2. Структура и стандарты шин
ПК
Шиной (Bus) называется
вся совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым
обмениваются информацией компоненты и устройства ПК. Шина предназначена для
обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только
два устройства, называется портом. На рис. 2.5 дана схема шины.
Рис. 2.5. Структура шины
Шина имеет места для подключения внешних устройств — слоты,
которые в результате становятся частью шины и могут
обмениваться информацией со
всеми другими подключенными к ней устройствами.
Шины в ПК различаются по своему
функциональному назначению:
•
системная шина (или шина CPU) используется
микросхема ми Cipset для пересылки информации к CPU
и обратно (см. также рис. 2.4);
•
шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью (см. также рис. 2.4);
•
шина памяти используется для обмена информацией между оперативной
памятью RAM и CPU;
•
шины ввода/вывода информации подразделяются на стандартные и локальные.
Локальная шина ввода/вывода — это скоростная
шина, предназначенная для обмена информацией между быстродействующими
периферийными устройствами (видеоадаптерами, сетевыми картами, картами сканера
и др.) и системной шиной под управлением CPU.
В настоящее время в качестве локальной шины используется шина PCI. Для ускорения ввода/вывода видеоданных и повышения
производительности ПК при обработке трехмерных изображений корпорацией Intel была разработана шина AGP (Accelerated Graphics Port).
Стандартная шина ввода/вывода используется для
подключения к перечисленным выше шинам более медленных устройств (например,
мыши, клавиатуры, модемов, старых звуковых карт). До недавнего времени в
качестве этой шины использовалась шина стандарта ISA.
В настоящее время — шина USB.
Шина имеет собственную архитектуру,
позволяющую реализовать важнейшие ее свойства — возможность параллельного
подключения практически неограниченного числа внешних устройств и обеспечение
обмена информацией между ними. Архитектура любой шины имеет следующие
компоненты:
•
линии для обмена данными (шина данных);
•
линии для адресации данных (шина адреса);
•
линии управления данными (шина управления);
•
контроллер шины.
Контроллер шины осуществляет управление
процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде
отдельной микросхемы либо в виде совместимого набора микросхем — Chipset.
Шина данных обеспечивает обмен данными между CPU, картами расширения, установленными в слоты, и памятью RAM. Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть
передано за один такт и тем выше производительность ПК. Компьютеры с
процессором 80286 имеют 16-разрядную шину данных, с CPU 80386 и 80486 — 32-разрядную, а
компьютеры с CPU семейства Pentium — 64-разрядную шину данных.
Шина адреса служит для указания адреса к какому-либо устройству
ПК, с которым CPU производит обмен данными.
Каждый компонент ПК, каждый регистр ввода/вывода и ячейка RAM имеют свой адрес и входят в
общее адресное пространство PC. По
шине адреса передается идентификационный код (адрес) отправителя и (или)
получателя данных.
Для ускорения обмена данными используется устройство промежуточного
хранения данных — оперативная память — RAM. При этом решающую роль играет объем
данных, которые могут временно храниться в ней. Объем зависит от разрядности
адресной шины (числа линий) и тем самым от максимально возможного числа
адресов, генерируемых процессором на адресной шине, т.е. от количества ячеек RAM, которым может быть
присвоен адрес. Количество ячеек RAM не
должно превышать 2n,
где п — разрядность адресной шины. В противном случае часть ячеек не
будет использоваться, поскольку процессор не сможет адресоваться к ним.
В двоичной системе счисления максимально адресуемый объем памяти
равен 2n, где п — число линий
шины адреса.
Процессор 8088, например, имел 20 адресных линий и мог, таким
образом, адресовать память объемом 1 Мбайт (220=1 048 576 байт= 1024
Кбайт). В ПК с процессором 80286 разрядность адресной шины была увеличена до 24
бит, а процессоры 80486, Pentium, Pentium MMX и Pentium II имеют уже 32-разрядную шину адреса, с
помощью которой можно адресовать 4 Гбайт памяти.
Шина управления передает ряд служебных сигналов:
записи/считывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждения приема
данных, аппаратного прерывания, управления и других, чтобы обеспечить передачу
данных.
2.1. Основные характеристики шины
Разрядность шины
определяется числом параллельных проводников, входящих в нее. Первая шина ISA для IBM PC была восьмиразрядной, т. е.
по ней можно было одновременно передавать 8 бит. Системные шины современных ПК,
например, Pentium IV — 64-разрядные.
Пропускная
способность шины определяется
количеством байт информации, передаваемых по шине за секунду. Для определения
пропускной способности шины необходимо умножить тактовую частоту шины на ее
разрядность. Например, для 16-разрядной шины ISA пропускная способность определяется
так:
(16 бит • 8,33 МГц): 8 = 16,66 Мбайт/с.
При расчете пропускной способности, например шины AGP, следует учитывать режим ее
работы: благодаря увеличению в два раза тактовой частоты видеопроцессора и
изменению протокола передачи данных удалось повысить пропускную способность
шины в два (режим 2х) или в четыре (режим 4х) раза, что эквивалентно увеличению
тактовой частоты шины в соответствующее число раз (до 133 и 266 МГц
соответственно).
Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса
(Interface — сопряжение),
представляющего собой совокупность различных характеристик какого-либо
периферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между
ним и центральным процессором.
К числу таких характеристик относятся электрические и временные параметры,
набор управляющих сигналов, протокол обмена данными и конструктивные
особенности подключения. Обмен данными между компонентами ПК возможен только
если интерфейсы этих компонентов совместимы.
Источник: http://qo.do.am/ |