- PC66, PC100, PC133, PC1600, PC2100, PC2400:
2. Bus mở rộng (Expansion bus)
Bus mở rộng cho phép PC liên lạc được với các thiết bị ngoại vi, các thiết bị này được cài đặt qua các khe cắm mở rộng (expansion slot). Các thơng số chính của bus mở rộng: tốc độ truyền tối đa giữa các thiết bị với nhau và giữa các thiết bị với bộ nhớ chính, số đường địa chỉ (số lượng ơ nhớ cĩ thể được truy xuất bởi 1 thiết bị), số đường ngắt cứng, ….
2.1. Bus ISA (Industry Standard Architecture)
Bus ISA dùng cho hệ thống chỉ được điều khiển bởi 1 CPU trên bảng mạch chính, tức là tất cả các chương trình và thiết bị đều chỉ được điều khiển bởi CPU đĩ. Tần số làm việc cực đại là 8.33 MHz ( tốc độ chuyển tải cực đại là 16.66 MBps với số liệu 2 bytes). Bề rộng dữ liệu là 8 hay 16 bits. ISA cĩ 24 đường địa chỉ nên quản lý được 16 MB bộ nhớ. Bus ISA tương thích 90% với bus AT.
2.2. Bus EISA và MCA
Tài liệu Cấu trúc máy tính & Hợp ngữ Bus
GV:Nguyễn Mạnh Hồng Trang 103
2.2.1. Bus EISA (Extended ISA)
Đây là chuẩn mở rộng của ISA để bố trí các dữ liệu 32 bits nhưng vẫn giữ được sự tương thích với mạch nối ghép cũ. Bus EISA cĩ 2 nấc, các tín hiệu ISA được gửi qua nấc trên và các tín hiệu phụ trợ EISA qua nấc dưới. Các đặc trưng của EISA như sau:
- Về mặt cơ khí: cĩ nhiều chân cắm hơn nhưng vẫn tương thích với ISA.
- Độ rộng dữ liệu: cĩ thể truy xuất 2 đường 8 bits (tương thích với ISA), hay 2 đường 16 bits. Do đĩ, đơn vị quản lý bus 32 bits cĩ thể chuyển tải 4 byte với bộ nhớ hoặc thiết bị ngoại vi. Điều này gĩp phần tăng tốc độ truyền tải lên khoảng 33 MBps so với 16.66 MBps của ISA.
- Độ rộng địa chỉ: ngồi 24 đường như ISA cịn thêm 8 đường bổ sung nữa, do đĩ cĩ thể định địa chỉ trong 4 GB bộ nhớ.
- Phần cứng được thiết kế theo hệ thống EISA phức tạp hơn ISA vì nĩ cũng phải thực hiện các chu kỳ bus tương thích với ISA. EISA cĩ thể thực hiện phân xử bus, nĩ cho phép vi xử lý nằm ngồi bảng mạch chính cĩ thể điều khiển tồn bộ bus. Điều này rất hiệu quả trong các hệ thống đa xử lý (multiprocessor). Hãng Intel đã phát triển 4 chip điện tử phục vụ cho bus EISA như sau:
o ISP (Intergrated system peripheral)
o BMIC (Bus master interface controller)
o EBC (EISA bus controller)
o EBB (EISA bus buffer)
2.2.2. Bus MCA (Micro Channel Architecture)
Phục vụ cho hệ thống IBM PS/2 khơng tương thích với bus ISA, cĩ thể hoạt động với 16 hay 32 bits dữ liệu. Nĩ cĩ nhiều đường dẫn hơn ISA, thiết kế phức tạp cho phép giảm bớt các nhiễu cao tần của PC tới các thiết bị xung quanh. Tốc độ truyền dữ liệu cĩ thể lên tới 160 MBps.
2.3. Bus cục bộ (Local Bus)
Nhược điểm của các bus chuẩn trên là mặc dù xung clock của CPU rất cao nhưng cũng chỉ làm việc với các ngoại vi với tốc độ truyền tải khơng quá 33MBps. Điều này khơng thể đáp ứng được tốc độ của các card đồ hoạ cắm vào khe cắm của bus mở rộng trong chế độ đồ họa. Chuẩn các bus cục bộ tạo thêm các khe cắm mở rộng nối trực tiếp vào bus cục bộ (bus nối giữa CPU và các bộ đệm). Do vậy, bus mở rộng loại này cho phép truy xuất lên trên 32 bit cũng như tận dụng được tốc độ xung clock của chính CPU, tránh được rào cản 8.33MHz của bus hệ thống. Theo hướng giải quyết này, Intel đã phát triển bus PCI và Uỷ ban VESA (Video Electronics Standards Association) đã phát triển bus VL.
Tài liệu Cấu trúc máy tính & Hợp ngữ Bus
2.3.1. Bus PCI (Peripheral Component Interconnect)
Processor-Main Memory Subsystem Audio/Video Expansion
Copro-
cessor CPU Cache Main
Memory Dram PCI Bridge PCI Bus Audio Motion Video SCSI Host Adapter Interface to Expansion Bus Lan Adapter I/O Graphics Adapter
Standard Expansion Bus
Video Ram Bus Slot Bus Slot Bus Slot Bus Slot Bus Slot
Hình 4.7 - Sơ đồ bus PCI
Bus PCI là bus của i486 trong đĩ dữ liệu và địa chỉ được gởi đi theo cách thức dồn kênh (multiplexing), các đường địa chỉ và dữ liệu được dồn chung trên các đường của PCI. Cách này tiết kiệm được số chân PCI nhưng lại hạn chế tốc độ vì phải cần 2 xung clock cho một quá trình truyền dữ liệu (1 cho địa chỉ và 1 cho dữ liệu). Việc nối giữa CPU, bộ nhớ chính, và bus PCI được thực hiện bằngcầu PCI(PCI bridge), qua đĩ bus PC sẽ phục vụ cho tất cả các đơn vị của bus PCI. Tối đa là 10 thiết bị cĩ thể được nối tới bus PCI, trong đĩ cầu PCI được coi là một. Chu kỳ bus của PCI đạt gần bằng tốc độ chu kỳ bus của i486. Nĩ cĩ thể hoạt động với độ rộng 32 bits dữ liệu và tốc độ 33MHz (cĩ thể đạt 64 bits với tốc độ 66 MHz). Một điểm mạnh của PCI là dữ liệu được truyền tải theo kiểu cụm (burst), trong đĩ địa chỉ chỉ truyền đi 1 lần, sau đĩ nĩ sẽ được hiểu ngầm bằng cách cho các đơn vị phát hoặc thu đếm lên trong mỗi xung clock. Do đĩ, bus PCI hầu như được lấp đầy bởi dữ liệu. Tốc độ truyền tối đa trong kiểu burst cĩ thể lên đến 120MBps.
2.3.2. Bus VL ( VESA local bus)
Giống như PCI, bus VL cũng phân cách giữa hệ CPU, bộ nhớ chính, và bus mở rộng chuẩn. Thơng qua bus cục bộ trên board mạch chính, nĩ cĩ thể để điều khiển tối đa 3
Tài liệu Cấu trúc máy tính & Hợp ngữ Bus
GV:Nguyễn Mạnh Hồng Trang 105
thiết bị ngoại vi. Khe cắm VL cĩ 116 tiếp điểm. Bus VL chạy với xung clock bên ngồi CPU, như vậy trong các máy DX2 thì tần số này chỉ bằng một nửa clock CPU. Về mặt logic, mỗi một thiết bị cĩ thể ở một trong hai vị trí: LMB (Local bus master) hoặc LBT (Local bus target). Bộ phận điều khiển bus cục bộ LBC (local bus controller) trên main board sẽ quyết định thiết bị nào sẽ trở thành LMB , tức là được nắm quyền điều khiển bus và cho phép nhường quyền đĩ cho thiết bị cĩ quyền ưu tiên cao hơn. Thường cĩ 3 cấp ưu tiên được sắp xếp theo thứ tự giảm dần như sau: DMA/làm tươi, CPU/đơn vị làm chủ bus (bus master) và các đơn vị làm chủ bus khác. Thiết bị nào ở vị trí LBT thì khơng cĩ khả năng làm các việc liên quan đến chuyển tải dữ liệu.
Bus VL chỉ làm việc với 32 bits, trong tương lai sẽ được mở rộng đến 64 bits.
Hệ vi xử lý CPU Co-processor Mức ưu tiên 0 Bộ điều khiển Cache Bộ điều khiển DRAM SRAM cache 1 DRAM 2 Bộ điều khiển bus VL Bộ điều khiển bus mở rộng Đơn vị 3 bus VL Bus Slot 4 Bộ nhớ chính Ghép nối Slot Hình 4.8 – Bus VL