VESA Local Bus

ESA local bus — VL-Bus или VLB — тип локальной шины, разработанный ассоциацией VESA для ПК с процессором фирмы Intel. Шина VLB, по существу, является расширением внутренней шины МП Intel 80486 для связи с видеоадаптером и реже с контроллером HDD. Реальная скорость передачи данных по VLB — 80 Мбайт/с (теоретически достижимая — 132 Мбайт/с).

Используется для

- подключения видеокарт,

- подключения цифровых устройств.

PCI

PCI (англ. Peripheral component interconnect, дословно: взаимосвязь периферийных компонентов) — системная шина для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

Стандарт на шину PCI определяет:
физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий);
электрические параметры (например, напряжения);
логическую модель (например, типы циклов шины, адресацию на шине);

Конфигурирование
PCI-устройства с точки зрения пользователя самонастраиваемы (plug and play). После старта компьютера, системное программное обеспечение обследует конфигурационное пространство PCI каждого устройства, подключённого к шине и распределяет ресурсы. Каждое устройство может затребовать до семи диапазонов в адресном пространстве памяти PCI или в адресном пространстве ввода-вывода PCI. Кроме того, устройства могут иметь ПЗУ, содержащее исполняемый код для процессоров x86 или PA-RISC, Open Firmware (системное ПО компьютеров на базе SPARC) или драйвер EFI.

Настройка прерываний осуществляется также системным программным обеспечением (в отличии от шины ISA, где настройка прерываний осуществлялась переключателями на карте). Запрос на прерывание на шине PCI передаётся с помощью изменения уровня сигнала на одной из линий IRQ, поэтому имеется возможность работы нескольких устройств с одной линией запроса прерывания; обычно системное ПО пытается выделить каждому устройству отдельное прерывание для увеличения производительности.

Спецификация шины PCI
частота шины — 33, 33 МГц или 66, 66 МГц, передача синхронная;
разрядность шины — 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);
пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33, 33 МГц — 133 МБ в секунду;
адресное пространство памяти — 32 бита (4 байта);
адресное пространство портов ввода-вывода — 32 бита (4 байта);
конфигурационное адресное пространство (для одной функции) 256 байт;
напряжение 3, 3 или 5 вольт.

AGP

AGP (от англ. Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт) — разработанная в 1997 году компанией Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты. Появилась одновременно с чипсетами для процессора Intel Pentium II. Основной задачей разработчиков было увеличение производительности и уменьшение стоимости видеокарты, за счёт уменьшения количества встроенной видеопамяти. По замыслу Intel большие объёмы видеопамяти для AGP-карт были бы не нужны, поскольку технология предусматривала высокоскоростной доступ к общей памяти.

Её отличия от предшественницы, шины PCI:
- работа на тактовой частоте 66 МГц;
- увеличенная пропускная способность;
- режим работы с памятью DMA и DME;
- разделение запросов на операцию и передачу данных.

Доступ к памяти
DMA (Direct Memory Access) — доступ к памяти, в этом режиме основной памятью считается встроенная видеопамять на карте, текстуры копируются туда перед использованием из системной памяти компьютера. Этот режим работы не был новым, по тому же принципу работают звуковые карты, некоторые контроллеры и т. п.
DME (Direct in Memory Execute) — в этом режиме основная и видеопамять находятся как бы в общем адресном пространстве. Общее пространство эмулируется с помощью таблицы отображения адресов GART (Graphic Address Remapping Table) блоками по 4 Кб. Таким образом копировать данные из основной памяти в видеопамять уже не требуется, этот процесс называют AGP-текстурированием.

Очередь запросов
Передача данных из основной памяти в видеопамять карты осуществляется в два этапа, сначала передаётся 64-битный адрес, откуда данные нужно считать, затем идут сами данные. Шина AGP предусматривает два варианта передачи,
первый — совместим с шиной PCI — запросы данных и адреса происходят по одному каналу;
второй — в режиме SBA (Sideband Addressing), по отдельной боковой шине, таким образом, можно посылать запросы на новые данные, не дожидаясь получения предыдущих.

в) Подсистема ввода-вывода, видеосистемы – принципы работы.

Память и устройство ввода-вывода:

С точки зрения ЦП это расширение RAM, т.е. добавление новых ячеек памяти, следовательно и появление новых прерываний.

Последовательный порт – используется только 1 ячейка памяти (однонаправленные устройства: мышь, световое перо и т.п.)

Параллельный порт – использование 2 ячеек.

Порт – устройство сопряжения компьютера с внешним устройством.

Адаптер – Преобразовывает данные для обработки компьютером.

Контроллер – пересылает и обрабатывает данные с целью управления внешнего устройства.

Модуляция – кодирование идущего сигнала.

Способы передачи сигнала:

- Изменение амплитуды – амплитудная модуляция. ЭВМ цифровым устройствам передает данные вместе с тактовым импульсами.

- Частотный метод. Между тактовыми импульсами следуют положительные импульсы с различной частотой.

- Фазовая модуляция. Если между тактами пришел положительный сигнал: 1; отрицательный сигнал: 0.

Подсистема ввода-вывода:

При разработке подсистемы ввода/вывода должны быть решены следующие проблемы.

- Должна быть обеспечена возможность реализации машины с переменной конфигурацией (то есть с переменным составом оборудования). В первую очередь, пользователь должен иметь возможность легко дополнять машину новыми устройствами, изменять состав периферийных устройств в соответствии с назначением ЭВМ.

- Должна реализовываться параллельная во времени работа процессора над программой и выполнение периферийными устройствами процедур ввода/вывода.

- Для пользователя должно быть упрощено и стандартизировано программирование операций ввода/вывода, обеспечена независимость программирования ввода/вывода от особенностей того или иного периферийного устройства.

- Должны быть обеспечены автоматическое распознавание различных ситуаций, возникающих в периферийных устройствах, и реакция ядра ЭВМ на эти ситуации (будь то готовность устройства, различные нарушения его работы или отсутствие носителей).

Наиболее актуально решение этих проблем для ЭВМ с большим количеством разнообразных устройств.

Основные пути решения указанных проблем:

- Модульность. Средства современной ВТ проектируются на основе модульного (или агрегатного) принципа. Он заключается в том, что отдельные устройства выполняются в виде конструктивно законченных модулей (агрегатов), которые могут сравнительно просто в нужных количествах и номенклатуре объединяться, образуя ЭВМ.

- Унифицированные (не зависящие от типа периферийных устройств) форматы данных, которыми периферийные устройства обмениваются с ядром ЭВМ, в том числе и унифицированный формат сообщения, которое периферийное устройство посылает в ядро о своем состоянии. Преобразование в индивидуальные форматы данных осуществляют контроллеры и адаптеры.

- Унифицированный интерфейс, т.е. унифицированный по составу и назначению набор линий и шин, унифицированные схемы подключения, сигналы и алгоритмы (протоколы) управления обменом информацией между ПУ и ядром ЭВМ.

- Унифицированные (не зависящие от типа ПУ) формат и выбор команд процессора для операций ввода-вывода. Операция ввода-вывода с любым ПУ представляет для процессора просто операцию передачи данных независимо от особенностей принципа действия данного ПУ, типа его носителя и т.п..

Многие функции управления операциями ввода-вывода (как например управление прямым доступом к памяти) являются общими, они не зависят от типа ПУ. Другие являются специфичными для данного типа устройств. Выполнение общих функций возлагают на общие для групп ПУ унифицированные устройства - контроллеры прямого доступа к памяти, процессоры (каналы) ввода-вывода, а специфических -- на специализированные для данного типа ПУ электронные блоки управления (адаптеры).

Использование множества периферийных устройств ПУ с относительно небольшим быстродействием приводит к тому, что основное время работы процессора занято обработкой операций ввода-вывода и ожиданием готовности внешних устройств к обмену. Это существенно снижает быстродействие ЭВМ. Эффективность работы ЭВМ можно повысить путем разделения функций управления центральным процессором и периферийными устройствами.

2. Каналы ввода-вывода

Для разделения функций управления центральным процессором и периферийными устройствами в состав ЭВМ включаются дополнительные устройства - каналы ввода-вывода (КВВ), задачей которых является обеспечение взаимодействия центрального процессора и ПУ.

Характерная особенность КВВ заключается в том, что канал работает по хранимой в памяти программе, т. е. так же, как процессор. Следовательно, КВВ, по существу, является специализированным процессором ввода-вывода. В результате центральный процессор полностью освобождается от обслуживания операций обмена периферийных устройств с памятью. КВВ взаимодействует с ПУ через стандартные устройства сопряжения - интерфейсы и устройства управления периферийными устройствами - контроллеры.

Контроллер осуществляет управление обменом информации для группы ПУ одного типа, например накопителей на магнитных дисках, и выполняет следующие функции:

преобразует стандартные последовательности сигналов интерфейса в последовательности сигналов, обеспечивающие работу конкретного ПУ;

синхронизирует работу ПУ с другими устройствами, в первую очередь с процессором;

обеспечивает буферизацию информации, т. е. запоминание в своей внутренней памяти обмениваемых данных на время, необходимое для реализации цикла обмена.

КВВ включает в свой состав запоминающие устройства (регистры) и логические схемы, которые выполняют упаковку, распаковку и подсчет данных, модификацию адреса данных и передачу информации из оперативной памяти в периферийные устройства и в обратном направлении. Канал работает под управлением канальной программы, которая хранится в специально отведенной области основной памяти ЭВМ.

В общем виде обмен информацией с использованием КВВ выполняется в следующем порядке:

центральный процессор, получив команду ввода-вывода, передает ее в канал:

канал из определенной ячейки памяти считывает начальный адрес канальной программы и начинает ее выполнять;

канал, выполняя команды обмена, обращается к тем или иным ПУ, читает или записывает слова информации, обращаясь в ОП, при необходимости производит изменение формата вводимых и выводимых данных и т. д.

Связь устройств ЭВМ друг с другом осуществляется с помощью интерфейсов.

Интерфейс - это совокупность линий и шин сигналов, электрических схем, а также алгоритмов (протоколов), осуществляющих обмен информацией между устройствами ЭВМ. Он унифицирует состав и назначение линий связи, определяет последовательность сигналов при выполнении операций, временные соотношения и переходные процессы в линиях.

Линии, сгруппированные по функциональному признаку или назначению, называют шинами интерфейса. Совокупность всех линий образует магистраль интерфейса.

Интерфейсы характеризуются следующими параметрами:

1) пропускной способностью интерфейса -- количеством информации, которая может быть передана через интерфейс в единицу времени;

2) максимальной частотой передачи информационных сигналов через интерфейс;

3) информационной шириной интерфейса -- числом бит или байт данных, передаваемых параллельно через интерфейс;

4) максимально допустимым расстоянием между соединяемыми устройствами;

5) динамическими параметрами интерфейса -- временем передачи отдельного слова или блока данных с учетом продолжительности процедур подготовки и завершения передачи;

6) общим числом проводов (линий) в интерфейсе.

Видеосистема современного компьютера состоит из обязательной графической подсистемы (формирующей изображение программно) и дополнительной подсистемы обработки видеоизображений. Обе этих составляющей части обычно используют общий монитор, а соответствующие аппаратные средства системного блока могут располагаться на раздельных картах разного функционального назначения или совмещаться на одном комбинированном адаптере, что уместно назвать адаптером дисплея (Display Adapter). Под видеосистемой понимается комбинация дисплея и адаптера. Адаптер управляет дисплеем с платы в одном из разъемов расширения (в некоторых компьютерах адаптер находится на основной схемной плате). Мониторы могут быть цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом.