CHƯƠNG 8: THIẾT BỊ NGOẠI VI VÀ GHÉP NỐI
8.4. Kết nối truyền thông và ghép nối máy tính
8.4.2. Một số chuẩn bus trong máy tính
Trong mục 8.4.1. ở trên, ta đã tìm hiểu một số kiến thức cơ bản về hệ thống bus trong máy tính. Trong phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu cụ thể hơn các chuẩn bus có trong một máy tính.
Chuẩn ISA
Ra đời vào năm 1981 trong một dự án của IBM dành cho các máy tính 16/8 bit.
Ban đầu chuẩn ISA được xây dựng là hệ thống 8 bit. Theo nhu cầu phát triển, chuẩn ISA 16 bit được giới thiệu vào năm 1984. Tốc độ xung nhịp hoạt động trong ISA 8 bit thường là 4,77MHz còn đối với chuẩn ISA 16 bit là 6MHz rồi nhanh chóng tăng tốc độ lên 8MHz.
Chuẩn ISA thường được sử dụng để kết nối các card ngoại vi với mainboard như card đồ họa hoặc card âm thanh. Một số modem trong thời gian đầu cũng được kết nối với máy tính thông qua khe cắm ISA này. Số lượng thiết bị tối đa kết nối với hệ thống là 6 thiết bị
Hình 8.20 mô tả cấu trúc các chân tín hiệu của ISA 8 bit và cấu trúc ISA 16 bit
Hình 8.20. Cấu trúc ISA 8 bit và ISA 16 bit
Các tín hiệu của chuẩn ISA
Chuẩn MCA
MCA – Micro Channel Architecture là chuẩn kết nối do IBM phát triển từ năm 1987 cho các máy tính PS/2. Tồn tại một thời gian khá dài, hiện nay chuẩn MCA có thể được tìm thấy trong một số máy mainframe như PS/2, RS/6000 hay Á/400 hoặc System/370. Chuẩn MCA cũng có dạng 16 bit và cả dạng 32 bit. Sơ đồ chân của chuẩn này được thể hiện trên hình 8.21. dưới đây
Hình 8.21. Sơ đồ chân chuẩn MCA 16 và 32 bit
Bus EISA (Extended ISA)
Chuẩn này ra đời nhằm mở rộng cấu trúc ISA để hỗ trợ ngoại vi 32 bit với tốc độ truyền dữ liệu cao hơn. Do cạnh tranh với MCA, khe cắm có 2 nấc : nấc trên có tiếp điểm hoàn toàn tương thích với ISA nên có thể sử dụng card ISA để cắm vào khe cắm đó. Nấc dưới cho phép cắm các card EISA 32 bit. Chuẩn EISA có tốc độ xung nhịp 8,33 MHz nhưng do làm việc với số liệu 32 bit nên tốc độ truyền tải tối đa ở đây lên tới 33,32 MB/s và bus có thể địa chỉ hóa được bộ nhớ có dung lượng 4 GB. Hình 8.22. mô tả sơ đồ chân của EISA
Bus cục bộ VL – VESA Local
Nhược điểm chính của các bus ISA, EISA là gặp phải hiệu ứng “nghẹt cổ chai”
làm lãng phí thời gian xử lý của các vi xử lý tốc độ cao hơn khi làm việc với các bus tốc độ thấp, như vậy làm giảm hiệu xuất của toàn bộ hệ thống. Do vậy, hiệp hội VESA (Video Electronic Standard Association) đã phát triển bus cục bộ VESA cho phép các card ghép nối từ vi xử lý tới bản mạch video tốc độ nhanh có thể hoạt động được. Bus VL hỗ trợ cả các thiết bị 32 lẫn 64 bit với tần số xung nhịp lên tới 50MHz nhưng chỉ tần số 33 MHz với thiết bị 32 bit là tối ưu với băng thông cực đại là 107MB/s. Vì lý do đó, chuẩn này trở nên hạn chế khi tốc độ các bus cục bộ quá 33MHz hoặc trên 100MHz. Hình 8.23. mô tả sơ đồ chân của VL bus
PCI bus (Peripheral Component Interconection)
Chuẩn liên kết nối các thành phần ngoại vi PCI là chuẩn bus vào/ra được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Bus PCI cung cấp một đường dữ liệu chia sẻ ngay giữa vi xử lý và các bộ điều khiển ngoại vi trong tất cả các máy tính xách tay đến máy tính lớn
Bus PCI ra đời năm 1993, được thiết kế bởi công ty Intel, Compaq và Digital.
Hình 8.22. Sơ đồ chân của EISA
Hình 8.23. VESA Local bus
Bus PCI cùng tồn tại trên mainboard cùng với bus ISA trong nhiều năm. Do yêu cầu truyền tốc độ cao và giảm kích thước các bản mạch ghép nối PCI nên các khe cắm PCI không thể tương thích với các khe cắm ISA hay EISA. Tần số làm việc của PCI là 33MHz hay 66MHz, hỗ trợ các đường truyền dữ liệu 32 hay 64 bit. Trên bản mạch chính ngày nay tồn tại từ 3 đến 5 khe PCI kết nối với bộ vi xử lý qua một chip đặc biệt gọi là cầu PCI. Hình 8.24 mô tả sơ đồ chân của khe cắm bus PCI.
Ứng dụng chủ yếu của khe cắm PCI là để cắm các card xử lý ầm thanh, đồ họa, mạng kết nối LAN hay các modem gắn trong.
Hình 8.24. PCI bus AGP bus
Khe cắm tăng tốc độ hiển thị đồ họa AGP có cấu trúc vật lý giống PCI. Nó làm việc tương tự PCI và được coi là một thiết bị PCI nhưng tốc độ nhanh gấp đôi PCI. Card AGP có khả năng truy cập trực tiếp bộ nhớ và bus AGP phù hợp cho việc hiển thị 3 chiều vì nó dùng bộ nhớ chính để lưu trữ dữ liệu vê bóng, trục z, nguồn sáng.
AGP có một số loại được phân loại theo băng thông
AGP Độ rộng bus Tần số làm việc Số dữ liệu truyền 1 xung nhịp
Băng thông
1x 32 bit 66MHz 1 266 MBps
2x 32 bit 66MHz 2 533 MBps
4x 32 bit 66MHz 4 1066 MBps
8x 32 bit 66MHz 8 2133 MBps
Điện áp làm việc của AGP là 1.5V hoặc 3.3V tùy loại. Sơ đồ chân được thể hiện trên hình 8.25
Hình 8.25. Sơ đồ chân của AGP
PCI Express
PCI và PCI express (PCIe) khác biệt cơ bản trên giao thức ghép nối tiếp serial.
PCIe là kiểu kết nối điểm-điểm theo 2 chiều với băng thông giống nhau và không chia sẻ cho các thiết bị khác. Do đó có thể tăng băng thông khi tăng số
đường truyền nối tiếp. Hiện tại có 5 kiểu khe cắm cho PCIe. PCIe x 16 có băng thông đến 8GB/s đáp ứng nhu cầu đồ họa ngày càng tăng
Ngày nay, một mainboard có thể cung cấp đến 20 đường PCI, thông thường sẽ có 1 PCI x 16 và 4 PCI x 1 để thay thế cho các khe cắm PCI thông thường