Состав ЭВМ с открытой (магистральной) архитектурой.

ЭВМ представляет собой совокупность устройств, выполненных на больших интегральных схемах, каждая из которых имеет свое функциональное назначение. Комплект интегральных схем, из которых состоит ЭВМ, называется микропроцессорным комплектом. В состав микропроцессорных комплектов входят: системный таймер, микропроцессор (МП), сопроцессоры, контроллер прерываний, контроллер прямого доступа к памяти, контроллеры устройств ввода-вывода и др.

Все устройства ЭВМ делятся на центральные и периферийные.

Центральные устройства полностью электронные. В состав центральных устройств ЭВМ входят: центральный процессор, основная память и дополнительные узлы, выполняющие служебные функции: контроллер прерываний, таймер, контроллер прямого доступа к памяти (ПДП) - чипсет.

Периферийные устройства могут быть либо электронными, либо электромеханическими с электронным управлением. Периферийные устройства делятся на два вида:

внешние ЗУ: НЖМД, НГМД, НМЛ, CD-ROM,

устройства ввода-вывода (УВВ): клавиатура, дисплей, принтер, мышь, адаптер каналов связи (КС) и др.

В центральных устройствах основным узлом, связывающим микропроцессорный комплект в единое целое, является системная магистраль. Она состоит из трех узлов, называемых шинами: шина данных (ШД), шина адреса (ША), шина управления (ШУ). В состав системной магистрали также входят регистры-защелки, в которых запоминается передаваемая информация, шинные формирователи, шинные арбитры, определяющие очередность доступа к системной магистрали, и др.

Логика работы системной магистрали, количество разрядов (линий) в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций, возникающих при одновременном обращении различных устройств ЭВМ к системной магистрали, образуют интерфейс системной шины.

В персональном компьютере подключаемые кцентральному процессору модули для обмена управляющими сигналами, адресами и данными используют специальные информационные шины или магистрали. По функциональному назначению шины делятся на:

- системную шину, или шину центрального процессора (CPU), по которой пересылается информация к и от CPU;

- шину памяти, используемую для обмена информацией между CPU и оперативной памятью;

- шины ввода/вывода или шины расширения, которые в свою очередь подразделяются на стандартные и локальные.

Как следует из названия, шины расширения (Expansion Bus) предназначены для подключения различных адаптеров периферийных устройств, расширяющих возможности компьютера. Шины расширения системного уровня дают возможность устанавливаемым на них модулям расширения максимально использовать системные ресурсы PC: пространства памяти и ввода/вывода, прерывания, каналы прямого доступа к памяти.

До недавнего времени ПК строились по мостовой схеме, в настоящее время наиболее распространёнными является узловая (хабовая) архитектура.

При мостовой архитектуре (рис.3.2) системные платы имеют несколько чётко выраженных уровней («этажей»), образованных системной шиной (Host Bus), шиной расширения PCI, низкоскоростной шиной ISA и т.д. Переход с одного уровня на другой осуществляется с помощью базовых микросхем, называемых северным мостом (North bridge) и южным мостом (South bridge).

Северный мост (системный контроллер TSC), обеспечивает управление четырьмя компонентами: системной шиной МП, шиной вторичной кэш-памяти (SRAM, Tag), шиной оперативной памяти (DRAM, коммутаторы данных TDP) и интерфейсной шиной PCI. Эта шина является центральной шиной расширения современных СП, и все интер­фейсные адаптеры, а также системные средства ввода/вывода, в конечном счете, общаются с ядром системы (процессором и памятью) через шину PCI. Кроме плат расширения, устанавливаемых в слоты шины PCI, ее абонентом является южный мост (функциональный контроллер PIIX – PCI IDE ISA Xcelerator). Южный мост имеет в своем составе контроллеры (адаптеры) дисководов, клавиатуры, мыши, интерфейсных портов, CMOS RTC; управляет интерфейсными шинами IDE/ATA, SCSI, USB, IEEE1294. Некоторые из этих контроллеров могут быть реализованы и на отдельных микросхемах.

Мостовая архитектура чипсетов просуществовала от 2-го до 6-го поколения процессоров. Уход вторичного кэша с системной платы на процессор (Р6 и Pentium 4 у Intel и K7 у AMD) упростил северную часть чипсета. Однако с появлением порта AGP, задачи северного моста вновь усложнились: контроллеру памяти приходится работать с процессором, шиной

TSC – системный контроллер – мост между системной шиной и шиной ввода/вывода PCI (северный мост);

TDP – коммутатор данных;

PIIX (PCI IDE ISA Xcelerator) – мост между шинами PCI и (E)ISA (южный мост).

Рис. 3.2. Мостовая архитектура системной платы.

PCI и с портом AGP, пропускная способность которого в режиме 2х составляет 533, а в режиме 4х – 1066 Мбайт/с. С введением высокоскоростных режимов UltraDMA (АТА/66 и АТА/100) связь двухканального контроллера IDE с памятью через шину PCI стала слишком сильно нагружать эту шину.

Для повышения производительности ПК разработана хабовая или узловая архитектура чипсета – рис.3.3. Хабы – специализированные микросхемы, обеспечивающие передачу данных между подключенными к ним шинами.

Северный хаб выполняет те же функции, что и северный мост в вышеописанной архитектуре: он связывает шины процессора, памяти и графического порта. Однако, на «южной» стороне этого хаба находится не шина PCI, а высокопроизводительный интерфейс связи с южным хабом. Пропускная способность этого интерфейса составляет 2 Гбайт/с и выше, в зависимости от чипсета. Фирма Intel для северной части использует хабы MCH (Memory Controller Hub) - контроллер памяти, системной шины и графического порта (например, AGP, PCI Express x16) или GMCH (Graphics Memory Controller Hub) – северный хаб со встроенным графическим контроллером. Южный хаб чипсета ICH (I/O Conroller Hub) - контроллер ввода/вывода, обеспечивает подключение шин PCI, ISA (если имеется), АТА, USB, а также остальных контроллеров ввода/вывода, памяти CMOS и флэш-памяти системной BIOS. Если в чипсет интегрирован звук, то южный хаб может иметь аудиокодек. В некоторых чипсетах может существовать третий хаб - контроллер специального программного обеспечения (Firmware Hub – FWH), представляющий собой небольшую микросхему, в которую интегрировано 4 или 8 Мбайт флэш-памяти, системный BIOS и видео-BIOS (для плат с GMCH).

Рис.3.3.Узловая (хабовая) архитектура системной платы.

Использовать из темы 8:

Информационная шина (магистраль) — это среда передачи сигналов управления, адресов, данных, к которой параллельно и одновременно может подключаться несколько компонентов вычислительной системы. Физически информационная магистраль представляет собой параллельные проводники на материнской плате, которые называются линиями. Но это еще и алгоритмы, по которым передаются сигналы, правила интерпретации сигналов, дисциплины обслуживания запросов, специальные микросхемы, обеспечивающие эту работу. Весь этот комплекс образует понятие интерфейс информационной магистрали или стандарт обмена.

Системная магистраль является узким местом ЭВМ, так как все устройства, подключенные к ней, конкурируют за возможность передавать свои данные по ее шинам.