17. Jak pracuje sběrnice

Jednou z nejpozoruhodnějších myšlenek v osobním počítači je rozšiřující slot - konektory v zásuvce, jež dovolují vkládat přídavné desky s obvody, které se ke zbytku počítače připojují zvláštním obvodem, tzv. sběrnicí (angl. bus). Rozšiřující sloty dokáží přeměnit osobní počítače tak, že umí provádět úlohy, o kterých jejich tvůrci ani nesnili. Vložením správné desky s obvody - obvykle se jí říká adaptér nebo rozšiřující karta - můžete zvýšit rozlišení a počet barev používaných na displeji nebo můžete svůj počítač přeměnit na stroj pro záznam a přehrávání hudby nebo jej můžete přimět, aby pracoval s disky, tiskárnami, zálohovacími páskami a hostil periferie, které neexistovaly v okamžiku, kdy jste si počítač kupovali. Obvody sběrnice se také používají pro komunikaci s některými perifériemi - jako je třeba klávesnice - které nejsou připojeny přes rozšiřující kartu.

Výhody sběrnice jsou natolik zřejmé, až můžete nabýt dojmu, že je mají všechny počítače. Ale mnohé počítače před uvedením IBM PC měly svoje komponenty napevno zadrátované; tj. nebylo možné je měnit. Jejich návrháři se rozhodli, že vytvořili definitivní schéma a nedovedli si představit, že by k němu chtěl někdo něco přidávat. Když IBM uvedla svůj první osobní počítač, byla natolik důvtipná, že nejen učinila počítač rozšířitelným, ale uvedla ve všeobecnou známost většinu technických informací, které ostatní společnosti potřebovaly k výrobě rozšiřujících desek pro IBM PC. Výsledkem byl do dnešního dne bezprecedentní příval komponent, neustále posouvajících hranici využitelnosti počítače.

Sběrnice se stala, společně s mikroprocesorem osobního počítače, nejkritičtějším místem z hlediska výkonu a klasifikátorem mezi třídami počítačů. Směr vývoje sběrnic bude určovat, jak dobře bude v budoucnu váš osobní počítač pracovat.

Přenos dat po sběrnicích
1. Signály z procesoru nebo z jiných komponent cestují po několika souběžných obvodových vodičích. Počet vodičů závisí na typu architektury použité pro sběrnici. Nejjednodušší z nich - 8-mi bitová sběrnice použitá v původním IBM PC - používá pro spojení adaptérových karet 62 vodičů. Každý signál vyslaný do adaptérové karty je přijat všemi adaptérovými kartami.
2. Osm vodičů přivádí do adaptérových karet elektrické napětí. Na různých vodičích jsou různá napětí.
3. Osm až třicet dva vodičů se používá pro přenášení veškerých dat, bez ohledu na to, zda jsou data určena pro paměťové čipy, adaptér obrazovky nebo řadič disku.
4. Dvacet vodičů přenáší informaci reprezentující adresu určení dat. Každá rozšiřující karta používá zvláštní, jednoznačnou adresu - z těch, které jsou volné v prvním megabyte paměti - kterou může použít operační systém.
5. Zbývající vodiče se používají pro předávání řídicích signálů pro obecné povely, např. povely pro čtení a zápis do paměti a pro každé vstupní/výstupní zařízení.
6. Každá adaptérová karta připojená na sběrnici hledá neustále na řídicích vodičích vhodné signály. Pokud se objeví signál např. na zápisovém řídicím vodiči, rozpoznají jej všechna vstupní/výstupní zařízení, nikoliv však paměťové obvody.
7. Vstupní/výstupní adaptéry upozorněné povelem k zápisu obrátí svoji pozornost na adresové vodiče. Jestliže adresa uvedená na těchto vodičích není adresou používanou adaptérem, adaptér signály zasílané na datových vodičích ignoruje.
8. Jestliže signály na adresových vodičích odpovídají adrese používané nějakým adaptérem, adaptér přijme data vysílaná na adresových vodičích a použije data na datových vodičích pro dokončení povelu zápisu.
Rozdíly ve sběrnicích
8 bitová sběrnice: Data se přenášejí do rozšiřujícího slotu a ostatních komponent na sběrnici pouze po 8 souběžných vodičích.
16 bitová neboli ISA sběrnice: Data se přenášejí buď po 8 nebo 16 datových vodičích v závislosti na druhu adaptérové karty použité v rozšiřujícím slotu.
Sběrnice EISA nebo MCA: Data se přenášejí - po 32 datových vodičích do adaptérové karty navržené speciálně pro 32-bitové sběrnice. Do rozšiřujícího slotu MCA nelze vkládat 8-mi nebo 16-ti bitové karty.
Přizpůsobivost EISA: Koncepce rozšiřujících slotů EISA dovoluje 8-mi nebo 16-ti bitovým kartám proniknout jen tak hluboko, aby došlo ke kontaktu s řadou 16 konektorů, které provozují přenos dat založený na sběrnici ISA. Desky navržené speciálně pro EISA slot mohou být zasunuty dále, až se jejich konektory setkají se 32 speciálními slotovými konektory, které provozují přenos dat založený na specifikaci EISA.

Poznámka: Nedávno získal na oblibě nový způsob komunikace s periferiemi - lokální sběrnice. Tato koncepce překonává rychlostní omezení známá ze věech ostatních koncepcí sběrnic. Původní sběrnice byla navržena pro práci na kmitočtu 8MHz, který byl zhruba dvakrát rychlejší než procesor původního IBM PC 8088. Se zvyšováním rychlosti procesoru na 10, 25, 33, 50MHz a výš, zůstávala sběrnice 8MHz. Lokální sběrnice je navržena na přenos 32 bitů dat lokální rychlostí procesoru osobního počítače. Osobní počítač s lokální sběrnicí obvykle omezuje danou architekturu na jeden nebo dva sloty použité pro adaptér obrazovky a pro řadič disků, kde jsou přenosové poměry nejkritičtější. Pomalejší rozšiřující sloty se používají pro komunikaci se sériovými a paralelními porty a s klávesnicí, kde rychlost není kritická.