Виды устройств, работающие на шине ISA

ЛЕКЦИЯ 2 ДОП.

Шины расширения и внешних устройств

Ранее мы провели обзор шин ЭВМ. В данной лекции рассмотрим основные, на текущий момент, шины более подробно. Начнем с двух шин расширения – ISA и PCI.

Шина ISA

Шина ISA (Industrial Standart Arhitecture) является стандартной шиной для персональных компьютеров типа IBM PC/AT и совместимых с ними.

Основные отличия шины ISA от своей предшественницы - шины компьютера IBM PC/XT заключаются в следующем:

· Шина ISA позволяет использовать на внешних платах как 16-разрядные устройства ввода/вывода, так и 16-разрядную память;

· цикл доступа к 16-разрядной памяти на внешней плате может быть выполнен без вставки тактов ожидания;

· объем непосредственно адресуемой памяти на внешних платах может достигать 16 МБ;

· внешняя плата может становиться хозяином (задатчиком) на шине и самостоятельно осуществлять доступ ко всем ресурсам, как на шине, так и на материнской плате.

Следует отметить то, что шина ISA присутствует во всех современных структурах систем ввода-вывода. При этом, она уже не является основной, является дополнительной. Полностью шина не отмерла. Это обусловлено стремлением пользователей сохранить преемственность новых компьютеров с ранее созданными и широко распространенными аппаратными и программными средствами.

Виды устройств, работающие на шине ISA

При описании этой шины целесообразно представить компьютер, как объект состоящий из материнской платы и внешних плат, которые взаимодействуют между собой через шину. Все пассивные устройства на шине можно разделить на две группы - память и устройства ввода/вывода (порты). Циклы доступа для каждой из групп отличаются друг от друга, как по временным характеристикам, так и по вырабатываемым на шине сигналам.

Как правило, на материнской плате компьютера существуют следующие устройства, способные быть задатчиками шины: центральный процессор (ЦП), контроллер прямого доступа в память (ПДП), контроллер регенерации памяти (КРП). Кроме этого, задатчиком на шине может быть и внешняя плата. При выполнении цикла доступа на шине задатчиком может быть только одно из устройств. Рассмотрим подробнее функции этих устройств на шине ISA.

Центральный процессор (ЦП) - является основным задатчиком на шине по умолчанию. Контроллер ПДП, а также контроллер регенерации памяти освобождают ЦП от взаимодействия с шиной на время своей работы. Процесс запрещения работы ЦП состоит в выработке сигнала запроса на ПДП и приема сигнала подтверждения ПДП. Если ЦП является задатчиком на шине, то внешние платы могут функционировать только в режиме памяти или устройства ввода/вывода.

Контроллер ПДП - работает по сигналам запроса на режим ПДП и подтверждения режима ПДП. Активный сигнал запроса на ПДП разрешает захват шины контроллером ПДП для передачи данных из памяти в порты вывода или из портов ввода в память. Сигналы для поддержки ПДП заводятся с разъема непосредственно на контроллер. Когда режим ПДП запрашивается каким-либо устройством, контроллер ПДП осуществляет захват шины у ЦП. Выдача затем соответствующего сигнала подтверждения означает, что контроллер ПДП начал передачу данных.

Сигналы запроса и подтверждения режима ПДП заведены на все внешние платы и эти сигналы вырабатываются обычными ТТЛ выходами, поэтому все внешние платы должны использовать и анализировать различные каналы ПДП. Каждой – свой канал. В противном случае возможен конфликт внешних слотов между собой или с устройствами на материнской плате.

Любой цикл ПДП не должен превышать 15 мкс (период регенерации динамической памяти). В противном случае может произойти потеря информации в микросхемах динамической памяти.

Контроллер регенерации памяти - захватывает шину и вырабатывает сигналы адреса и чтения для регенерации информации в микросхемах динамической памяти, как на материнской памяти, так и внешних платах. Он выполняет циклы чтения памяти по специальным адресам на материнской плате и внешних платах. Каждые 15 мкс контроллер пытается захватить шину для запуска цикла регенерации. Если в этот момент задатчиком на шине является центральный процессор, то он освобождает шину для контроллера регенерации. Если в этот момент шина захвачена внешней платой, то контроллер регенерации выполнит цикл регенерации только при выработке внешней платой сигнала - REFRESH. Если в этот момент задатчиком на шине являлся контроллер ПДП, то до освобождения им шины цикл регенерации не может быть выполнен. Циклы регенерации должны выполняться каждые 15 мкс. Если это условие не выполняется, данные, хранящиеся в динамической памяти, могут быть утеряны.

Внешняя плата - взаимодействует с остальными устройствами через разъем на шине ISA. Может становиться задатчиком на шине для доступа к памяти или устройствам ввода/вывода. Внешние платы могут функционировать в 5 различных режимах:

1. Задатчика шины.

2. Памяти и устройства ввода/вывода прямого доступа.

3. Памяти и устройства ввода/вывода.

4. Регенерации памяти.

5. Сброса.

Платы могут поддерживать любую комбинацию из первых четырех режимов. Сигналу сброса должны подчиняться все платы одновременно.

Только 16-разрядные платы с двумя интерфейсными разъемами могут становиться задатчиками на шине. Внешняя плата, захватив шину, может выполнять любые циклы доступа, так же как центральный процессор. Единственное ограничение - невозможность выполнять циклы ПДП, так как все интерфейсные сигналы, управляющие работой контроллера ПДП, заведены на материнскую плату и не могут быть использованы контроллером ПДП, находящимся на внешней плате.

Внешняя плата может работать в режиме ПДП только в том случае, если контроллер ПДП является задатчиком на шине. В режиме прямого доступа к памяти данные всегда передаются между устройством ввода/вывода и памятью на внешней плате.

Режим сброса

Все внешние платы оказываются в режиме сброса при разрешенном сигнале RESET DRV; иначе этот режим невозможен. Все выходы с тремя состояниями на плате должны быть в третьем состоянии (высокоимпедансном, не ноль, не единица, по сути – обрыв), а все выходы с открытым коллектором должны быть в состоянии логической единицы на время не менее 500 нс после разрешения сигнала RESET DRV. Все внешние платы должны завершить свою инициализацию за время не более 1 мс после разрешения сигнала RESET DRV и быть готовыми к выполнению циклов доступа на шине. Любые операции на шине возможны только после запрещения сигнала RESET DRV.

На материнской плате компьютера имеется ряд устройств, которые не могут быть задатчиками на шине, но, тем не менее, взаимодействуют с ней. Это следующие устройства.

Часы реального времени (Таймер-счетчик) - это устройство состоит из часов реального времени для поддержки даты, времени и таймера. Вырабатывает импульсы для запуска контроллера регенерации памяти.

Кросс материнской платы - часть материнской платы, которая соединяет разъемы шины ISA для подключения внешних плат с другими ресурсами на материнской плате.

Память на материнской плате - часть или все микросхемы памяти прямого доступа (ОЗУ), используемые для хранения информации ЦП. На внешних платах также могут быть размещены микросхемы дополнительной памяти.

Контроллер прерываний - это устройство связано с линиями запросов прерываний на шине. Согласует запросы с работой ЦП.

Устройства ввода/вывода - могут размещаться как на материнской плате, так и на внешних платах, например параллельные и последовательные порты.

Перестановщик байтов данных - это устройство позволяет обмениваться данными 16-разрядным и 8-разрядным устройствам.

Внешние платы, устанавливаемые в разъемы шины, могут иметь 8 или 16 разрядов.

Восьмиразрядная плата содержит один интерфейсный разъем и может оперировать только с 8-разрядными данными. Восьмиразрядный слот не может быть задатчиком на шине.

16-разрядная плата обязательно имеет два интерфейсных разъема - один основной, такой же, как в 8-разрядных платах, и один дополнительный. Такая плата может оперировать как с 8-, так и с 16-разрядными данными и, кроме этого, она может быть задатчиком на шине. Общее число устанавливаемых в разъемы шины плат ограничивается как нагрузочной способностью шины, так и конструктивным исполнением материнской платы.

Как правило, допускается устанавливать не более 8 (пять 16-разрядных и три 8-разрядных) внешних плат на шину. Такое ограничение вызвано также и относительно небольшим количеством свободных линий запросов на ПДП и запросов на прерывания, имеющихся на шине.