Rodzaje magistral I/O

  25 lipiec 2010
Oceń ten artykuł
(2 głosów)

Od czasu wprowadzenia na rynek pierwszego komputera PC opracowano wiele rodzajów magistral I/O. Wynikało to z oczywistego faktu w celu uzyskania wyższej wydajności systemu konieczne jest stosowanie szybszych magistral I/O.

Potrzeba zwiększania wydajności jest związana z trzema podstawowymi czynnikami:

  • szybszym procesorem,
  • rosnącymi wymaganiami aplikacji,
  • większymi wymaganiami multimediów.
  • Każdy z wymienionych wymaga zastosowania jak najszybszej magistrali I/O.

Jednym z głównych powodów niewielkiej szybkości obecnie stosowanych magistral I/O jest wymóg zachowania kompatybilności, która wiąże przemysł komputerowy z przeszłością. Jednym z czynników, który zdecydował o sukcesie komputerów, osobistych była ich standaryzacja. To ona spowodowała, że tysiące niezależnych firm opracowało swoje karty I/O, z których każda była kompatybilna z oryginalną specyfikacją magistral zastosowanych w komputerach PC. Jeśli zaprojektowano nowy typ magistrali systemowej o dużej wydajności, wtedy przeważnie musiała ona być kompatybilna ze starszymi rozwiązaniami, co wynikało z konieczności zagwarantowania możliwości instalacji wcześniej wyprodukowanych kart. Podstawowa różnica pomiędzy poszczególnymi magistralami wynika głównie z ilości jednocześnie przesyłanych danych, jak również z szybkości działania.

Magistrala ISA

8-bitowa magistrala wykonana zgodnie z architekturą ISA (ang. Industry Standard Architecture) została zastosowana w 1981 r. w oryginalnym komputerze IBM PC. W 1984 r. w komputerze IBM PC/AT pojawiła się jej poszerzona, 16-bitowa wersja. ISA jest podstawową architekturą wykorzystywaną w nowoczesnych komputerach osobistych i w dalszym ciągu stanowi element składowy większości produkowanych systemów.

Jeśli za kryterium przyjmiemy ilość danych jednocześnie przesyłanych przez magistralę ISA, można wtedy wyróżnić jej dwie wersje, 8-bitową, i nowszą, 16-bitową. Oryginalna 8-bitowa magistrala ISA zastosowana w komputerach PC i XT była taktowana zegarem 4,77 MHz, natomiast wersja 16-bitowa użyta w systemie AT pracowała z częstotliwością 6 MHz, a później 8 MHz. W późniejszym okresie ustanowiono przemysłowy standard magistrali ISA (8/16-bitowej), w którym ustalono, że, ze względu na zachowanie kompatybilności wstecz, maksymalna jej częstotliwość może wynieść 8,33 MHz. W przypadku niektórych systemów istniała możliwość taktowania magistrali ISA zegarem o wyższej częstotliwości, ale wtedy nie wszystkie karty działały poprawnie. Przesyłanie danych przez magistralę ISA wymaga od dwóch do ośmiu cykli. Wynika z tego, że maksymalny teoretyczny transfer danych przesyłanych przez magistralę ISA wynosi około 8 MB/s.

8-bitowa magistrala ISA

Architektura 8-bitowej magistrali została zastosowana w oryginalnym komputerze IBM PC. a następnie przez kilka lat była obecna w projektowanych systemach.

Karta wyposażona w 62 styki położone wzdłuż jej dolnej krawędzi jest instalowana w gnieździe płyty głównej dysponującym również 62 stykami. Patrząc od strony zastosowanej elektroniki, gniazdo jest wyposażone w 8 linii danych i 20 linii adresowych, które pozwalają na obsłużenie pamięci RAM o pojemności 1 MB.

Chociaż budowa magistrali jest dość prosta, to jednak firma IBM czekała aż do 1987 r. na to, aby opublikować pełną specyfikację dotyczącą ustawień linii danych i adresów. Z tego też powodu, za czasów pierwszych systemów kompatybilnych z komputerem IBM PC producenci musieli się sporo natrudzić, aby określić, w jaki sposób wykonać karty instalowane w gniazdach magistrali. Ostatecznie z problemem się uporano, dzięki czemu systemy kompatybilne z IBM PC zostały powszechnie zaakceptowane jako standard przemysłowy. W efekcie producenci dysponowali większą ilością czasu i mieli motywację do projektowania kolejnych kart poprawnie współpracujących z magistralą.

16-bitowa magistrala ISA

Firma IBM wraz z wprowadzeniem na rynek w 1984 r. komputera AT wyposażonego w procesor 286 wywołała spore zamieszanie w świecie komputerów PC. Procesor 286 dysponował 16-bitową magistralą danych, co oznaczało, że teraz komunikacja pomiędzy procesorem, płytą główną jak również pamięcią mogła się odbywać przez magistralę o szerokości 16 bitów zamiast ośmiobitowej. W przypadku gdy procesor 286 był też zainstalowany na płycie głównej wyposażonej tylko w 8-bitową magistralę I/O, to występował ogromny spadek wydajności dowolnej karty lub innego urządzenia współpracującego z magistralą.

W tamtym okresie firma IBM, zamiast opracowywać nową wersję magistrali I/O, stworzyła system, który był kompatybilny zarówno z 8-, jak i 16-bitowymi kartami. Ponadto pozostawiono dotychczas stosowane 8-bitowe gniazda i dodano opcjonalne 16-bitowe złącze rozszerzające. Po raz pierwszy 16-bitowa magistrala ISA pojawiła się w sierpniu 1984 r. w komputerze PC/AT, dlatego też jest ona określana jako magistrala AT (ang. AT-bus).

Złącze rozszerzające zastosowane w każdym 16-bitowym gnieździe rozszerzeń dysponuje 36 dodatkowymi końcówkami (w sumie 96 końcówek) służącymi do przenoszenia specjalnych sygnałów związanych z szerszą magistralą danych. Ponadto dokonano modyfikacji dwóch końcówek znajdujących się w 8-bitowej części złącza, jednak nie były one na tyle poważne, aby zmienić sposób działania kart 8-bitowych.

Magistrale 32-bitowe

W momencie wprowadzenia do sprzedaży procesorów 32-bitowych nie istniały jeszcze standardy związane z magistralami 32-bitowymi. Zanim zaprezentowano specyfikacje magistrali MCA i EISA, niektóre firmy rozpoczęły projektowanie własnych 32-bitowych magistral, które oparte były na magistrali ISA. Na szczęście tego typu niestandardowych magistral było niewiele i pojawiały się w dużych odstępach czasowych.

Dodatkowa część poszerzonej magistrali zazwyczaj była wykorzystywana przez niestandardowe karty graficzne lub rozszerzające dostępną pamięć. Ponieważ tego typu rozwiązania ze względu na swoją niestandardowość nie są udostępniane, nie jest dostępna ich specyfikacja i schemat rozmieszczenia końcówek.

Magistrala Micro Channel

Wprowadzenie do sprzedaży procesorów 32-bitowych oznaczało, że magistrala ISA nie wykorzysta możliwości tkwiących w kolejnej generacji procesorów. Procesor 386DX był w stanie jednocześnie przesyłać 32 bity danych, ale magistrala ISA była ograniczona tylko do 16 bitów. Zamiast ponownie rozszerzać magistralę ISA, firma IBM postanowiła opracować projekt nowej magistrali. Rezultatem prac była magistrala MCA. Magistrala MCA (ang. Micro Channel Architecture) jest zupełnie inna niż magistrala ISA i od strony technicznej przewyższają pod każdym względem.

Firma IBM nie tylko dążyła do zastąpienia starszego standardu ISA, ale również chciała wymusić na innych producentach zakupienie licencji na określone elementy nowej technologii. Wiele firm nabyło licencję na korzystanie z technologii związanej z magistralą ISA, która także została opracowana przez firmę IBM, ale ze względu na jej zbyt mało agresywną politykę dotyczącą obowiązku zakupu licencji równie wiele firm posługiwało się nią, nie posiadając żadnej licencji. Problemy z udzielaniem licencji i kontrolą ich przestrzegania doprowadziły ostatecznie do opracowania konkurencyjnej magistrali EISA, która zmniejszyła szansę odniesienia sukcesu przez magistralę MCA.

Systemy wyposażone w magistralę MCA charakteryzowały się jeszcze większą prostotą. Oferowały funkcję Plug and Play, zanim opracowano oficjalną jej specyfikację. Magistrala MCA nie wymagała zastosowania na płycie głównej lub na kartach żadnych zworek i przełączników. Zamiast nich posługiwano się specjalną dyskietką Reference dołączaną do określonego komputera oraz dyskietkami Options towarzyszącymi każdej karcie zainstalowanej w systemie. Po zamontowaniu karty przekopiowywano zawartość dyskietki Options na dyskietkę Reference, po czym nie była ona już potrzebna. Dyskietka Reference zawierała specjalną wersję BIOS-u i systemowy program narzędziowy wymagane przez komputer wyposażony w magistralę MCA, bez których nie była możliwa jego konfiguracja.

Magistrala EISA

Standard magistrali EISA (ang. Extended Industry Standard Architecture) został zaprezentowany we wrześniu 1988 r. Jego opracowanie było odpowiedzią na wprowadzenie na rynek przez firmę IBM magistrali MCA, a dokładniej mówiąc na sposób, w jaki IBM chciał udzielać na nią licencji. Inne firmy nie czuły się zobligowane do uiszczania opłat licencyjnych za prawo do korzystania z już przestarzałej technologii związanej z magistralą ISA i w efekcie zerwały kontakty z firmą IBM, opracowując własne wersje magistral.

Standard EISA w większej części został opracowany przez firmę Compaq i miał być pomocny w zajęciu miejsca firmy IBM jako twórcy nowych magistral przeznaczonych dla komputerów osobistych. Firma Compaq zdawała sobie sprawę z tego, że jeśli tylko ona będzie opracowywała projekt nowej magistrali, wtedy nikt nie zdecyduje się na jej wykorzystanie. Z tego też powodu rozpoczęła pracę nad nową magistralą wspólnie z innymi największymi producentami z branży komputerowej. Firma utworzyła komitet EISA, organizację typu non-profit, której rola polegała na nadzorowaniu procesu tworzenia magistrali EISA. Ostatecznie pojawiło się niewiele kart kompatybilnych z magistralą EISA. Te, które zostały wprowadzone do sprzedaży, były głównie kontrolerami macierzy dyskowych lub serwerowymi kartami sieciowymi.

Magistrala EISA jest właściwie 32-bitową wersją magistrali ISA. W przeciwieństwie do magistrali MCA opracowanej przez firmę IBM, w przypadku w pełni kompatybilnej wstecz 32-bitowej magistrali EISA nadal istniała możliwość instalacji starszej 8- lub 16-bitowej karty ISA w jej gnieździe. Magistrala EISA, podobnie jak magistrala MCA, umożliwia dokonanie automatycznej konfiguracji przy użyciu oprogramowania.

Na pierwszy rzut oka 32-bitowa magistrala EISA wygląda jak 16-bitowa magistrala ISA. Jednak karta EISA posiada dwa rzędy styków. Pierwszy rząd jest identyczny jak w przypadku 16-bitowych kart ISA, natomiast drugi, węższy, jest dłuższy od złączy 16-bitowych. Wynika z tego, że karty ISA nadal mogą być instalowane w gniazdach magistrali EISA. Magistrala EISA była zbyt mało kompatybilna, aby zyskać większą popularność, podobnie jak jej następca, standard VL-Bus.

Magistrala EISA taktowana zegarem 8,33 MHz jest w stanie jednocześnie przesłać maksymalnie 32 bity danych. Chociaż w przypadku większości operacji przesyłania danych wymagane są minimalnie dwa cykle, to jednak, jeśli karta potrafi pracować z wyższymi wartościami taktowania, możliwe jest wtedy zwiększenie częstotliwości zegara. Maksymalna przepustowość magistrali wynosi 33 MB/s.

Artykuły powiązane

Skomentuj

Popularne Artykuły

Pomagaj z nami

Warto zobaczyć

Reklama

Nowości

Bestsellery książkowe

  • Autor:
  • Cena:
  • Status:

Książka chwilowo niedostępna.

Szukaj

Newsletter

Kupuj najtaniej

Społeczność

 

Orgy
Orgy
Orgy
Blowjob
Creampie
Creampie
Orgy
Threesome
Threesome
Creampie
Anal