Эволюция шины расширений

Андрей Петухов

Xakep Железо, номер #003, стр. 003-060-1

В прошлом номере мы вспоминали историю развития процессора - мозга твоего компьютера. В этом же номере я расскажу тебе об эволюции шины расширений – позвоночнике компьютера (точнее, об одном из его участков).

Почему позвоночник? Все просто, шина расширений позволяет устройствам ввода-вывода связаться с центральным процессором и памятью. Все периферийные устройства в компьютере обмениваются информацией с процессором и памятью как раз через шину расширений. Каждое устройство имеет контроллер (например, контроллер жестких дисков) или адаптер (микросхему, которая управляет устройством), именно через этот контроллер устройство связано с шиной. Естественно контроллеры обмениваются с шиной информацией по определенному протоколу и с определенной скоростью. Поскольку назначение шины расширений со временем не меняется, я расскажу тебе об эволюции протоколов и стандартов, с которыми работают разные устройства, подключаемые к ней.

Шина - один из важнейших элементов любого компьютера, именно от нее зависят основные характеристики производительности системы в целом. Если шина будет слишком медленной, то какой бы быстрый процессор мы не ставили, информация до него будет доходить с задержкой, различные устройства (например, CD-ROM, копирующий файлы на жесткий диск) не смогут быстро передавать информацию - все будет тормозить. Шина расширений входит в состав материнской платы компьютера вместе с другими шинами, управляющими электроникой и контроллерами некоторых устройств (например, HDD).

Иерархия шин

Почему мы говорим здесь именно «шина расширений» а не «системная шина», как многие привыкли ее называть? Дело в том, что в компьютере присутствует большое количество шин, которые можно назвать «системными шинами», так как они интегрированы в материнскую плату, но они не являются шинами расширений.

Итак, основной шиной является высокоскоростная шина процессора, или Local bus, которая связывает CPU с кешем и котроллером оперативной памяти. Оперативная память также имеет свою шину, которая связана через контроллер с шиной процессора. Шина процессора через мост связана с контроллером шины расширений, которая работает на значительно более низкой частоте, задаваемой через делители. И только с шиной расширений через свои контроллеры связаны периферийные устройства.

В современном ПК довольно много шин периферийных устройств (USB, FireWare и др.), работающих на разных скоростях, поэтому для оптимизации работы ПК на материнской плате реализованы два моста: северный – для высокоскоростных периферийных устройств, таких как видеоадаптер, и южный – для низкоскоростных периферийных устройств, таких как SerialATA (не удивляйся, SATA считается низкоскоростным устройством), USB, FireWare. Северный мост подключен к шине процессора, а южный - к северному мосту по специальной шине.

Зачем придумали шину

В 70-х годах, после изобретения первого микропроцессора и создания первого персонального компьютера, встал вопрос о возможностях расширения компьютера без замены материнской платы. Было решено использовать гнезда расширения, расположенные непосредственно на материнской плате, в которые подключались платы расширения. Первым компьютером, обладавшим гнездами расширения, был Apple II. Он получил большую популярность именно благодаря наличию в нем этих гнезд. Архитектура этого компьютера с незначительными изменениями легла в основу IBM PC. Такое устройство ПК, с возможностью вставлять в системный блок дополнительные платы, получило название "открытая архитектура". Благодаря открытой архитектуре сейчас мы можем выбирать видеокарту какого производителя нам покупать, через какой модем выходить в Интернет и каким звуком наслаждаться. А из-за того, что инженеры IBM подробно документировали спецификацию шины расширений и открыли свободный доступ к документации, заинтересованные фирмы получили возможность создавать собственные платы расширения, увеличивая популярность и возможности персонального компьютера.