Доклад: Локальная шина ПК

Узкое место современных персональных компьютеров - шина ввода-вывода. Две конкурирующие спецификации предназначены для увеличения пропускной способности шины ввода-вывода.

В середине июня 1992г. корпорация Intel и ассоциация по стандартизации в области видеоэлектроники VESA (Video Electronic Standarts Association, Сан-Хосе, шт. Калифорния) предложили проекты спецификаций локальных шин, решающих задачу увеличения производительности персональных компьютеров за счет совершенствования подсистемы ввода-вывода данных.

Компания Intel представила свою спецификацию интерфейса PCI (Peripheral Component Interconnect), а ассоциация VESA - локальной шины VL-Bus. И фирма Intel, и ассоциация VESA надеются, что предлагаемые ими технические решения станут промышленным стандартом.

Спецификации не совместимы друг с другом и будут, по всей видимости, вести борьбу за симпатии разработчиков. Некоторые обозреватели отмечают, что промышленность, возможно, ждет некоторое повторение "войны шин", разразившееся несколько лет назад между шинами EISA и MCA.

Локальная шина предназначена для обеспечения непосредственного доступа процессора к периферийным устройствам (например, графическим или сетевым адаптерам), минуя арбитраж, предусмотренный в шинах ISA, EISA или MCA. Теоретически 32-разрядная локальная шина может обеспечить передачу и прием данных от периферийных устройств на максимальной скорости ЦП 386 или 486.

Шина PCI разработана корпорацией Intel с целью предоставить изготовителям комплексного оборудования и системных плат стандартный способ подключения к системной плате ПК дополнительных схем, обеспечивающие максимальные скоростные характеристики системы. Например, при помощи находящейся на системной плате локальной шины фирма-изготовитель может подключить к компьютеру сетевой интерфейс или графический адаптер.

Шина VL-Bus Ассоциации VESA призвана играть роль стандартного аппаратного интерфейса, позволяющего устанавливать адаптеры независимых фирм непосредственно в гнезда системной платы, а также размещать на системной плате дополнительные компоненты.

УСТРАНЕНИЕ УЗКИХ МЕСТ

По мере того, как растет быстродействие микропроцессоров, узким местом становится шина ввода-вывода, что отрицательно сказывается на общих скоростных характеристиках системы. Производительность современных настольных ПК обычно сдерживается низкой скоростью обработки графических изображений и доступа к дисковым накопителям. Пропускную способность ЛВС определяют сетевой график, протокол обмена и время доступа к накопителям.

В настоящее время функции ввода-вывода в ПК реализуются при помощи стандартных шин расширения ISA, EISA или MCA. Эффективную пропускную способность этих машин можно повысить только с помощью дополнительных интеллектуальных средств и встроенных специализированных процессоров.

Сегодня от стандартных шин расширения никто не собирается отказываться, однако вполне очевидно, что можно получить существенный выигрыш в быстродействии за счет подключения графических адаптеров, сетевых контроллеров, дисковых накопителей и контроллеров интерфейса SCSI к локальной шине, которая является каналом непосредственного обмена данными с ЦП.

Некоторые изготовители комплексного оборудования и печатных плат уже анонсировали изделия, содержащие оригинальные локальные шины, однако развитие этого направления до сих пор сдерживается отсутствием стандартного интерфейса. Такое положение вещей для потребителя означает высокую стоимость подобных систем и ограниченные возможности выбора.

ШИНА VL-BUS

АССОЦИАЦИИ VESA

Спецификации шины VL-Bus - это по существу стандарт аппаратного интерфейса. Как утверждает Рон Маккейб, председатель подкомитета по разработке шины VL-Bus ассоциации VESA, эта спецификация регламентирует требования к архитектуре и физическим компонентам интерфейса с ЦП.

Через локальную шину центральный процессор компьютера получает непосредственный доступ к периферийным устройствам.

В выработке проекта спецификации VL-Bus принимали участие 40 компаний. По словам официальных представителей VESA, окончательный вариант должен был быть готов предположительно в 1994г. Первоначально эта шина применялась для построения сетевых серверов, систем обработки изображений и multimedia.

Шина VL-Bus обладает высокой пропускной способностью свыше 130 Мбайт/с. Специалисты ассоциации VESA утверждают, что в зависимости от типа периферийного устройства ожидаемое повышение быстродействия составит от 50 до 600%. Шина VL-Bus рассчитана на работу на частоте до 66 Мгц. На частоте 33 Мгц она позволяет без тактов ожидания выполнять операции записи и с одним тактом ожидания операции чтения, а на частоте 66 Мгц - операции записи и чтения с одним тактом ожидания. Имеется режим захвата шины, при котором устройство берет на себя управление системными ресурсами без участия ЦП.

Установка дискового контроллера с интерфейсом SCSI и шиной VL-Bus в сетевой сервер может повысить скоростные характеристики сети на 15% благодаря увеличению скорости обмена с накопителями. Это происходит за счет уменьшения вероятностей столкновений и повторных попыток передачи данных. Реальная скорость передачи информации по линии не изменится, но уменьшение вероятности ожидания означает, что сеть способна на более интенсивную нагрузку и более эффективно реагирует на события. Один из ключевых элементов, отличающих спецификацию VL-Bus от спецификации PCI компании Intel, - наличие стандартного разъема. Конструкция разъемов аналогична конструкции соединителей шины MCI. К шине через разъемы можно подключать до трех плат.

Недостатком шины VL-Bus является сложность схемной реализации и необходимость разработки новых наборов интегральных схем. Изготовителям системных плат и комплексного оборудования приходится проектировать новые изделия в соответствии с новой спецификацией. Это, однако, не требует переработки программного обеспечения.

Ассоциации VESA удается привлечь достаточное число изготовителей комплексного оборудования и периферийных устройств. Наборы интегральных схем появились в конце 1992г., а изделия для конечного пользователя - в 1993г.

Сейчас спецификация расширяется - вводится режим обмена 64-разрядными данными и существуют ИС преобразователь (для связи ЦП и периферийного устройства), благодаря чему шина VL-Bus совместима с шиной PCI компании Intel.

ЛОКАЛЬНАЯ ШИНА PCI

КОМПАНИИ INTEL

По случайному совпадению компания Intel анонсировала свою спецификацию шины PCI тоже в июне 1992г. на выставке PC Expo.

Локальная шина компании Intel - типичная внутренняя шина, которая позволяет изготовителям комплексного оборудования устанавливать компоненты непосредственно на системную плату, минуя шину ЦП-память. Спецификация требует, чтобы сопряжение ЦП и подключаемого периферийного устройства проводилось с помощью так называемой мостовой (Bridge) интегральной схемы.

Такое решение, как указывает Майкл Бейли, менеджер по маркетингу средств PCI компании Intel, обеспечивает необходимую для ввода-вывода пропускную способность и в то же время не задерживает работу ЦП. Процессор при этом может работать с основной памятью на полной скорости.

Специалисты компании Intel говорят, что PCI - это мультиплексная 32-разрядная шина, предусматривающая расширение до 64-х разрядов. Шина способна работать в синхронном режиме на частотах до 33 Мгц. Для 32-разрядного варианта шины пропускная способность составляет 132 Мбайт/c.

При обмене данными ЦП получает непосредственный доступ к подключенным к шине PCI устройствам, которые могут располагаться в адресном пространстве памяти или в пространстве устройства ввода-вывода. В режиме захвата шины главные абоненты шины PCI получают прямой доступ к основной памяти. Мостовая интегральная схема тоже может обеспечивать факультативные функции буферизации и централизованного арбитража шины.

Тип соединителя для печатных плат спецификации PCI в явном виде не определен, однако компания Intel заявляет, что при разработке этой спецификации она ориентировалась на конкретный тип разъема. В будущем в спецификацию планируется включить требования к средствам управления мощностью потребления для машин с батарейным питанием и схемам управления напряжением питания для низковольтных микросхем.

КТО ПЕРВЫЙ ?

По мнению промышленных обозревателей, с технической точки зрения шины VL-Bus и PCI различаются незначительно. Они обеспечивают сравнимые скорости передачи данных, одинаковую разрядность передаваемой информации, прямой доступ к памяти при задержках 1 или 0,5 такта.

Реальный успех шины будет определятся и определяется тем, насколько удачно построены драйверы обмена данными и задействован режим прямого доступа к памяти.

"Шина VL-Bus выходит вперед" - говорит Джон Педди, издатель и редактор бюллетеня The PC Graphics Report. Причина проста : Эта шина не какая-то фантазия, она уже существует. Главный довод в пользу спецификации ассоциации VESA состоит в том, что соединитель для шины уже выбран.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Computer Sources, August 1994 (Magazine)

2. PS Magazine, N1 1995

3. Мир ПК, N3,5 1994