3 Задание

3.1 Составить таблицу «Виды адресации» с указанием названия вида и способа получения адреса.

3.2 Определить какие виды адресации применяются в командах Ассемблера (таблица 11.1).

Таблица 11.1 – Таблица вариантов

Вариант	Задание
1	MOV AX,356	STOS	POP DX	CALL PROG
2	ADD AX, DX	TEST AL, 00011000h	JMP MET	LODSB
3	MUL 5	PUSH BX	SHL AL,1	JZ 1
4	SUB DL, AL	NOT AL	MOVS	JB L5
5	DIV BL	CMP AX, DX	CMPS	POP CX
6	MOV CX, DX	OR BL, AL	JA B	SCAS
7	MUL DX	STOSB	PUSH AX	LOOP MET
8	ADD DL, 1	AND CL, 11110000h	LODS	JNG AX
9	INC BH	RET	CMP AX,0	MOVSB
10	DEC CX	XOR AL, AL	SCASB	JL A

Примечание: в команде могут использоваться несколько видов адресации.

4 Контрольные вопросы

4.1 Чем отличаются неявная и непосредственная адресации?

4.2 Чем отличаются прямая регистровая и косвенная регистровая адресации?

4.3 Какая адресация используется для организации циклов?

4.4 Какая адресация используется при выполнении команд условных переходов и вызовов подпрограмм?

4.5 Для чего была введена страничная адресация?

4.6 Перечислите области использования виртуальной адресации.

5 Содержание отчета

5.1 Наименование работы

5.2 Цель работы

5.3 Задание

5.4 Необходимые рисунки и таблицы

5.5 Выводы по работе

5.6 Ответы на контрольные вопросы

6 Список литературы

6.1 Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2008.

6.2 Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2008.

Практическое занятие 12

Изучение внутренних интерфейсных шин ПК

1 Цель работы

1.1 Изучить виды, характеристики и назначение внутренних шин ПК

2 Пояснение к работе

2.1 Краткие теоретические сведения

Шины персонального компьютера делятся на внутренние (local bus) и внешние (external bus). Первые разработаны для подключения внутренних устройств, таких как видеоадаптеры и звуковые платы, а вторые предназначались для подключения внешних устройств, например, сканеров. К внутренним шинам ПК относятся следующие шины.

2.1.1 ISA (Industry Standard Architecture)

8-ми или 16-ти разрядная шина ввода/вывода. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA. Конструктивно выполняется в виде 62-х или 98-контактного разъёма на материнской плате.

Впервые шина ISA появилась на компьютерах IBM PC/XT в 1981 году. Это была 8-разрядная шина с частотой до 8 МГц и скоростью передачи данных до 4 МБайт/с. Разъём состоял из 62 контактов, из которых 8 использовалось для данных, 20 — для адреса, остальные — для управляющих сигналов, а также подачи напряжений питания (земля, +5 В, –5 В, +12 В и –12 В).

В 1984 году шина была усовершенствована. Была удвоена разрядность данных (что повлекло удвоение пропускной способности) и добавлены четыре разряда адреса; кроме того, увеличилось число линий запросов прерываний и запросов прямого доступа к памяти. Кроме того, в 16-разрядной шине ISA любое подключенное к ней устройство могло инициировать операцию обмена данными (в 8-разрядной шине это мог делать только процессор и контроллер DMA). Для подключения 16-разрядных устройств используются разъёмы, состоящие из двух частей: полностью совместимой с 8-разрядной шиной 62-контактной и новой 36-контактной.

Интерфейс ISA был основным на устаревших системах AT. В новых корпусах ATX, выпускаемых с 1997 года, этот интерфейс часто отсутствует, а с начала века не интегрируется вовсе.

2.1.1 EISA (Extended Industry Standard Architecture)

Была анонсирована в конце 1988 группой производителей IBM-совместимых компьютеров в ответ на введение фирмой IBM закрытой шины MCA в компьютерах серии PS/2.

EISA расширяет распространённую шину ISA до 32 разрядов и позволяет подключать к шине более одного ЦПУ. Адресное пространство, по сравнению с ISA, увеличено до 4 ГБ.

Хотя шина EISA менее совершенна, чем MCA, она была принята многими производителями, так как шина MCA являлась закрытой и все права на неё принадлежали IBM. Использование шины EISA было дорогостоящим (хотя и дешевле MCA), так что EISA не получила распространения в персональных компьютерах. Однако, она получила распространение в серверах, так как была приспособлена для задач, требующих большой пропускной способности шины.

Пиковая пропускная способность (при обмене 32 разрядными словами) около 32 МБ/с. Типичная пропускная способность (при обмене 32 разрядными словами) около 20 МБ/с.

2.1.3 VESA local bus (VL-Bus или VLB)

Тип локальной шины, разработанный в 1992 г. ассоциацией VESA.

Шина VLB, по существу, является расширением внутренней шины МП для связи с видеоадаптером и реже с контроллером HDD. Реальная скорость передачи данных по VLB — 80 Мбайт/с (теоретически достижимая — 132 Мбайт/с).

Слот VLB был расширением шины ISA. Поэтому карты для шины ISA могли вставляться в слот VLB и работать. Это делало разъем довольно длинным. Дополнительная часть VLB разъема была окрашена в светло-коричневый цвет. Вероятно, большие габариты послужили одной из причин гибели стандарта. Несмотря на большое количество оборудования, в основном промышленного, требовавшего обратной совместимости, в конкурентной борьбе победила шина PCI.

Еще одним недостатком VLB являлась большая электрическая нагрузка на процессор. Это не позволяло подключать более 3 плат расширения.

2.1.4 PCI (Peripheral component interconnect – взаимосвязь периферийных компонентов)

В 1992 году появляется первая версия шины PCI, Intel объявляет, что стандарт шины будет открытым. Благодаря этому, любой заинтересованный разработчик получает возможность создавать устройства для шины PCI без необходимости приобретения лицензии.

Первая версия шины имела тактовую частоту 33 МГц, могла быть 32 или 64 битной, а устройства могли работать с сигналами в 5 В или 3,3 В. Теоретически, пропускная способность шины 133 Мбайт/с, однако в реальности пропускная способность составляла около 80 Мбайт/с.

В 1995 году появляется версия PCI 2.1, которая обеспечила передачу данных по шине с частотой 66 МГц и максимальную скорость передачи в 533 Мбайт/с (для 64-битного варианта с частотой 66 МГц). Кроме того, эта шина уже была поддержана на уровне ОС Windows 95. Версия шины PCI 2.1 оказалась настолько популярной, что вскоре уже она была перенесена на платформы с процессорами Alpha, MIPS, PowerPC, SPARC и др.

В 1997 году, в связи с развитием компьютерной графики, шина PCI перестала удовлетворять новым, повышенным требованием к видеокартам и перестала использоваться для установки видеокарт.

В настоящее время интерфейс PCI постепенно вытесняется интерфейсами PCI Express и HyperTransport. На современные материнские платы устанавливается всего лишь 2-3 разъёма PCI вместо 5-6, устанавливавшихся ранее.

2.1.5 AGP (Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт)

Разработанная в 1997 году компанией Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты. Основной задачей разработчиков было увеличение производительности и уменьшение стоимости видеокарты, за счёт уменьшения количества встроенной видеопамяти.

Её отличия от шины PCI:

- работа на тактовой частоте 66 МГц;

- увеличенная пропускная способность 266 МБ/с в режиме 1х;

- разделение запросов на операцию и передачу данных;

- возможность использования видеокарт с большим энергопотреблением, нежели PCI.

Передача данных из основной памяти в видеопамять карты осуществляется в два этапа, сначала передаётся 64-битный адрес, откуда данные нужно считать, затем идут сами данные. Шина AGP предусматривает два варианта передачи,

1. совместим с шиной PCI — запросы данных и адреса происходят по одному каналу;

2. в режиме SBA (Sideband Addressing), по отдельной боковой шине, таким образом, можно посылать запросы на новые данные, не дожидаясь получения предыдущих.

На данный момент материнские платы со слотами AGP практически не выпускаются; стандарт AGP был повсеместно вытеснен на рынке более быстрым PCI Express.

2.1.6 HyperTransport (HT), ранее известная как Lightning Data Transport (LDT)

Это двунаправленная последовательно/параллельная компьютерная шина, с высокой пропускной способностью и малыми задержками. Разработана в 2001 г.

HyperTransport работает на частотах от 200 МГц до 3,2 ГГц. Кроме того, данные посылаются как по переднему, так и по заднему фронтам сигнала синхронизации, что позволяет осуществлять до 5200 миллионов посылок в секунду при частоте сигнала синхронизации 2,6 ГГц.

HyperTransport поддерживает автоматическое определение ширины шины, от 2-х до 32 бит. Полноразмерная, полноскоростная, 32-битная шина в двунаправленном режиме способна обеспечить пропускную способность до 41 600 Мбайт/с, являясь, таким образом, самой быстрой шиной среди себе подобных. Шина может быть использована как в подсистемах с высокими требованиями к пропускной способности (оперативная память и ЦПУ), так и в подсистемах с низкими требованиями (периферийные устройства).

Шина HyperTransport основана на передаче пакетов. Каждый пакет состоит из 32-разрядных слов, вне зависимости от физической ширины шины (количества информационных линий).

Шина HyperTransport нашла широкое применение, в основном, в качестве замены шины процессора. Для примера, к процессору Pentium нельзя напрямую подключать устройства с шиной PCI, так как этот процессор использует свою специализированную шину (которая может быть различной у разных поколений процессоров). Для подключения дополнительных устройств в таких системах необходимы дополнительные устройства для сопряжения шины процессора с шиной периферийных устройств (мосты). Данные адаптеры обычно включают в специализированные наборы системной логики, называемые северный мост и южный мост.

Процессоры разных производителей могут использовать разные шины, а значит для них нужны разные мосты для соединения шины процессора с периферийными шинами. Компьютеры, использующие шину HyperTransport более универсальны и просты, а также более производительны. Однажды разработанный мост PCI-HyperTransport позволяет взаимодействовать любому процессору, поддерживающему шину HyperTransport и любому устройству шины PCI.

Другое применение HyperTransport – в многопроцессорных компьютерах.

HyperTransport так же может быть использована в маршрутизаторах и коммутаторах. Коммутаторы и маршрутизаторы могут иметь множество портов, данные между которыми должны передаваться как можно быстрее.

2.1.7 PCI Express (PCIe или PCI-E)

Компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения.

Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое lane; это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной двунаправленной шине.

На электрическом уровне каждое соединение использует низковольтную дифференциальную передачу сигнала (LVDS), приём и передача информации производится каждым устройством PCI Express по отдельным двум проводникам, таким образом, в простейшем случае, устройство подключается к коммутатору PCI Express всего лишь четырьмя проводниками.

Пиковая пропускная способность в режиме 1х – 1 Гбайт/с.

Шиной PCI Express поддерживается:

- горячая замена карт;

- управление энергопотреблением;

- контроль целостности передаваемых данных.

3 Задание

Составить таблицу «Внутренние шины ПК» с указанием названия шины, ее характеристик (разрядность, пропускная способность) и назначения.

4 Контрольные вопросы

4.1 Чем отличаются шины ISA и EISA?

4.2 В чем достоинства и недостатки шины VLB?

4.3 Для подключения каких устройств используется шина PCI?

4.4 В чем преимущества шины AGP перед шиной PCI?

4.5 Перечислите ключевые особенности шины HyperTransport.

4.6 Чем отличаются шины PCI и PCI Express? Какой метод передачи сигналов использует шина PCI Express?

5 Содержание отчета

5.1 Наименование работы

5.2 Цель работы

5.3 Задание

5.4 Необходимые таблицы

5.5 Выводы по работе

5.6 Ответы на контрольные вопросы

6 Список литературы

6.1 Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2008.

6.2 Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2008.