10.1. Локальная системная шина
Быстродействие ШР первых IBMPC(8 МГц) вполне соответствовало быстродействию процессораI8088, на базе которого они были построены. Между тем для оптимизации процесса обмена между ОП и МП разработчики пошли на усложнение структуры РС и ввели две добавочные шины –шину процессораишину памяти. Таким образом, обмен внутри ядра ЭВМ (т.е. между ОП и МП) осуществлялся не по ШР, а по автономной магистрали, состоящей из двух шин, которую некоторые авторы называютлокальной системной шиной. Этот термин будет использоваться при дальнейшем изложении материала. Взаимодействие шины процессора и шины памяти, а также их взаимодействие с ШР осуществлялось через набор специализированных микросхем (чипсет), которые условно можно назватьконтроллером шины. Очень упрощенная структура шин первыхIBMPCприведена на рис. 10.1.
Шина процессора является самой быстродействующей и предназначается для передачи данных, команд, адресов и сигналов управления между МП и контроллером шины, который связывает ее с ОП и ШР. Шина процессора первых IBMPCработала на той же тактовой частоте, что и процессор, поэтому слово данных или адрес могли быть переданы по ней в течение одного – двух периодов тактовой частоты процессора (в современных РС тактовая частота шины процессора всегда ниже тактовой частоты процессора). К этой же шине подключался внешний кэш, что позволяло вести обмен процессор – кэш с максимальной скоростью. Число физических цепей в шине процессора существенно различно для различных поколений процессоров. Так, в компьютере с процессоромI80286 шина процессора имела 24 линии адреса, 16 линий данных и 12 линий сигналов управления, а в компьютере с процессоромPentiumбыло уже 32 линии адреса, 64 линии данных и почти в три раза больше сигналов линий управления.
Скорость передачи данных по шине процессора (как и по любой другой шине) определяется произведением разрядности шины на тактовую частоту шины, деленному на число тактов, необходимое для передачи одного бита. Так, для первых моделей процессора Pentiumс тактовой частотой 66 МГц, совпадающей с тактовой частотой шины процессора, максимальная скорость передачи данных составляет
66 МГц 64 бита = 4224 Мбит/с4224 Мбит/с : 8 = 528 Мбайт/с.
При этом предполагается, что передача машинного слова происходит за один период тактовой частоты шины. Эта скорость передачи данных называется пропускной способностью шиныи является максимальной. Она всегда выше средней рабочей производительности шины примерно на 25%. Таким образом, для рассмотренного примера средняя рабочая производительность шины будет составлять около 400 Мбайт/с.
Шина памяти предназначена для передачи информации между ОП и МП, а также ОП и ПУ в режиме ПДП. Информация по шине памяти передается с существенно меньшей скоростью, чем по шине процессора. Это связано с тем, что шина памяти содержит меньше линий данных. Их число определяется шириной выборки. Кроме того, как уже отмечалось, быстродействие микросхем памяти всегда отстает от быстродействия процессора, поэтому процесс передачи информации по шинам памяти и процессора (т.е. по локальной системной шине) требует обязательной синхронизации, которая осуществляется контроллером шины. Уже в первых моделях IBMPCОП выполнялась в виде отдельных модулей (SIMM), которые размещались в специальных слотах, расположенных на шине памяти, аналогично слотам на ШР. Этот принцип сохранен и в современных PC, хотя сами слоты и модули памяти (DIMM) несколько видоизменились.