Современные ПВВ

Преимущества ПВВ перед внешними УВВ, подключаемыми к СОМ, LPT и USB, состоят в более высоких скоростях обмена данными вследствие коротких линий связи, более тесной интеграции в систему и др. Наибольшее число современных ПВВ обладают PCI (Peripheral Component Interconnect) -интерфейсом. Популярность PCI в качестве интерфейса для УВВ объясняется широким применением данной шины в офисных компьютерах и, соответственно, огромным количеством как системного, так и прикладного ПО. Кроме того, стандарт PCI не зависит от платформы (x86, PowerPC, Alpha, MIPS). Шина работает на частоте 33 и 66 МГц, при этом разрядность данных может составлять 32 или 64 бита (определяется чипсетом системной платы). Следовательно, теоретически максимальная пропускная способность, например, 32-битной шины при частоте синхронизации 66 МГц составляет 264 Мбайт/с. Такая скорость передачи данных реализуется при передачи бесконечно большого пакета данных от устройства или к устройству при условии, что оно отвечает на транзакции (операции обращения к памяти или пространству ввода-вывода) шины без тактов ожидания и шину не захватывают другие устройства системы. Естественно, на практике таких ситуаций не бывает, поэтому реальная пропускная способность шины значительно ниже. Добиться организации аппаратурой пакетных транзакций (поддержка требуется и в устройстве) удается далеко не всегда, особенно при программировании на языках высокого уровня, и большая часть передач данных будет одиночной. Присутствие большого количества одиночных передач данных определяется также спецификой АСУ, где одной из самых распространенных подзадач является анализ каждого отсчета данных и немедленное формирование управляющих воздействий. Любая транзакция, одиночная или пакетная, содержит дополнительно три такта шины при чтении и один при записи. Таким образом, рассматривая пример 32-битной шины с частотой синхронизации 66 МГц, можно посчитать опять же теоретическую пропускную способность шины при осуществлении транзакций определенной длины. Так, одиночная транзакция чтения будет выполняться за 60 нс, записи – за 30 нс, следовательно, в этом случае скорость чтения будет составлять 66 Мбайт/с, записи – 132 Мбайт/с. Кроме того, каждой транзакции предшествует несколько этапов, на которых также может возникать ряд задержек, связанных с получением права управления шиной, задержкой между сигналами. Суммарная задержка может достигать 258 тактов шины, а в случае применения мостов PCI эта задержка умножается на число дополнительных мостов. В современных чипсетах системных плат шина ISA, порты COM, LPT и другие интерфейсы подключаются к шине PCI через дополнительный мост, следовательно, к собственным задержкам этих интерфейсов добавляются возможные задержки PCI. PCI поддерживает только АПДП (BusMastering или прямое управление шиной) со стороны устройств, называемых ведущими. Уровень возможностей при этом также зависит от устройства. В простейшем случае УВВ обеспечивает пересылку блоков данных в системную память или в обратном направлении по указанию ЦП, более сложные УВВ, обладающие собственным mC, способны выполнять подобные обмены самостоятельно – по программе своего mC.

Устаревая в офисных компьютерах, шина ISA (Industry Standard Architecture) и ее промышленные аналоги не теряют своей популярности в промышленных системах. Основная причина такого явления заключается в том, что характеристики ISA полностью удовлетворяют требованиям задач промышленности: не слишком высокие скорости обмена данными, преобладание одиночных операций чтения/записи над пакетными и т.п. Кроме того, существует огромное количество ISA-плат ввода-вывода, выпущенных во времена расцвета шины, ее относительная простота и низкая стоимость. Функционируя на частоте 8 МГц, шина может быть 8- и 16-разрядной. Карты ISA-8 можно вставлять в слоты ISA-16. В большинстве случаев передачи по шине выполняются за два такта (если позволяет быстродействие устройства). На шине ISA также возможны задержки, например, в случае обмена другого устройства с памятью в режиме ПДП (ISA-8 поддерживает только пассивный ПДП; в ISA-16–системе возможно прямое управление шиной). Например, в чисто ISA-системе (8-разрядная шина, XT/4,7 МГц) – до 2,7 мкс. Таким образом, как и в случае с PCI, временные характеристики системы существенно зависят от ее конфигурации, от того, какие еще устройства и как используются в системе.

Портативные компьютеры также имеют свои стандарты на карты расширения, которые могут быть и УВВ аналоговых и цифровых сигналов. Первый стандарт назывался PCMCIA. В дальнейшем появился стандарт PC Card и интерфейс CardBus. Данные стандарты определяют один и тот же разъем и поддерживают несколько интерфейсов. Тип интерфейса определяется при установке карты в слот, который должен поддерживать требуемый интерфейс. Для УВВ это интерфейс ввода-вывода (пропускная способность составляет 3,92/7,84 Мбайт/с для 8-/16-битных обращений) и интерфейс CardBus, имеющий тот же протокол обмена, что и PCI, но с некоторыми упрощениями. УВВ, предназначенные для портативных компьютеров, можно подключать к PC посредством специальных плат расширения, сигналы с которых выводятся на соответствующие слоты, устанавливаемые на передней панели PC. ПВВ для персональных компьютеров подключаются к портативным посредством специального устройства Docking Station.