АРХИТЕКТУРА СИСТЕМНОГО ИНТЕРФЕЙСА СОВРЕМЕННЫХ ПК. НАЗНАЧЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ. РЕЖИМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО системными шинами.

Системная или материнская, плата ПК является основой системного блока, определяющей архитектуру и производительность компьютера. На ней устанавливаются следующие обязательные компоненты: процессор и сопроцессор, память (постоянная ROM или Flash BIOS, оперативная DRAM, кэш SRAM), средства вода/вывода, интерфейсные схемы и разъемы шин расширения, кварцевый генератор синхронизации со схемой формирования сброса системы по сигналу PowerGood от блока питания или кнопки RESET, дополнительные стабилизаторы напряжения питания для низковольтных процессоров VRM.

Современные платы исполняются на основе чипсетов – наборов из нескольких БИС, реализующих все функции связи основных компонентов – процессора, памяти и шин росширения. Чипсет определяет возможности применения различных типов процессоров, основной и кэш-памяти и ряд других характеристик системы, определяющих возможности ее модернизации. Его тип влияет на производительность системы.

Современные чипсеты обеспечивают совместимость установленных на системную плату модулей и позволяют во время выполнения POST выполнять автоматическую идентификацию типов установленных компонент.

Основной тактовый генератор системной платы вырабатывает высокостабильные импульсы опорной частоты, используемой для синхронизации процессора, системной шины и шин ввода/вывода. Поскольку быстродействие различных компонентов существенно различается, в компьютерах на процессорах класса 486 и старше применяется деление опорной частоты для синхронизации шин ввода/вывода и внутреннее умножение частоты в процессорах.

Центральную роль в архитектуре играет процессор. К его локальной шине (Host Bus) подключаются модули вторичного кэша. Основная динамическая память имеет собственную мультиплексированную шину адреса и шину данных, обычно изолированную от локальной шины процессора.

Следующий этаж архитектуры – устройства подключенные к PCI. Эта шина является центральной в современных системных платах, и все интерфейсные адаптеры, а также системные средства ввода/вывода в конечном счете общаются с ядром системы через шину PCI. Кроме плат расширения, устанавливаемых в слоты шины PCI, ее абонентом является и мост PIIX.
Основная задача шин – объединить в одну систему разнообразную номенклатуру модулей, обеспечив их высокопроизводительную надежную работу. Под надлежащей работой следует понимать выполнение условий открытости, совместимости, однотипности, гибкости, надежности, ремонтопригодности, эффективности и др. требований. Суть этих всех требований можно сформулировать так: замена одних шин другими не должна сопровождаться появлением архитектурных ограничений. Наличие существенных различий в производительности между различными модулями привело к необходимости использовать в современных ПК систему шин, вместо одной общей.
У разных шин организация работы разная. Однако при при этом ряд положений используется общий. Общая организация работы шины может быть представлена как совокупность механизмов каждый из которых выполняет вполне определенную функцию передачи информации, например, чтение из памяти или порта запись в них и т.д. Организацию управления работы шины можно представить, как переход от выполнения одного механизма к другому.

Время, занимаемое выполнением отдельного механизма называется циклом шины. Продолжительность цикла шины является случайной величиной, а его начало и конец являются асинхронными. Для упрощения управления шиной длина цикла составляется из временных квантов одинаковой продолжительности, называемых тактом шины. Во время любого такта цикла шины выполняются определенные действия, которые можно разбить на две группы: установление состояния шины и выполнение команд, предписанных реализуемым механизмом передачи.

Пакетный режим передачи. Адрес передается один раз, после чего передается пакет данных с линейно-возрастающими адресами. Количество циклов данных в пакете заранее определено, но перед последним циклом инициатор обмена при введенном сигнале разрешения обмена (IRDY#) снимает специальный сигнал пакетной передачи (FRAME#). После последней фазы данных инициатор снимает сигнал IRDY# и шина переходит в состояние покоя. Это стандартный режим работы шины PCI.
Конвейеризация обращений к памяти. Данный режим используется в высокоскоростных шинах (AGP). При неконвеиризированых обращениях шины во время реакции памяти на запрос шина простаивает. Конвейерный доступ позволяет в это же время передавать следующие запросы, а потом получить полный поток передаваемых данных. Спецификация AGP предусматривает возможность постановки в очередь до256 запросов, при этом поддерживает две пары очередей для операций записи и чтения памяти с высоким и низким приоритетом.
Сдвоенные передачи данных обеспечивают повышение пропускной способности шины в 2 раза без изменения тактовой частоты шины. Суть сдвоенной передачи в том, что блоки данных передаются, как по фронту так и по спаду сигнала синхронизации (в AGP в шине ATA в режиме UltraDMA-33).