. По

мнению компании, VL-bus базировалась на технологиях 11-летней давности и

являлась всего лишь "заплаткой", компромиссом междупроизводителями. Правда, VESA

заявляла, что обе шины могут "уживаться" совместно в одной системе. Intel

соглашалась, что такоесоседство возможно, но задавала встречный убийственный

вопрос: "А зачем?". Справедливости ради, надо сказать, что PCI действительно

былаизбавлена от большинства недостатков, присущих VL-bus.

Шина PCI

(Peripheral Component Interconnect bus)

Итак, переходим к самому интересному. Что же находится на сегодняшний день

внутрибольшинства наших компьютеров? Естественно, шина PCI. Другой вопрос,

почему именно эта шина. Попробуем разобраться.

Итак, разработка шины PCI началась весной 1991 года как внутренний проект

корпорацииIntel (Release 0.1). Специалисты компании поставили перед собой цель

разработать недорогое решение, которое бы позволило полностью

реализоватьвозможности нового поколения процессоров 486/Pentium/P6 (вот уже

половина ответа). Особенно подчеркивалось, что разработка проводилась "снуля", а

не была попыткой установки новых "заплат" на существующие решения. В результате

шина PCI появилась в июне 1992 года (R1.0).Разработчики Intel отказались от

использования шины процессора и ввели еще одну "антресольную" (mezzanine) шину.

Благодаря такому решению шина получилась, во-первых, процессоро-независимой (в

отличие отVLbus), а во-вторых, могла работать параллельно с шиной процессора, не

обращаясь к ней за запросами. Например, процессор работает себе с кэшем

илисистемной памятью, а в это время по сети на винчестер пишется информация.

Просто здорово! На самом деле идиллии, конечно, не получается, но загрузка

шиныпроцессора снижается здорово. Кроме того, стандарт шины был объявлен

открытым и передан PCI Special Interest Group, которая продолжила работу

посовершенствованию шины (в настоящее время доступен R2.1), и в этом, пожалуй,

вторая половина ответа на вопрос "почему PCI?"

Основные возможности шины следующие.

Синхронный 32-х или 64-х разрядный обмен данными (правда, насколько мне

известно, 64-разрядная шина в настоящее времяиспользуется только в

Alpha-системах и серверах на базе процессоров Intel Xeon, но, в принципе, за

ней будущее). При этом для уменьшения числа контактов (истоимости)

используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и

тем же линиям.

Поддержка 5V и 3.3V логики. Разъемы для 5 и 3.3V платразличаются расположением

ключей

Частота работы шины 33MHz или 66MHz (в версии 2.1)позволяет обеспечить широкий

диапазон пропускных способностей (с использованием пакетного режима):

132 МВ/сек при 32-bit/33MHz;

264 MB/сек при 32-bit/66MHz;

264 MB/сек при 64-bit/33MHz;

528 МВ/сек при 64-bit/66MHz.

При этом для работы шины на частоте 66MHz необходимо, чтобы все периферийные

устройстваработали на этой частоте.

Полная поддержка multiply bus master (например, несколько контроллеров жестких

дисков могут одновременно работатьна шине).

Поддержка write-back и write-through кэша.

Автоматическое конфигурирование карт расширения привключении питания.

Спецификация шины позволяет комбинировать до восьмифункций на одной карте

(например, видео + звук и т.д.).

Шина позволяет устанавливать до 4 слотов расширения,однако возможно

использование моста PCI-PCI для увеличения количества карт расширения.

PCI-устройства оборудованы таймером, который используется для определения

максимального промежутка времени, в течениикоторого устройство может занимать

шину.

При разработке шины в ее архитектуру были заложены передовые технические

решения, позволяющиеповысить пропускную способность.

Шина поддерживает метод передачи данных, называемый "linear burst" (метод

линейных пакетов). Этотметод предполагает, что пакет информации считывается (или

записывается) "одним куском", то есть адрес автоматически увеличивается

дляследующего байта. Естественным образом при этом увеличивается скорость

передачи собственно данных за счет уменьшения числа передаваемых адресов.

Шина PCI является той черепахой, на которой стоят слоны, поддерживающие "Землю"

-архитектуру Microsoft/Intel Plug and Play (PnP) PC architecture. Спецификация

шины PCI определяет три типа ресурсов: два обычных (диапазон памяти и

диапазонввода/вывода, как их называет компания Microsoft) и configuration space

- "конфигурационное пространство".

Конфигурационное пространство состоит из трех регионов:

заголовка, независимого от устройства (device-independent header region);

региона, определяемого типом устройства (header-typeregion);

региона, определяемого пользователем (user-definedregion).

В заголовке содержится информация о производителе и типе устройства - поле Class

Code(сетевой адаптер, контроллер диска, мультимедиа и т.д.) и прочая служебная

информация.

Следующий регион содержит регистры диапазонов памяти и ввода/вывода, которые

позволяют динамически выделять устройству областьсистемной памяти и адресного

пространства. В зависимости от реализации системы конфигурация устройств

производится либо BIOS (при выполнении POST - power-onself test), либо

программно. Базовый регистр expansion ROM аналогично позволяет отображать ROM

устройства в системную память. Поле CIS (Card Information Structure) pointer

используется картами cardbus (PCMCIA R3.0). С Subsystemvendor/Subsystem ID все

понятно, а последние 4 байта региона используются для определения прерывания и

времени запроса/владения.

Рисунок 4. Конфигурационное пространство.

Accelerated Graphic Port

Все хорошее когда-нибудь кончается. Обидно - но истинно. Сколько писали про то,

что шина PCI наконец-то устранила "узкоеместо" РС - обмен с видеокартами - но не

тут-то было! Прогресс, как известно, не стоит на месте. Появление разных там 3D

ускорителей привело ктому, что ребром встал вопрос: что делать? Либо увеличивать

количество дорогой памяти непосредственно на видеокарте, либо хранить часть

информации в дешевойсистемной памяти, но при этом каким-нибудь образом

организовать к ней быстрый доступ.

Как это практически всегда бывает в компьютерной индустрии, вопрос решен не

был.Казалось бы, вот вам простейшее решение: переходите на 66-мегагерцовую

64-разрядную шину PCI с огромной пропускной способностью, так нет же. Intel

набазе того же стандарта PCI R2.1 разрабатывает новую шину - AGP (R1.0, затем

2.0), которая отличается от своего "родителя" в следующем:

1. шина способна передавать два блока данных за один 66 MHz цикл (AGP 2x);

2. устранена мультиплексированность линий адреса и данных (напомню, что в PCI

для удешевления конструкции адрес и данные передавались поодним и тем же

линиям);

3. дальнейшая конвейеризация операций чтения/записи, по мнению разработчиков,

позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти наскорость выполнения этих

операций.

В результате пропускная способность шины была оценена в 500 МВ/сек, и

предназначалась онадля того, чтобы видеокарты хранили текстуры в системной

памяти, соответственно имели меньше памяти на плате, и, соответственно,

дешевели.

Парадокс в том, что видеокарты все-таки предпочитают иметь БОЛЬШЕ памяти, и

ПОЧТИ НИКТО не хранит текстуры в системной памяти,поскольку текстур такого

объема пока (подчеркиваю - пока) практически нет. При этом в силу удешевления

памяти вообще, карты особенно и не дорожают. Однакопрактически все считают, что

будущее - за AGP, а бурное развитие мультимедиа-приложений (в особенности - игр)

может скоро привести к тому, чтотекстуры перестанут влезать и в системную

память. Поэтому имеет смысл, особо не вдаваясь в технические подробности,

рассказать, как же это все работает.

Итак, начнем с начала, то есть с AGP 1.0. Шина имеет два основных режима работы:

Execute и DMA. В режиме DMA основной памятьюявляется память карты. Текстуры

хранятся в системной памяти, но перед использованием (тот самый execute)

копируются в локальную память карты. Такимобразом, AGP действует в качестве

"тыловой структуры", обеспечивающей своевременную "доставку патронов" (текстур)

на передний край (влокальную память). Обмен ведется большими последовательными

пакетами.

В режиме Execute локальная и системная память для видеокарты логически

равноправны.Текстуры не копируются в локальную память, а выбираются

непосредственно из системной. Таким образом, приходится выбирать из памяти

относительно малыеслучайно расположенные куски. Поскольку системная память

выделяется динамически, блоками по 4К, в этом режиме для обеспечения

приемлемогобыстродействия необходимо предусмотреть механизм, отображающий

последовательные адреса на реальные адреса 4-х килобайтных блоков в системной

памяти. Этанелегкая задача выполняется с использованием специальной таблицы

(Graphic Address Re-mapping Table или GART), расположенной в памяти.

При этом адреса, не попадающие в диапазон GART (GART range), не изменяются и

непосредственно отображаются на системную память илиобласть памяти устройства

(device specific range). На рисунке в качестве такой области показан локальный

фрейм-буфер карты (Local Frame Buffer или LFB).Точный вид и функционирование

GART не определены и зависят от управляющей логики карты.

Шина AGP полностью поддерживает операции шины PCI, поэтому AGP-траффик может

представлять из себя смесь чередующихся AGP и PCI операций

чтения/записи.Операции шины AGP являются раздельными (split). Это означает, что

запрос на проведение операции отделен от собственно пересылки данных.

Такой подход позволяет AGP-устройству генерировать очередь запросов, не

дожидаясь завершениятекущей операции, что также повышает быстродействие шины.

В 1998 году спецификация шины AGP получила дальнейшее развитие - вышел Revision