lukro.estranky.cz

Komunikační struktura počítače

Dalším důležitým tématem, v anatomii počítače, je komunikace mezi mikroprocesorem a ostatními zařízením počítače. Jak se vlastně data dostávají z mikroprocesoru do periférií?

S okolím může mikroprocesor komunikovat třemi způsoby:

1.      pomocí sběrnic

2.      přes přerušení (IRQ)

3.      kanály přímého přístupu do paměti (DMA)

Sběrnice

Sběrnicí se přenáší nejvíce dat, a proto je základem komunikační struktury PC. Její parametry mohou podstatně ovlivnit výkon celého počítače. Je určena k propojení všech komponent umístěných vně mikroprocesoru.

V počítači nacházíme dva typy sběrnic.

·         Systémová sběrnice

            -je přímo připojena k mikroprocesoru, je jím řízena a propojuje mikroprocesor s obvody na základní desce.

·         Periferní sběrnice

            -propojuje mikroprocesor(resp. jeho systémovou sběrnici) s okolním světem-je zakončena sloty.

            Do slotů se zasouvají rozšiřující desky, jejichž pomocí se k PC připojují veškerá periferní zařízení. Sloty jsou normovány jak mechanicky(tvar a rozměry), tak elektricky(počet signálů, jejich význam a elektrické parametry). Sběrnicový slot tak standardizuje propojení hlavní desky s okolím. Problém může nastat právě s tímto standardem, poněvač bylo postupně vyvinuto několik typů sběrnic.

Parametry sběrnic

            S vývojem mikroprocesorů musel jít samozřejmě dopředu i vývoj nových typů sběrnic. Proto hlavním hodnotícím kritériem je typ mikroprocesoru. Ten udává šířku datové a adresové části sběrnice. Rychlost přenášených dat určuje řídící frekvence, v jejímž taktu pulzují sběrnicí data. Frekvence mikroprocesoru je odlišná od frekvence sběrnice. Množství dat-přenosová rychlost, je pak dána šířkou a rychlostí (frekvencí) sběrnice.

            Sběrnice fungují ve dvou režimech:

·         Multimastering

            -provoz sběrnice řídí některá z rozšiřujících karet. Výhodou je, že karta udělá kus práce za mikroprocesor. Tento režim se také využívá v případě komunikace dvou periferií.

·         režim burst

            -tento režim sdruží data směřující na stejnou adresu a přenese je najednou-tím se přenos dat zrychlí.

Typy sběrnic

PC bus

            Sběrnice PC bus byla navržena a vyrobena firmou IBM pro první počítače IBM PC a IBM PC/XT založené na procesoru 8088. Tento procesor byl vnitřně 16bitový a měl 8bitovou datovou sběrnici. PC bus byla navržena tak, aby využívala jeho možností. Tato sběrnice poskytuje 62 linek, z nichž 8 slouží pro přenos dat. To znamená, že má šířku přenosu dat 8 bitů. Protože šířka přenosu je 8 bitů, jsou tyto sloty také označovány jako osmibitové sloty.

ISA(At-Bus)

S postupujícím vývojem počítačů bylo zřejmé, že sběrnice PC bus již svými možnostmi nedostačuje a může degradovat výkon celého počítače. S příchodem procesoru 80286 se tedy objevuje nový typ sběrnice označovaný jako ISA (Industry Standard Architecture). Tento typ rozšiřující sběrnice je vyroben s 16bitovou datovou sběrnicí a 24bitovou adresovou sběrnicí. Sběrnice ISA je podobně jako PC bus navržena tak, aby plně odpovídala možnostem procesoru 80286. ISA dodržuje plnou zpětnou kompatibilitu s předešlou sběrnicí PC bus. To znamená, že uživatel může používat přídavných karet určených pro PC bus i v počítači se sběrnicí ISA. Kompatibility je dosaženo tak, že stará 62 vodičová sběrnice se rozšířila o dalších 36 vodičů a odpovídající slot se rozšířil o další konektor umístěný v jedné řadě hned za starším 8bitovým slotem pro PC bus. Takto vznikl nový 16bitový slot, který je umístěn na sběrnici ISA. Sběrnice ISA byla používána u většiny počítačů s procesorem 80286, 80386 a u starších počítačů s procesorem 80486. Vzhledem k velkému množství přídavných karet, které jsou vyrobeny pro tuto sběrnici, je ISA používána společně s jiným typem sběrnice i v dnešních nejmodernějších počítačích.

MCA (MicroChannel)

Sběrnice MCA (MicroChannel Architecture) je novým typem sběrnice, který byl vyvinutý pro novou řadu počítačů firmy IBM s označením IBM PS/2. Hlavním cílem IBM bylo zrychlit přenos dat uvnitř počítače a snížit hladinu šumu na sběrnici. Výhodou MCA oproti ISA je možnost softwarové konfigurace přídavných desek, takže při rekonfiguraci některé z nich stačí pouze spustit konfigurační program a není nutné otevírat počítač. Tato technika se u desek pro sběrnici ISA začala využívat až později. Sběrnice MCA dovoluje i tzv.busmastering, tj. sdílené řízení sběrnice. Obrovskou nevýhodou a patrně i důvodem, proč se sběrnice MCA nerozšířila, je její nekompatibilita s ISA a to, že počítače PS/2 neměly osazenu pro zpětnou kompatibilitu i sběrnici ISA a také vysoké licenční poplatky, které požadovala firma IBM.

EISA (Extended ISA)

Sběrnice EISA (Extended Industry Standard Architecture) byla vyrobena 9 firmami (AST Research, Compaq, Epson, NEC, Olvetti, Tandy, Wyse a Zenith) jako odpověď na sběrnici MCA. Záměrem bylo poskytnout sběrnici s vyšším výkonem, ale takovou, která by byla kompatibilní se sběrnicí ISA. Sběrnice EISA byla používána zejména u počítačů s procesory 80386 a 80486, na které byla kladena větší zátěž (např. síťové servery). Vzhledem k příchodu modernějších typů sběrnic se dnes již nepoužívá.

VL bus

Tato sběrnice byla koncipována jako rozšíření sběrnice ISA. Byla vyvinuta pro procesor 80486. I přesto, že tato sběrnice byla jednoduchá a levná nedokázala odolat nástupu sběrnice PCI a dnes ji najdeme jen na starých základních deskách 08486.

PCI

Sběrnice PCI (Peripheral Component Interconnect) je zatím posledním typem sběrnice pro PC. Jedná se o rychlou sběrnici vyrobenou firmou Intel pro počítače s procesory Pentium. Avšak tato sběrnice může spolupracovat i s jinými procesory díky speciálním obvodům tzv. „mostům“ (bridges), které ji oddělují od procesorové sběrnice.

            PCI také přinesla do světa počítačů novinku ve formě standardu „Plug-and-Play“. Ten umožňuje zasunutí desky do slotu a její automatickou konfiguraci.

AGP

Sběrnice AGP (Accelerated Graphics Port) navržena firmou Intel pro další zrychlení počítače. Tato sběrnice je určena pro přímé spojení grafického adaptéru přímo s operační pamětí počítače. Využívá k tomu speciální, rychlou sběrnici, vyhrazenou pouze pro přenos obrazu. Odlehčí se tak systémové sběrnici a zvýší se rychlost dat přenášených do grafického adaptéru. Používáni AGP má několik podmínek.

1.      Základní deska musí podporovat AGP.(musí mít implementovanou vlastní AGP sběrnici)

2.      Další podmínkou je mikroprocesor-minimálně Pentium II

3.      S AGP si musí rozumět i operační systém-minimum je Windows 95

Přerušení IRQ

Druhou možností jak procesor komunikuje s okolím je systém přerušení. Přerušení je signál, který k mikroprocesoru vyšle některé hardwarové zařízení nebo program. Tento signál má mikroprocesor upozornit na to, že zařízení, které signál vyslalo vyžaduje jeho obsluhu. CPU přeruší svou dosavadní činnost a zavede obslužný program, který přerušení vyřídí. Klasickým příkladem je stisk klávesy. Kdyby nebyl tento sytém zaveden, byla by velká pravděpodobnost, že procesor zaměstnán jinou činností zaregistruje stisk této klávesy, ale při stisku jiné klávesy na předchozí zapomene. Pro zpracování přerušení je určen speciální obvod. Je často integrován do jednoho pouzdra s řadičem DNA. Každá periferie má přiřazen svůj přerušovací kanál a každý kanál má svou prioritu.

Dvě periferie nesmí používat jeden kanál!

DMA

V tomto režimu práce, jsou relativně rychle přenášena data z mikroprocesoru do operační paměti a periferií. Největší výhodou je to, že přenos řídí řadič DMA(integrován ve sběrnici), čímž se velice ulehčí mikroprocesoru. V PC se používá 8 kanálů DMA.

Dvě periferie nesmí používat jeden kanál!

Rozhraní PC-interface

K používání počítače potřebujeme některá vnější zařízení jako tiskárna, myš, monitor atd. Pro připojení těchto zařízení má počítač normovaná komunikační rozhraní. Ty popisují způsob přenosu dat a tvar konektorů.

Nejstarší komunikační rozhraní je sériové(zde proudí bity jednoho slova jeden za druhým) a paralelní(zde proudí bity slova současně).

Paralelní rozhraní Centronics

Toto rozhraní, bylo určené pro připojení tiskáren a proto bylo původně pouze jednosměrným rozhraním. V roce 1994 se však dočkal výrazné inovace v podobě normy IEEE 1284, jejíž hlavní novinkou byla obousměrnost-tedy i z tiskárny do počítače, což umožnilo automatické nastavování tiskárny. Toto rozhraní může mít několik režimů užívání.

Sériové rozhraní - RS 232

         Nejstarší rozhraní na zývaná též V.24. Protože přenáší data sériově(bit za bitem) je pomalejší než paralelní rozhraní. Je však univerzálnější-pracuje s ním většina zařízení. Používá konektor typu Canon(25 nebo 9 pólový).

            Provoz je řízen rozhraním s obvodem UART(Universal Asynchronous Receiver Transceiver)

PS/2

Konektor použitý firmou IBM u počítačů řady PS/2. U nových PC se přes měj připojuje myš nebo klávesnice-ušetří se tak jeden sériový port. Potřebuje ke své práci přerušení IRQ 12.

PCMCIA

            Rozhraní PCMCIA bylo vyvinuto sdružením výrobců, jako standart pro připojování periferií k notebookům. Jedná se o periferie velikosti kreditních karet v nichž jsou zabudovány modemy, síťové karty..Hlavní výhodou je rychlé připojení nových periferií bez otevírání počítače a také, že karty je možno vyměňovat za chodu počítače.

PC-karta

            Zdokonalení PCMCIA. Hlavním vylepšením je podpora DMA a celkové zvýšení přenosové rychlosti.

Univerzální sériová sběrnice USB(Universal Seril Bus)

            USB je vlastně externí sběrnicí počítače. Umožňuje připojení až 127 různých zařízení (myš, tiskárny, klávesnice..) pomocí jednoho konektoru. Zároveň poskytuje těmto zařízení napájecí napětí a také zařizuje správné přiřazení prostředků IRQ a DMA. Zařízení se mohou připojovat za chodu počítače a sběrnice používá tři rychlosti přenosu pro pomalá a rychlá zařízení.

            USB má topologickou strukturu podobnou pyramidě na jejímž vrcholu stojí hostitel (integrovaný do základní desky počítače), který řídí podřízená zařízení. Z počítače vede jen jediný kabel, který se dál větví.

Rozhraní on-board

            Většina rozhraní je dnes již integrována na základní desce. Ze základní desky vedou většinou 2 sériové konektory, jeden paralelní, 2 konektory PS/2(myš a klávesnice), a 2 a více zdířek USB.