Что определяет разрядность системной шины

Шину данных образуют линии, служащие для передачи данных между отдельными структурными группами ПК. Исходным пунктом линий данных является центральный процессор. Он определяет разрядность шины данных, т.е. число линий, по которым передаются данные. Чем выше разрядность шины данных, тем больший объем данных можно передать по ней за некоторый определенный промежуток времени и тем выше быстродействие компьютера.

В первых ПК использовался процессор Intel 8088. Этот 16-разрядный процессор имел всего лишь 8 внешних линий данных (этим объясняется его низкая стоимость). Для внутренних операций было задействовано 16 линий данных, благодаря чему процессор мог одновременно обрабатывать два восьмиразрядных числа. Но на внешнем уровне к нему присоединялась дешевая восьмиразрядная шина данных. Эти 8 линий обеспечивали связь со всеми микросхемами на системной плате, выполняющими функции обработки данных, и всеми платами расширения, установленными в гнездах. Таким образом осуществлялась передача данных между платами расширения и процессором.

Современные процессоры допускают внешнее подключение большего числа линий данных: процессор 80286 — 16 линий данных, процессоры 80386 DX и 80486 DX — 32 линии, а процессор Pentium — 64 линии данных.

Адресная шина. Разрядность шины

Другая группа линий образует адресную шину. Эта шина используется для адресации. Каждая ячейка памяти и устройство ввода-вывода компьютера имеет свой собственный адрес.

При считывании или записи данных процессор должен сообщать, по какому адресу он желает прочитать или записать данные, для чего необходимо указать этот адрес.

В отличие от шины данных шина адреса является однонаправленной.

Разрядность адресной шины определяет максимальное число адресов, по которым может обратиться процессор, т. е. число линий в адресной шине показывает, каким объемом памяти может управлять процессор. Учитывая, что одна адресная линия обеспечивает представление одного разряда двоичного числа, формулу для максимального объема адресуемой памяти можно записать в следующем виде:

максимальное число адресов = 2n,

где n — разрядность адресной шины.

Процессор 8088 имел 20 адресных линий, что в соответствии с приведенной формулой обеспечивало адресацию памяти объемом:

220 =1 048 576 байт = 1024 Кбайт = 1 Мбайт.

Это тот самый предельный объем памяти, который все еще имеет силу в операционной системе DOS.

Совсем иная ситуация с процессором 80286. Он имеет 24 адресных линии и поэтому в состоянии управлять памятью объемом:

224= 16 777 216 байт =16 Мбайт.

Для обеспечения связи с микросхемами памяти число адресных линий процессора должно равняться числу адресных линий на системной плате.

Процессоры 80386, 80486 и Pentium имеют 32 адресных линии, что обеспечивает адресацию свыше 4 млрд. ячеек памяти. На системной плате с такими процессорами должно быть 32 линии, обеспечивающие обмен адресами между центральным процессором и всеми важными периферийными микросхемами.

Линии шины управления на системной плате служат для управления различными компонентами ПК. По выполняемой ими функции их можно сравнить с переводной стрелкой на железнодорожных путях.

С помощью небольшого числа линий шина управления обеспечивает такое функционирование системы, чтобы в каждый данный момент времени только одна структурная единица ПК пересылала данные по шине данных или осуществляла адресацию памяти.

К шине может быть подключено много приемных устройств. Сочетание управляющих и адресных сигналов определяет, для кого именно предназначаются данные на шине. Управляющая логика возбуждает специальные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю, когда ему следует принимать данные.

Управляющая логика активизирует в каждый конкретный момент только одно устройство, которое становиться ведущим. Когда устройство активизировано, оно помещает свои данные на шину. Все другие микросхемы в этот промежуток времени должны блокироваться с помощью соответствующего сигнала на линии управления.

Микропроцессор взаимодействует с внешней средой с помощью шины адреса/данных/состояния и нескольких управляющих сигналов. Собственно взаимодействие заключается в выполнении одной из двух операций: МП либо выводит (записывает) данные, либо вводит (считывает) данные или команды. В каждой из этих операций процессор должен указывать то устройство, с которым он будет взаимодействовать; другими словами, процессор должен адресовать ячейку памяти либо порт ввода или вывода.

Для передачи данных или выборки команды процессор инициирует так называемый цикл шины. Кроме процессора, цикл шины могут инициировать и другие устройства, например, арифметический сопроцессор.

Цикл шины представляет собой последовательность событий, в течение которой процессор выдает адрес ячейки памяти или периферийного устройства, а затем формирует сигнал записи или считывания, а также выдает данные в операции записи. Выбранное устройство воспринимает данные с шины в цикле записи или помещает данные на шину в цикле считывания. По окончании цикла шины устройство фиксирует записываемые данные или снимает считываемые данные.

Читайте также: Автор транспортной лестничной шины

Рассмотрим цикл шины микропроцессора 8086, который имеет совмещенную 20-разрядную шину адреса/данных/состояния и шину управления (рис. 4).

Рис. 4. Шины микропроцессора 8086

Цикл шины микропроцессора 8086 состоит минимум из четырех тактов синхронизации, называемых также состояниями T, которые идентифицируются спадающим фронтом сигнала синхронизации CLC. В первом такте (T1) процессор выдает на шину адреса/данных/состояния AD20-AD0 адрес устройства, которое будет источником или получателем информации в текущем цикле шины. Во втором такте (T2) процессор снимает адрес с шины и либо переводит тристабильные буферы линий AD15-AD0 в высокоимпедансное состояние, подготавливая их к выводу информации в цикле считывания, либо выдает на них данные в цикле записи.

Управляющие сигналы, инициирующие считывание, запись или подтверждение прерываний, всегда выдаются в такте T2. В максимальной конфигурации системы сигнал записи формируется в такте T3, чтобы гарантировать стабилизацию сигналов данных до начала действия этого сигнала.

В такте T2 старшие четыре линии адреса/состояния переключаются с режима выдачи адреса на режим выдачи состояния. Сигналы состояния предназначены в основном для диагностических целей, например, идентифицируют сегментный регистр, который участвует в формировании адреса памяти.

В течение такта T3 процессор сохраняет информацию на линиях состояния. На шине данных в цикле записи сохраняются выводимые данные, а в цикле считывания производится опрос вводимых данных.

Тактом T4 заканчивается цикл шины. В этом такте снимаются все управляющие сигналы и выбранное устройство отключается от шины.

Таким образом, цикл шины для памяти или периферийного устройства представляет собой асинхронное действие. Устройство может управлять циклом шины только путем введения состояний ожидания.

Процессор выполняет цикл шины в том случае, когда ему необходимо осуществить запись или считывание информации. Если циклы шины не требуются, шинный интерфейс реализует холостые состояния Ti, в течение которых процессор сохраняет на линиях состояния сигналы состояния от предыдущего цикла шины.

Статьи к прочтению:

Как выбрать видеокарту. Или почему шина 256 бит — не рулит. (см. описание)

Похожие статьи:

Современные устройства радиоэлектронной техники используют большое число микросхем, что требует много линий для адресации, выбора и управления их…

Шины микропроцессорной системы и циклы обмена Самое главное, что должен знать разработчик микропроцессорных систем — это принципы организации обмена…

Видео:Разрядность системыСкачать

Что определяет разрядность системной шины

Если процессор – это сердце персонального компьютера, то шины – это артерии и вены по которым текут
электрические сигналы. Строго говоря, это каналы связи, применяемые для организации взаимодействия между устройствами
компьютера. Кстати, если Вы думаете, что те разъемы, куда вставляются платы расширения и есть шины, то Вы жестоко
ошибаетесь. Это интерфейсы (слоты, разъемы), с их помощью осуществляется подключение к шинам, которых, зачастую, вообще
не видно на материнских платах.

Существует три основных показателя работы шины. Это тактовая частота, разрядность и скорость передачи
данных. Начнем по порядку.

Тактовая частота

Работа любого цифрового компьютера зависит от тактовой частоты, которую определяет
кварцевый резонатор. Он представляет собой оловянный контейнер в который помещен кристалл кварца. Под воздействием
электрического напряжения в кристалле возникают колебания электрического тока. Вот эта самая частота колебания и
называется тактовой частотой. Все изменения логических сигналов в любой микросхеме компьютера происходят через
определенные интервалы, которые называются тактами. Отсюда сделаем вывод, что наименьшей единицей измерения времени для
большинства логических устройств компьютера есть такт или еще по другому – период тактовой частоты. Проще говоря – на
каждую операцию требуется минимум один такт (хотя некоторые современные устройства успевают выполнить несколько операций
за один такт). Тактовая частота, применительно к персональным компьютерам, измеряется в МГц, где Герц – это одно колебание
в секунду, соответственно 1 МГц – миллион колебаний в секунду. Теоретически, если системная шина Вашего компьютера
работает на частоте в 100 МГц, то значит она может выполнять до 100 000 000 операций в секунду. К слову сказать,
совсем не обязательно, что бы каждый компонент системы обязательно что-либо выполнял с каждым тактом. Существуют так
называемые пустые такты (циклы ожидания), когда устройство находится в процессе ожидания ответа от какого либо другого
устройства. Так, например, организована работа оперативной памяти и процессора (СPU), тактовая частота которого значительно
выше тактовой частоты ОЗУ.

Читайте также: Датчик подкачки шин солярис

Разрядность

Шина состоит из нескольких каналов для передачи электрических сигналов. Если говорят,
что шина тридцатидвухразрядная, то это означает, что она способна передавать электрические сигналы по тридцати двум каналам
одновременно. Здесь есть одна фишка. Дело в том, что шина любой заявленной разрядности (8, 16, 32, 64) имеет, на самом
деле, большее количество каналов. То есть, если взять ту же тридцатидвухразрядную шину, то для передачи собственно данных
выделено 32 канала, а дополнительные каналы предназначены для передачи специфической информации.

Скорость передачи данных

Название этого параметра говорит само за себя. Он высчитывается по формуле:

тактовая частота * разрядность = скорость передачи данных

Сделаем расчет скорости передачи данных для 64 разрядной системной шины, работающей на тактовой частоте
в 100 МГц.

Но полученное число не является реальным. В жизни на шины влияет куча всевозможных факторов:
неэффективная проводимость материалов, помехи, недостатки конструкции и сборки а также многое другое. По некоторым
данным, разность между теоретической скоростью передачи данных и практической может составлять до 25%.

За работой каждой шины следят специально для этого предназначенные контроллеры. Они входят в состав
набора системной логики (чипсет).

Теперь поговорим конкретно о тех шинах, которые присутствуют на материнской плате. Основной
считается системная шина FSB (Front Side Bus). По этой шине передаются данные между процессором и оперативной памятью,
а также между процессором и остальными устройствами персонального компьютера. Вот тут вот есть один подводный камень.
Дело в том, что работая над материалом этой статьи, я столкнулся с одной неразберихой – существует такая фигня, как шина
процессора. По одним данным системная шина и шина процессора это есть одно и тоже, а по другим – нет. Я перерыл кучу книг
и пересмотрел кучу схем. Вывод: поначалу процессор подключался к основной системной шине через собственную, процессорную,
шину, в современных же системах эти шины стали одним целым. Мы говорим – системная шина, а подразумеваем процессорную, мы
говорим — процессорная шина, а подразумеваем системную. Двинемся дальше. Фраза: «Моя материнская плата работает на частоте
100 МГц» означает, что именно системная шина работает на тактовой частоте в 100 МГц. Разрядность FSB равна разрядности
CPU. Если Вы используете 64 разрядный процессор, а тактовая частота системной шины 100 МГц, то скорость передачи данных
будет равна 800 Мбайт/сек.

Кроме системной шины на материнской плате есть еще шины ввода/вывода, которые отличаются друг от друга
по архитектуре. Перечислю некоторые из них:

Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать

Типы систем ПК

Классифицировать персональный компьютер можно по многим категориям. Для меня предпочтительнее делать это двумя способами: по типу программного обеспечения, которое они могут выполнять, и по типу главной шины компьютера, т.е. по типу шины процессора и ее разрядности.

Процессор считывает данные, поступающие через внешнюю соединительную шину данных процессора, которая непосредственно соединена с главной шиной на системной плате. Шина данных процессора (или главная шина) также иногда называется локальной шиной, поскольку процессор соединен непосредственно с ней.

Любые другие устройства, соединенные с главной шиной, по существу, могут использоваться так, как при непосредственном соединении с процессором. Если процессор имеет 32-разрядную шину данных, то главная шина процессора на системной плате также должна быть 32-разрядной. Это означает, что система может пересылать в процессор или из процессора за один цикл 32 разряда (бита) данных.

У процессоров разных типов разрядность шины данных различается, причем разрядность главной шины на системной плате должна совпадать с разрядностью устанавливаемых процессоров.

Ниже в таблице приведены Intel и Intel-совместимые процессоры, указана разрядность их шины данных и внутренних регистров.

Видео:х64 или х86? Как узнать разрядность процессора и архитектуру windows?Скачать

Intel и Intel-совместимые процессоры, их разрядность и шины данных

FSB = Front Side Bus (параллельная шина)
HT = HyperTransport (последовательная двухточечная шина)
QPI = QuickPath Interconnect (последовательная двухточечная шина)

Зачастую возникают разногласия в обсуждениях «ширины» процессора. Некоторые люди принимают за «ширину» то, сколько битов данных могут быть считаны или записаны за один раз, тогда как другие обращаются к размеру внутренних регистров, которые контролируют, сколько данных можно обработать за один раз.

Многие процессоры имели и имеют разные ширину шины данных и разрядность внутренних регистров, что главным образом, приводит к путанице.

Например, у большинства процессоров Pentium есть 64-разрядная шины данных и внутренние регистры, которые только 32-бита шириной. Более новые процессоры AMD и Intel с архитектурой x86-64 имеет 64-разрядные внутренние регистры и могут работать и в 32-разрядных и в 64-разрядных режимах.

Таким образом, с точки зрения программного обеспечения есть процессоры PC, способные к выполнению 16-разрядных, 32-разрядных, и 64-разрядных инструкции. Для обратной совместимости те, которые имеют 64-разрядные регистры, могут также работать с 32-разрядными и 16-разрядными инструкциями, а те у которых 32-разрядные регистры могут выполнять 16-разрядные инструкции.

Принимая во внимание, что размер (разрядность) регистра диктует, какие инструкции программного обеспечения процессор может выполнить, ширина (разрядность) шины данных – является основном фактором в проектировке системной платы и чипсета, поскольку он диктует, сколько бит входит и выходит из чипа за один цикл.

На основе аппаратных средств можно выделить следующие категории систем:

С точки зрения разработчика, если не принимать во внимание разрядность шины, архитектура всех систем — от 16- до 64-разрядных — в своей основе практически не изменялась.

Можно выделить два основных типа систем (или два класса аппаратных средств):

• 8-разрядные системы (класс РС/XT);
• 16/32/64-разрядные системы (класс АТ).

Здесь РС — это аббревиатура, образованная от personal computer (персональный компьютер), XT — eXTended PC (расширенный ПК), а AT — advanced technology РС (усовершенствованная технология ПК).

Нет большого смысла говорить о компьютерах класса РС/XT, так как их место уже давно на стендах в музеях. Стоит лишь сказать, что эти компьютеры работали на 8-разрядных процессорах 8088 и с 8-разрядной шиной ISA (Industry Standard Architecture — архитектура промышленного стандарта).

Компьютеры, в которых разрядность шины равна 16 или больше, называются компьютерами класса АТ, причем слово «advanced» указывает, что их стандарты усовершенствованы по сравнению с базовым проектом, и эти нововведения впервые были реализованы в компьютере IBM AT.

Обозначение «AT» применялось IBM для компьютеров, в которых использовались усовершенствованные разъемы расширения и процессоры (сначала 16-, а позже 32- и 64-разрядные).

В первых компьютерах AT использовался 16-разрядный вариант шины ISA, который расширил возможности первоначальной 8-разрядной шины, применявшейся в компьютерах класса РС/XT. Со временем для компьютеров AT было разработано несколько версий системной шины и разъемов расширения, в частности следующие:

• 16-разрядная шина ISA/AT;
• 16-разрядная шина РСMCIA (Personal Computer Memory Card International Associa»
• tion), она же PC Card;
• 16/32-разрядная шина EISA (Extended ISA);
• 16/32-разрядная PS/2 шина MCA (Micro Channel Architecture);
• 32-разрядная шина VL-Bus (VESA Local Bus);
• 32/64-разрядная шина РСI (Peripheral Component Interconnect);
• 32-разрядная шина РСMCIA, она же Cardbus;
• Шина РСI Express (последовательная);
• Шина ExpressCard (последовательная).

Компьютер с любой из упомянутых системных шин по определению относится к классу AT, независимо от того, установлен в нем процессор Intel или совместимый с ним.

Долгое время компьютерные системы продолжали оснащаться 16-разрядным разъемами ISA для обеспечения обратной совместимости с устаревшими адаптерами. Однако практически все современные материнские платы лишены этого разъема и содержат только разъемы PCI/PCI Express или порт AGP. Однако как только материнские платы прекратили поддержку ISA, пришло время выбора между старыми интерфейсами PCI и AGP и новым PCI Express (предпочтение отдается последнему).

Основные различия между стандартами компьютеров классов РС/XT и AT приведены ниже в таблице. Эта информация относится ко всем РС-совместимым моделям ПК.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  🔥 Видео

  Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!Скачать

  

  Разрядность ОС и процессоров. Что лучше x64 или x32 (x86)?Скачать

  

  Системная шина процессораСкачать

  

  Частота процессора или частота системной шины?Скачать

  

  Виды видеопамяти и сколько её нужно? Какая нужна шина?Скачать

  

  Всё о видеокартах за 11 минутСкачать

  

  КАК работает ПРОЦЕССОР? ОБЪЯСНЯЕМСкачать

  

  Частота процессора, множитель и системная шинаСкачать

  

  Двоичная система счисления — самое простое объяснениеСкачать

  

  Влияние шин PCI-e и внутренней шины видеокарты на производительностьСкачать

  

  Обмен информацией по системной шине вычислительной системыСкачать

  

  Инфляция выше 8: ЦБ повысит ставку? Что будет с МосБиржей? Газпром на минимуме / Новости экономикиСкачать

  

  Что лучше 32 или 64 разрядная система, чем отличаются 32 и 64 бит версии Windows? Повышаем градус 4Скачать

  

  Отключаем поэтапно память у RTX 3090 и 3060 и измеряем разницу в производительности.Скачать

  

  Принцип работы процессора на уровне ядраСкачать

  

  169 секунд и ты знаешь как работает процессорСкачать

  

  Как выбрать видеокарту. Или почему шина 256 бит - не рулит. (см. описание)Скачать