Битираётган мутахассисларни тайёрлашнинг сифатига қўйиладиган талабларнинг кескин ошиб кетгани, мураккаб масалаларни ечишга фанлараро ёндашувнинг зарурияти

5.2. Zamonaviy kompyuterlarning shinalari va ularning
ishlash tamoillari

Kompyuter texnikasi va texnologiyalarining rivojlanishi davomida, keng va ko‘p vaqtlar davomida qo‘llanib kelingan, hamda hozirda ham keng qo‘llanilib kelayotgan shinalar sifatida quyidagilarni sanab o‘tish mumkin: Omnibus (PDP-8), Unibus (PDP-11), Multibus (8086), IBM PC (PC/XT), ISA (PC/AT), EISA (80386), MicroChannel (PC/2), PCI (turli xildagi shaxsiy kompyuterlarda), SCSI (turli xildagi shaxsiy kompyuterlarda va ishchi stansiyalarda), Nubus (Macintosh), Universal Serial Bus (zamonaviy shaxsiy kompyuterlarda), Fire Wire (maishiy elektronika qurilmalarida), VME (fizika xonalaridagi qurilmalarda) va Samas (yuqori energiyalar fizikasi qurilmalarida). Ushbu o‘quv qo‘llanmada ISA, PCI, PCI Express va USB shinalariga oid ma’lumotlar keltirilgan. Avval ta’kidlaganimizdek, zamonaviy kompyuterlarda ma’lumotlarni parallel va ketma-ket tarzda uzatuvchi shinalardan foydalanilmoqda [1,2,26].

Ma’lumotlarni parallel tarzda uzatuvchi shinalar:
- boshqarish signallari uchun mo‘ljallangan liniyalar (chiziqlar);
- adreslar uchun mo‘ljallangan liniyalar;
- ma’lumotlar uchun mo‘ljallangan liniyalardan iborat bo‘ladi (5.7-rasm).
Shinaga ulangan biron-bir qurilma, masalan - protsessor, boshqa bir qurilmadan, masalan - asosiy xotiradan, ma’lumot olishi (yoki unga uzatishi) uchun, avval boshqarish signallari yordamida uni ogohlantiradi. Protsessor asosiy xotiradan ma’lumotlarni o‘qimoqchi bo‘lsa, MREQ (xotiraga murojaat qilish) va RD (xotiradan o‘qish) kabi boshqarish signallari bilan unga murojaat qiladi. Ushbu signallardan so‘ng, xotiraning o‘qilishi kerak bo‘lgan adresi, shina orqali unga uzatiladi. Adresni uzatish parallel tarzda amalga oshiriladi – 16 bit (64 Kbaytli xotira uchun), 20 bit (1 Mbaytli xotira uchun) va 32 bit (4 Gbaytli xotira uchun). Ma’lum bir vaqt oralig‘i o‘tgandan so‘ng (T₃ siklining yarim davri) asosiy xotiradan o‘qilgan ma’lumotlarni protsessor tomonidan qabul qilib olish amalga oshiriladi. Parallel tarzda qabul qilinayotgan ma’lumotlarning uzunliklari – 8, 16, 32, 64 yoki 128 bit bo‘lishi mumkin.
Ushbu jarayon sinxron va asinxron tarzda amalga oshirilishi mumkin, ya’ni kompyuter shinalarining sinxron va asinxron xillari mavjud. 5.8 va 5.9-rasmlarda sinxron va asinxron shinalar orqali ma’lumotlarni o‘qish jarayonining vaqt diagramalari keltirilgan.

5.7-rasm. Pentium 4 protsessori asosida qurilgan kompyuter parallel
shinasining tarkibiga kirgan liniyalar.
Sinxron shinada bu jarayon kvarsli generator hosil qilgan taktli impulslar yordamida boshqariladi. Generator hosil qilayotgan impulslarning chastotalari 5 MGs dan, 100 MGs gacha bo‘lishi mumkin. Asinxron shinalarda taktlar impulslari generatori ishlatilmaydi.
ISA shinasi IBM PC/AT kompyuterlarida qo‘llanilgan, u 8,33 MGs chastotada ishlaydi. Shina orqali bitta sikl davomida ikki bayt uzatiladi, bu esa uning maksimal tezligi 16,7 Mbayt/sek ga teng degani bo‘ladi.
EISA shina ham 8,33 MGs chastotada ishlaydi va u orqali bitta sikl davomida to‘rt bayt uzatiladi. Demak uning tezligi 33,3 Mbayt/sek ni tashkil qiladi.

5.8-rasm. Sinxron shinadagi o‘qish jarayoning vaqt diagrammasi.

ISA va EISA shinalari asosan matnli axborotni ishlash uchun mo‘ljallangan, avvalgi kompyuterlar uchun ishlab chiqarilgan edi. Keyinchalik, kompyuterlarda Windows operatsion tizimlari ishlatila boshlagandan so‘ng, grafik va rangli video axborotlarni ishlash uchun ISA va EISA shinalarining tezliklari etarli bo‘lmay qoldi. Ushbu holatni tushuntirish uchun quyidagi hisoblashlarni bajarib qo‘ramiz. 1024x768 piksel o‘lchamli monitorda rangli harakatlanuvchi tasvirni chiqarish jarayonini tahlil qilib ko‘ramiz. 1 piksel uchun 3 bayt xotira kerak bo‘ladi, RGB - qizil, yashil va ko‘k ranglarning har biri uchun 1 baytdan. Bitta ekrandagi tasvir 1024x768x3 = 2,25 Mbayt xajmga ega bo‘lar ekan. Tasvirni bir tekis jonlantirish uchun esa sekundiga 30 kadrni ekranga chiqarish kerak bo‘ladi, ya’ni ma’lumotlarni uzatish tezligi 67,5 Mbayt/sek ga teng bo‘lishi kerak. Aslida video axborotni vinchesterdan (CD yoki DVD diskdan) monitorga uzatish uchun, avval asosiy xotiraga, so‘ngra esa videoadapterga uzatiladi. Demak tezlik, 135 Mbayt/sek ga teng bo‘lishi kerak. Ammo kompyuterda, shinadan foydalanadigan boshqa qurilmalar ham bor. Shuning uchun bu xolatda, yana ham yuqori tezlikda ishlay oladigan shina kerak bo‘ladi.

5.9-rasm. Asinxron shinaning ishlashi.
1990 yili Intel firmasi PCI – tashqi tashkil etuvchi qurilmalarni o‘zaro birgalikda ishlashini ta’minlovchi shinasini ishlab chiqdi va boshqa ishlab chiqaruvchilarga ham undan foydalanib tashqi qurilmalar ishlab chiqarish xuquqini berdi. PCI shinasi dunyo bo‘ylab ommalashib ketdi. Sun kompaniyasi ham shu paytda ishlab chiqqan kompyuterlarining UltraSPARC versiyasida (UltraSPARC III kompyuteri) PCI shinasidan foydalandi.
Dastlabki PCI shinasi 33 MGs chastota bilan ishlab, har bir sikl davomida 32 bitdan ma’lumot uzata olgan, ya’ni uning umumiy o‘tkazish qobiliyati 4 bayt x 33 = 133 Mbayt/sek bo‘lgan. 1993 yili PCI 2.0, 1995 yili PCI 2.1, PCI 2.2 shinalarini ishlab chiqdi. PCI 2.2 shinasi bitta sikl davomida 64 bit uzunlikka ega bo‘lgan ma’lumotni 66 Mgs chastota bilan uzata olish imkoniyatiga ega bo‘ldi, ya’ni uning tezligi 8x66 = 528 Mbayt/sek ga etkazilgan edi. PCI va ISA shinalari birgalikda qo‘llanilgan Pentium rusumidagi dastlabki kompyuterning arxitekturasi 5.5-rasmda keltirilgan edi.
90-yillarning ohirlariga kelib grafik axborotni almashinish uchun mo‘ljallangan AGP – grafik ma’lumotlarni uzatish tezligi oshirilgan port shinasi ishlab chiqildi. Bunday shinaning AGP 3.0 versiyasining tezligi 2,1 Gbaytga etkazildi. Tarkibida AGP-shinasiga ega, Pentium 4 protsessori asosida qurilgan zamonaviy kompyuter (yoki tizim) shinalarining joylashtirilishi 5.6-rasmda keltirilgan edi.