Локальные шины ПК

Что такое локальная шина?

В данном разделе мы рассмотрим вопросы, связанные с использованием современных системных локальных шин для персональных компьютеров (ПК или, по английски, PC), дадим их сравнительную характеристик и перейдем к проблемам использования шины PCI, так именно по данная шина занимает лидирующее положение на рынке настольных ПК.

Прежде, чем начать обзор шин для персональных компьютеров, необходимо сказать несколько слов о том, что представляет собой системная шина, и для чего она нужна в компьютере. Шина, в самом простом случае, есть множество проводников для соединения различных компонентов микрокомпьютера в единую систему таким образом, чтобы можно было согласовать их работу. Основной обязанностью системной шины является передача информации между базовым микропроцессором и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами. Таким образом, системную шину можно представить как совокупность сигнальных линий, объединенных по их назначению:

• Control lines (управление)
• Address lines (адреса)
• Data lines (данные)

Для того, чтобы описать примерную работу шины, возьмем шину обычного PC, состоящую минимум из линий адреса, данных и линий управления/строба. Самое простое решение, которое здесь можно использовать — это программируемый ввод-вывод. Линии управления используются для синхронизации передачи данных, путем генерирования последовательности импульсов. Возможны две схемы управления, например, раздельные линии управления чтением и записью, либо линия стробирования STROBE и линия чтения — записи в соответствующем состоянии (высокий уровень — для одного сигнала, низкий — для другого).

Шины для PC имеют тенденцию, когда используются раздельные линии управления чтением и записью (фактически 2 такие линии используются для доступа к памяти, а 2 дополнительных линии — для осуществления ввода- вывода). В этом случае центральный процессор (ЦП) посылает данные на периферийные устройства, подключенные к шине. ЦП устанавливает стробирующий сигнал по линии ввода — вывода. Этот импульс показывает, что предшествующий адрес на линии адреса правильный, а периферия может начать чтение с шины данных. Кроме перечисленных выше сигналов имеются также и другие сигналы управления, присутствующие на реальной системной шине.

Обзор локальных шин ПК

Существует множество системных шин, в том числе и локальных, для PC и других типов компьютеров. Перечислим основные их них:

• S-100
• S-100 / IEEE696
• ISA
• EISA
• Nubus
• Multibus-II
• MCA
• Sbus
• Mbus
• SCSI
• VL-Bus
• Futurebus+
• VME
• PCI
• и ряд других шин

Начнем по порядку, с шины S-100. Эта шина была создана для 8-разрядных микропроцессоров и различных промышленных приложений. Типичные ее характеристики были такие:

• Размеры: 134 мм x 254 мм, 100 выводов
• Разъем: 50 выводов на каждой стороне платы
• Нерегулируемое напряжение питания: +8В, +16В

В свое время, шина S-100 была очень популярна для широкого диапазона периферийных плат, она входила в состав плат памяти, устройств последовательного и параллельного интерфейсов, плат контроллеров гибких магнитных дисков, видео-плат, плат музыкальных синтезаторов и т.д. S-100 обеспечивала 16 линий данных, 16 линий адреса (при этом максимальное адресное пространство составляло 64Кбайт), 3 линии питания, 8 линий для прерываний и 39 управляющих линий. Эта шина использовалась для микропроцессоров Intel 8080, Zilog Z-80 и Motorola 6500 и 6800. Некоторые фирмы создали на базе S-100 свои стандарты подобной шины.

Одним из таких примеров может служить стандарт шины S-100/IEEE696, которой разрабатывался в 1983 году. Полученная шина имела следующие характеристики:

• Дополнительные 8 разрядов адреса позволили адресовать до 16 Мбайтов памяти (таким образом, всего получилось 24 линии адреса).
• Поддержка 16 — разрядных микропроцессоров путем добавления еще двух сигналов sixteen request (SXTRO, 58 линия) и sixteen acknowledge (SIXTN, 60 линия).
• Линия 12 была зарезервирована для сигнала немаскируемого прерывания (NMI).

Полная спецификация этой шины включает до 100 сигналов. Рабочая частота при этом достигает 10 МГц. Шина S-100 и ее модификации нашли применение при разработках небольших промышленных приложений. Основными достоинствами этой шины являются низкая цена и поддержка шины большим числом промышленных разработчиков.

У компьютеров IBM PC AT и IBM PC XT системная шина была предназначена для одновременной передачи только 8 разрядов данных, так как используемый в компьютерах микропроцессор i8088 имел 8 линий данных. Кроме этого, системная шина включала 20 адресных линий, которые ограничивали адресное пространство пределом в 1 Мбайт. Для работы с внешними устройствами в этой шине были предусмотрены также 4 линии аппаратных прерываний и 4 линии для требования внешними устройствами прямого доступа в память (DМА — Direct Memory Access). Для подключения плат расширения использовались специальные 62-контактные разъемы. Заметим, что системная шина и микропроцессор синхронизировались от одного тактового генератора с частотой 4,77 МГц. Таким образом, теоретически скорость передачи данных могла достигать более 4.5 Мбайт/с. В компьютерах PC AT, использующих микропроцессор i80286, впервые стала применяться новая системная шина ISA (Industry Standard Аrchitecture), полностью реализующая возможности упомянутого микропроцессора. Количество адресных линий было увеличено на четыре, а данных — на восемь. Таким образом, можно было передавать параллельно уже 16 разрядов данных, а благодаря 24 адресным линиям напрямую обращаться к 16 Мбайтам системной памяти. Количество линий аппаратных прерываний в этой шине было увеличено с 7 до 15, а каналов DMA — с 4 до 7. Надо отметить, что новая системная шина ISA полностью включала в себя возможности старой 8-разрядной шины, то есть все устройства, используемые в PC XT, могли без проблем применяться и в PC AT 286. Системные платы с шиной ISA позволили выполнять синхронизацию работы самой шины и микропроцессора разными тактовыми частота ми, за счет чего устройства, выполненные на платах расширения, могли работать медленнее, чем базовый микропроцессор. Это стало особенно актуальным, когда тактовая частота процессоров превысила 10-12 МГц. Теперь системная шина ISA работает асинхронно на частоте 8 МГц; таким образом, теоретически максимальная скорость передачи может достигать 16 Мбайт/с. Подводя итог по шине ISA для IBM PC XT, можно выделить следующие основные ее черты:

• 20 адресных линий (A0 — A19)
• 8 линий данных (двунаправленных)
• Максимальная пропускная способность 1.2 Мбайт/сек
• 6 линий запроса прерывания (IRQ2 — IRQ7)
• 3 линии DMA
• Рабочая частота шины 4.77 МГц

Шина ISA для IBM PC AT имеет следующие параметры:

• 16 линий данных
• Максимально адресуемая память — до 16 Мбайт (224)
• Добавлены дополнительные 5 линий IRQ (тактируемые по фронту)
• Частичная поддержка множества мастеров шины путем введения дополнительных сигналов
• Пропускная способность 5.3 Мбайт/сек
• Рабочая частота шины 8 МГц

С появлением новых микропроцессоров, таких как i80386 и i486, стало очевидно, что одним из вполне преодолимых препятствий на пути повышения производительности компьютеров с этими микропроцессорами является системная шина типа ISA. Дело в том, что возможности этой шины для построения высокопроизводительных систем следующего поколения были практически исчерпаны. Новая системная шина должна была обеспечить наибольший возможный объем адресуемой памяти, 32-разрядную передачу данных, в том числе и в режиме DMA, улучшенную систему прерываний и арбитраж DMA, автоматическую конфигурацию системы и плат расширения. Такой шиной для IBM PC-совместимых компьютеров стала EISA (Extended Industry Slandard Architecture). Заметим, что системные платы с шиной EISA первоначально были ориентированы на вполне конкретную область применения новой архитектуры. А именно, на компьютеры, оснащенные высокоскоростными подсистемами внешней памяти на жестких магнитных дисках с буферной кэш-памятью. Такие компьютеры до сих пор используются в основном в качестве мощных файл-серверов или рабочих станций. В EISA-разъем на системной плате компьютера, помимо, разумеется, специальных EISA-плат, может вставляться либо 8-, либо 16-разрядная плата расширения, предназначенная для обыкновенной PC AT с шиной ISA. Это обеспечивается поистине гениальным, но простым конструктивным решением. EISA-разъемы имеют два ряда контактов, один из которых (верхний) использует сигналы шины ISA, а второй (нижний) — соответственно EISA. Контакты в соединителях EISA расположены так, что рядом с каждым сигнальным контактом находится контакт «земля». Благодаря этому сводится к минимуму вероятность генерации электромагнитных помех, а также уменьшается восприимчивость к таким помехам. Шина EISA позволяет адресовать 4-Гбайтное адресное пространство, доступное микропроцессорам i80386/486. Однако доступ к этому пространству могут иметь не только центральный процессор, но и платы управляющих устройств типа bus master — главного абонента (то есть устройства, способные управлять передачей данных по шине), а также устройства, организующие режим DMA.

Стандарт EISA поддерживает многопроцессорную архитектуру для «интеллектуальных» устройств (плат), оснащенных собственными микропроцессорами. Поэтому данные, например, от контроллеров жестких дисков, графических контроллеров и контроллеров сети могут обрабатываться независимо, не загружая при этом основной процессор. Теоретически максимальная скорость передачи по шине в так называемом пакетном режиме (burst mode) может достигать 33 Мбайт/с, В обычном (стандартном) режиме скорость передачи по шине EISA не превосходит, разумеется, известных значений для ISA. На шине EISA предусматривается метод централизованного управления, организованный через специальное устройство — системный арбитр. Таким образом поддерживается использование ведущих устройств на шине, однако предусматривается также предоставление шины запрашивающим устройствам по циклическому принципу. Как и для шины ISA, в системе EISA имеется 7 каналов DMA. Выполнение DMA-функций полностью совместимо с аналогичными операциями на ISA- шине, хотя они могут происходить и несколько быстрее. Контроллеры DMA имеют возможность поддерживать 8-, 16- и 32-разрядные режимы передачи данных. В общем случае возможно выполнение одного из четырех циклов обмена между устройством DMA и памятью системы. Это — ISA — сoвмecтимые циклы, использующие для передачи данных 8 тактов шины; циклы типа A, исполняемые за 6 тактов шины; цикпы типа B, исполняемые за 4 такта шины, и циклы типа C (или burst), в которых передача данных происходит за один такт шины. Типы циклов А, В и С поддерживаются 8-, 16- и 32-разрядными устройствами, причем возможно автоматическое изменение размера (ширины) данных при передаче в не соответствующую размеру память.

Большинство ISA-совместимых устройств, использующих DMA, могут работать почти в 2 раза быстрее, если они будут запрограммированы на применение циклов А или В, а не стандартных (и сравнительно медленных) ISA-циклов. Такая производительность достигается только путем улучшения арбитража шины, а не в ущерб совместимости с ISA. Приоритеты DMA в системе могут быть либо «вращающимися» (переменными), либо жестко установленными. Линии прерывания шины ISA, по которым запросы прерывания передаются в виде перепадов уровней напряжения (фронтов сигналов), сильно подвержены импульсным помехам. Поэтому в дополнение к привычным сигналам прерываний на шине ISA, активным только по своему фронту, в системе EISA предусмотрены также сигналы прерываний, активные по уровню. Причем для каждого прерывания выбор той или иной схемы активности может быть запрограммирован заранее. Собственно прерывания, активные по фронту, сохранены в EISA только для совместимости со «старыми» адаптерами ISA, обслуживание запросов на прерывание которых производит схема, чувствительная к фронту сигнала. Понятно, что прерывания, активные по уровню, менее подвержены шумам и помехам, нежели обычные. К тому же (теоретически) по одной и той же физической линии можно передавать бесконечно большое число уровней прерывания. Таким образом, одна линия прерывания может использоваться для нескольких запросов. Для компьютеров с шиной EISA предусмотрено автоматическое конфигурирование системы. Каждый изготовитель плат расширения для компьютеров с шиной EISA поставляет вместе с этими платами и специальные файлы конфигурации. Информация из этих файлов используется на этапе подготовки системы к работе, которая заключается в разделении ресурсов компьютера между отдельными платами. Для «старых» плат адаптеров пользователь должен сам подобрать правильное положение DIP-переключателей и перемычек, однако сервисная программа на EISA-компьютерах позволяет отображать установленные положения соответствующих переключателей на экране монитора и дает некоторые рекомендации по правильной их установке. Помимо этого, в архитектуре EISA предусматривается выделение определенных групп адресов ввода — вывода для конкретных слотов шины — каждому разъему расширения отводится адресный диапазон 4Кбайта. Это также позволяет избежать конфликтов между отдельными платами EISA. Кроме того, шина по-прежнему тактируется частотой около 8 МГц, а скорость передачи увеличивается в основном благодаря увеличению разрядности шины данных. Итак, шина EISA имеет следующие параметры:

• 32 — разрядный режим передачи
• Максимальная пропускная способность — до 33 Мбайт/сек
• 32 — разрядная адресация памяти, что обеспечивает до 4 Гбайт адресуемого пространства памяти
• Множество мастеров шин
• Программируемые прерывания по уровню или по фронту синхросигнала
• Автоматическая конфигурация плат

Шина Nubus. Шина ISA, тяжелое наследие прошлого IBM-совместимык компьютеров, имеет своего двойника в мире Apple. Это — шина Nubus, древнейшая из ныне живущих шин. Она обладает примерно теми же характеристиками, что и ISA.

В мире существует — более двух с половиной миллионов систем с шиной Multibus-II. Так что эта «экзотика» определяет лицо целых отраслей компьютерной индустрии и, между прочим, кормит около двух сотен фирм-разработчиков. Шина Multibus-II была разработана в 1985 г. как развитие широко применяемого в промышленной автоматике стандарта Multibus. Multibus-II является 32-разрядной и может работать со скоростью управляющего процессора — вплоть до достижения пропускной способности 80 Мбайт/с. Шина Multibus в почете у военных — они любят все надежное, серьезное, единообразное. Даже сегодня, в дни тотальной миниатюризации, контроллеры Multibus в промышленном исполнении имеют размер 9х9 дюймов — наверное, для солидности. В отличие от других рассматриваемых здесь шин, Multibus обладает возможностью передачи сообщений (т.н. «message passing») между различными управляющими устройствами. Механизм «message passing», доведенный до абсолюта в транспьютерах фирмы Inmos и процессорах семейства TMS 320С40 фирмы Texas Instruments, дозволяет организовывать «интеллектуальное» взаимодействие между процессорами и контроллерами. Это особенно важно при создании многопроцессорных систем и построении сложных комплексов промышленной электроники. Не случайно стандарт Multibus-II по сей день «царит» среди индустриальных систем. Механизм «message passing», доведенный до абсолюта в транспьютерах фирмы Inmos и процессорах семейства TMS 320С40 фирмы Texas Instruments, позволяет организовывать «интеллектуальное» взаимодействие между процессорами и контроллерами.

А теперь о шине MC. Фирма IBM, движимая не столько недовольством шиной ISA, сколько горечью потери лидерства на рынке PC ее имени, в 1987г. предприняла попытку изменить положение и выпустила систему PS/2. В компьютерах PS/2 все было по-новому, в частности принципиально новой была системная шина MicroChannel (или МСА). Достаточно быстрая (до 20 МГц, до 76 Мбайт/с) и широкая (32 бита), шина MicroChannel содержала рад удачных архитектурных решений и вполне могла бы бороться за лидерство среди системных шин. Шина MicroChannel обладает следующими особенностями:

• 8/16/32 — разрядные линии передачи данных
• Прерывания по уровню сигнала (в отличие от ISA, где прерывания — по фронту синхросигнала)
• 24 или 32 адресных линии (адресация до 4 Гбайт памяти)
• Автоматическая конфигурация плат (на основе информации в ROM этих плат)
• Асинхронный протокол передачи данных

К сожалению, исходная посылка IBM — создать что-то новое и несовместимое с другими для последующего завоевания рынка, погубила MicroChannel. Шина EISA, сохранившая 100-процентную преемственность с ISA, легко вытеснила MicroChannel с массового рынка и лишила всяких надежд на будущее. А что IBM? А IBМ не унывает и параллельно с производством рабочих станций с архитектурой РСI трудится над разработкой 64-разрядного стандарта MicroChannel.

Шина Sbus. Вплоть до последних лет два сектора рынка — массовые ПК и мощные рабочие станции — существовали изолированно друг от друга. Производители рабочих станций, не помышляя об унификации, изобретали свои велосипеды как в области процессоров и архитектур. так и в разработках системных шин. В итоге каждое из лидирующих семейств рабочих станций — будь то Silicon Graphics, HP или Intergraph, имеет собственную системную шину. Более других повезло в этом смысле фирме Sun. Ee шина Sbus, разработанная в 1989 г. исключительно для внутреннего употребления, пришлась «ко двору» — и почти 150 фирм стали использовать ее в своих изделиях. Работая с частотой до 25 МГц, 32-разрядная Sbus к настоящему моменту утратила большинство конкурентных преимуществ, однако по-прежнему неплохо смотрится в рабочих станциях и серверах. Среди других шин Sbus слывет интеллектуалкой — она умеет автоматически транслировать виртуальные адреса в физические, распознавать ошибки при передаче данных и инициировать повторы. Фирма Sun собирается продолжать использование Sbus — в том числе и — в будущих портативных компьютерах, подобных Voyager.

Шина Mbus. Если Sbus появилась на свет в фирме Sun, а затем начала распространение по миру, то шина Mbus проделала обратный путь. Созданная в 1990 г. усилиями ряда фирм-производителей станции SPARC, шина Mbus приглянулась фирме Sun и стала использоваться в ее разработках. Mbus — 64-разрядная высокоскоростная шина. Mbus допускает совместное использование с другими шинами, имеет портативные варианты исполнения (есть адаптеры Mbus размером 2х3 дюйма) и предусматривает возможности передачи сообщений. Вероятно, в ближайшие годы Mbus будет лидером среди системных шин 64-разрядных станций.

Системный интерфейс малых ЭВМ SCSI (Small Computer System Interface) регламентирован стандартом IEC 9316, который унифицирует основные уровни для базовых типов периферийных устройств, главным образом накопителей магнитных дисков, АЦПУ, а также возможности расширения функций посредством специальных кодов и полей. В интерфейсе используется логическая адресация всех блоков данных и возможность считывания с устройств прямого доступа информации о числе имеющихся блоков. Максимальная скорость передачи данных составляет до 4 Мбайт/сек, длина кабеля до 6 м при использовании обычных приемопередатчиков и до 25 м дифференциальных приемопередатчиков. Архитектура интерфейса предусматривает несколько видов организации взаимодействия эадатчиков (инициаторов) и исполнителей (приемников) с использованием необязательного распределенного арбитража. Время арбитража не превышает 10 мкс. Дополнительные возможности такие: два варианта физической реализации, использование четности, синхронная передача данных и др. Команды разделены на обязательные (М), расширенные (E), необязательные (0) и уникальные (U). Устройства выполняют все обязательные команды для данного типа устройств команды, а также ряд других команд. Кроме того. в стандарте определены расширенные команды дли устройств прямого доступа, постоянные команды для всех типов устройств, уникальные команды для жестких дисков, ленточных накопителей, принтеров, оптических дисков, процессоров, байты состояния всех типов устройств. Максимальное число подключенных устройств — 8. Каждое устройство идентифицируется соответствующим разрядом, размещаемым на линии данных. SCSI-2 является одной из «старых» периферийных шин, используемых, с доработками, и поныне. Спецификация SCSI разрабатывалась американским институтом национальных стандартов ANSI. Чуть позже она расширилась до SCSI-2 и SCSI-3. Типичная SCSI обладает следующими характеристиками:

• 8 — разрядная параллельная шина ввода-вывода
• Каждый адаптер может поддерживать до 7 устройств
• Поддерживаются различные устройства (CD-ROM, ленточные накопители, сканеры, магнитооптические устройства и т. д.)
• Пропускная способность 4 Мбайт/сек
• Поддержка синхронной и асинхронной схем передачи данных

SCSI-2 расширяет возможности основного стандарта. Она имеет максимальную пропускную способность до 10 Мбайт/сек при 8 — разрядной шине и до 40 Мбайт/сек — при 32-разрядной шине. Существует несколько спецификаций приложений для SCSI:

• Narrow SCSI 8-разрядная версия SCSI
• Wide SCSI 16- и 32-разрядные версии SCSI-2
• Fast SCSI SCSI-2, которая поддерживает скорость передачи до 10 Мбайт/сек

Разработчики компьютеров, системные платы которых основывались на микропроцессорах i80386/486, стали использовать раздельные шины для памяти и устройств ввода-вывода. Это позволило максимально задействовать возможности оперативной памяти, так как именно в этом случае память может работать с наивысшей для нее скоростью. Тем не менее при таком подходе вся система не может обеспечить достаточной производительности, так как устройства, подключенные через разъемы расширения, не могут достичь скорости обмена, сравнимой с процессором. В основном это касается работы с контроллерами накопителей и видеоадаптерами. Для решения данной проблемы стали использовать так называемые локальные (local или mezzanine) шины, которые непосредственно связывают процессор с контроллерами периферийных устройств. В последнее время появились две стандартные локальные шины: VL-bus (или VLB), предложенная ассоциацией VESA (Video Electronics Standards Association), и PCI (Peripheral Component Interconnect), разработанная фирмой Intel. Обе эти шины, предназначенные, вообще говоря, для одного и того же — для увеличения быстродействия компьютера, позволяют таким периферийным устройствам, как видеоадаптеры и контроллеры накопителей, работать с тактовой частотой до 33 МГц. Обе эти шины используют разъемы типа МСА. На этом, впрочем, их сходство и заканчивается, поскольку требуемая цель достигается различными средствами. Шина VL-Bus является расширением шины процессора 486. Выводы процессора подключаются непосредственно к контактам разъема шины. В некоторых платах адаптеров VL-Bus имеются буферы для хранения данных на время ожидания готовности периферийного устройства. Таким образом, схемная реализация VL-bus оказывается более, дешевой и простой, чем, например, PCI. Спецификация VESA, в частности, предусматривает, что к шине, которая является локальной 32-разрядной шиной системного микропроцессора, может подключаться до трех периферийных устройств. В качестве таких устройств в настоящее время выступают контроллеры накопителей, видеоадаптеры и сетевые платы. Конструктивно VL-bus выглядит как короткий соединитель типа МСА (112 контактов), установленный, например, рядом с разъемами расширения ISA или EISA. При этом 32 линии используются для передачи данных и 30 — для передачи адреса. Максимальная скорость передачи по шине VL-bus теоретически может составлять около 130 Мбайт/с. Заметим, что в настоящее время шина VL-bus представляет из себя сравнительно недорогое дополнение для компьютеров с шиной ISA, причем с обеспечением обратной совместимости. Появилась версия 2.0 шинной архитектуры VL-Bus, в которую введены такие новшества, как мультиплексированный 64-разрядный канал данных, буферизация сигналов для работы с быстродействующими системными платами и более высокая максимальная тактовая частота — 50 МГц. Количество разъемов расширения увеличится до трех разъемов на 40 МГц и до двух на 50 МГц. Ожидаемая скорость передачи теоретически должна возрасти до 400 Мбайт/с.

Стандарт IEEE 896.1-1988, названный Futurebus+, претендует на роль шины завтрашнего дня для систем массового применения. Стандарт Futurebus+ был разработан ассоциацией VITA (VFEA International Trade Association) в 1988 г. специально для высокоскоростных систем передачи информации. Требования к Futurebus+ были составлены таким образом, чтобы преодолеть все ограничения, присущие VME в телекоммуникационных системах. Ширина Futurebus+ — до 256 бит, максимальная скорость — 3,2 Гбайт/с, рабочая частота ограничивается лишь возможностями управляющего процессора. Многие считают: чем больше битов в шине, тем она удобнее. Вовсе нет. Контроллер широкой шины никогда не будет таким маленьким и удобным, как ISA или IDE. Поэтому для сложных высокоскоростных шин, помимо упомянутых выше «мостов», применяются так называемые mezzanine-bus — более простые и «узкие» шины, сопрягаемые с основной без использования дополнительной управляющей электроники. Для Futurebus+ такими mezzanine-bus являются Sbus и PCI. К стандарту Futurebus+ присматриваются сегодня многие создатели рабочих станций. В эпоху «информационных супермагистралей» разница между коммутационной станцией глобальной сети и файл-сервером крупной корпорации не столь велика, как может показаться. Не исключено, что вскоре появятся настольные системы, использующие Futurebus+ в качестве системной шины. ВМФ США уже объявил Futurebus+ основным стандартом для своих будущих разработок.

В калейдоскопе новых слов и понятий как-то поблекли и исчезли с горизонта многие популярные прежде термины. Среди них — стандарт VME (Versa Module Eurocard). Разработанный в 1981 г. консорциумом авторитетнейших электронных фирм — Motorola, Philips, Thompson, Signetics и др., стандарт VME во многом опередил свое время, полноценная 32-разрядная шина с высокой пропускной способностью (до 40 Мбайт/с) и рекордными возможностями расширения (до 21 слота без дополнительных расширителей) пришлась по душе как создателям рабочих станций, так и заказчикам специализированной электроники — военным. ученым, медикам. Итог — 4500 типов электронных изделий, базирующихся на VME, 280 фирм-разработчиков, десятки тысяч находящихся- в эксплуатации рабочих станций. Благодаря стандарту VME появились и такие конструктивные находки как 64-штырьковый разъем, европлата размера 3U, и, конечно, VME — плата 6U (размером 6,3х9.2 дюйма). Как стандарт системной шины, VME имеет некоторые преимущества даже перед РСI:

• VME содержит 7 линий прерываний, РСI — всего 4;
• VME поддерживает 21 устройство на шине, РСI — до 10;
• 64-разрядный VME существует с 1989 г.

Можно с уверенностью назвать ряд приложений, в которых VME-системы будут доминировать еще не один год:

• промышленная электроника;
• аппаратура военного применения;
• медицинские и научные приборы;
• тестовое и контрольное оборудование;
• автоматизированные системы управления;
• «встроенные» системы;
• телекоммуникационное оборудование.

Локальная шина PCI

Спецификация шины РСI обладает несколькими преимуществами перед основной версией VL-Bus. В соответствии со спецификацией РСI к шине могут подключаться до 10 устройств. Это, однако, не означает использования такого же числа разъемов расширения — ограничение относится к общему числу компонентов, в том числе расположенных и на системной плате. Поскольку каждая плата расширения РСI может разделяться между двумя периферийными устройствами, то уменьшается общее число устанавливаемых разъемов. Шина РСI может использовать 124-контактный разъем (32-разрядная) или 188-контактный разъем (64-разрядная передача данных), при этом теоретически возможная скорость обмена составляет соответственно 132 и 264 Мбайт/с. На системных платах устанавливаются обычно не более трех разъемов.

Предполагается, что стандарт PCI лучше соответствует растущим потребностям в скоростной обработке данных на настольных машинах, поскольку превосходит стандарт VL-Bus по сложности, гибкости и функциональной насыщенности. А если учесть, что его убежденными сторонниками являются такие гиганты, как IBM, Compaq, NEC и Dell, то он становится серьезным противником даже для «хорошо окопавшейся» шины VL-Bus. Windows принесла в мир ПК полноцветную графику. Процессор 486 выполняет пересылки данных по 32-разрядной шине, тактируемой частотой 33 МГц. Как только выдаваемый им мощный поток графических данных попадает на шину ISA, он упирается в «узкое горло». Эта шина создана 10 лет назад и работает на частоте всего лишь 8 МГц, а ее разрядность равна 16. По мере того как в прикладных программах начинают все шире использоваться многоцветная графика, «живое» видео и рендеринг трехмерных изображений, шина ISA отстает все больше и больше. Чтобы решить эту проблему, разработчикам систем и периферийных устройств пришлось предусмотреть другой способ связи с узлами машины, требующими наиболее интенсивного обмена данными. Подключив графический адаптер и некоторые периферийные устройства непосредственно к процессору, они открыли широкий и быстрый канал обмена между теми узлами, которым скорость важнее всего. Для этого были разработаны различные стандарты локальной шины, в том числе и VL-Bus.

Стандартная локальная шина обеспечивает единообразный способ подключения устройств к быстродействующей шине процессора и тем самым позволяет устранить «узкие места» во всех новых ПК. Шина РСI поддерживает 32-разрядный канал передачи данных между процессором и периферийными устройствами, работает на высокой тактовой частоте (33 МГц) и имеет максимальную пропускную способность 120 Мбайт/с. Кроме того, шина PCI в некоторой степени обеспечивает обратную совместимость с существующими периферийными устройствами, рассчитанными на шину ISA. В стандарте PCI предусмотрены контроллер и акселератор, образующие локальную шину, не связанную с шиной процeccopа. Иcпользуeтся несколько способов повышения пропускной способности. Один из ниx — блочная лередача последовательных данных. Если данные не являются последовательными, требуется дополнительное время на установку адреса каждого их элемента. Шина РСI создает между ЦП и периферийными устройствами некоторый промежуточный уровень. В результате получается процессорно-независимая шина, как ее называет Intel. Ее легко подключить к самым различным ЦП, в их числе Pentium корпорации Intel, Alpha корпорации DEC, MIPS R4400 и PowerPC фирм Motorola, Apple и IBM. Для производителей систем это означает снижение затрат на разработку, так как с процессорами разного типа можно использовать одни и те же элементы и устройства. Стандарт РС1 предусматривает обширный список дополнительных функций. К ним относится автоматическая конфигурация периферийных устройств, позволяющая пользователю устанавливать новые устройства без особых проблем.

РСI — это шина для производителей компьютеров: сложное, элегантное, универсальное техническое решение, позволяющее разработчикам быстро и качественно создавать различные системы. Кроме того, это шина для тех, кто на мощных серверах использует большие дисковые массивы, строит многозадачные комплексы на основе NT или OS/2 или собирает высокопроизводительные рабочие станции для «перемалывания» больших объемов графики, видео и данных других типов. На смену ISA пришли РСI и EISA, а работа с устройствами, управляемыми ISA (например, последовательными портами и стримерами) выполняется посредством специальных шинных преобразователей — «мостов»; (bridges). Так, фирма Intel производит мост PCI/ISA — это микросхема i82387. Шина РСI процессорно-независима и используется сегодня с самыми разными процессорами — i486 и Pentium, PowerPC и DEC, Alpha и др. Она поддерживает целый спектр периферийных устройств и обладает средствами управления передачей данных (что освобождает процессор от рутинной возни с трафиком). Нет нужды говорить, что все обмены по шине буферизованы. PCI легко совместима с большинством известных шин. Разработаны и реализованы в виде стандартных микросхем многочисленные «мосты»; PCI/ISA, PCI/EISA, РРС/РСI и другие. Многие производители ПК практикуют также слоты двойного назначения — например, PCI/ISA, позволяющие на одно и то же место устанавливать устройства ввода-вывода в различных стандартах. По части организации групповых операций обмена РСI пошла дальше VLB — в ней групповой режим реализован как для чтения, так и для записи. Максимальная пропускная способность составляет 132 Мбайта/сек. Таким образом, в ближайшее будущее шина PCI имеет неплохие перспективы.

Общие характеристики всех перечисленных локальных шин наглядно представлены в виде следующей таблицы:

Параметры	ISA	EISA	VL-Bus	PCI	Futurebus	SCSI	Nubus	MCA	M-II	Sbus	Mbus	VME
Рабочая частота (МГц)	8	8-33	до 33	до 33	CPU	5-10	10	10-20	CPU	20-25	40-50	CPU
Пропускная способность (МБайт/сек)	2	8	80	50	80	10	20	20	64	80	200	40
Burst Mode (МБайт/сек)	4	33	132	132	3.2 ГБайт/сек	10 (20-fast)	40	76	80	-	320	320 (64-bit)
Разрядность (битов)	16	32	32(64)	32(64)	32-256	32	32	16;32	32	64	64	32;64
Макс. кол-во подключ. устройств	6	15(10)	4	10	14	7-15	-	15	21	-	6	21