Что такое общая шина компьютера

Шиной (Bus) называется вся совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым обмениваются информацией компоненты и устройства ПК. Шины предназначены для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом. На рис. 1 дана 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 микросхемами Cipset для пересылки информации к CPU и обратно (см. также рис. 1);
• шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью (см. также рис. 1);
• 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 реализовывать 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);
• контролер шины.

Контроллер шины осуществляет управление процессором 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 ПК. 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 2 n , где n – 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 2 n , где n – число линий шины адреса.

Процессор 8088, например, имел 20 адресных линий и мог, таким образом, адресовать память объемом 1 Мбайт (2 20 =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.

Читайте также: Размер шин бмв f30 r18 разноширокие

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.

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.

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 2 х ) или четыре (режим 4 х ) раза, что эквивалентно увеличению тактовой частоты шины в соответствующее число раз (до 133 и 266 МГц соответственно).

Внешние устройства к шинам подключается 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 компоненты совместимы.

Стандарты шин ПК

Принцип IBM-совместимости подразумевает стандартизацию интерфейсов отдельных компонентов ПК, что, в свою очередь, определяет гибкость системы в целом, т.е. возможность по мере необходимости изменять конфигурацию системы и подключать различные периферийные устройства. В случае несовместимости интерфейсов используются контроллеры. Кроме того, гибкость и унификация системы достигаются за счет введения промежуточных стандартных интерфейсов, таких как интерфейсы необходимы для работы наиболее важных периферийных устройств ввода и вывода.

Системная шина предназначена для обмена информацией между CPU, памятью и другими устройствами, входящими в систему. К системным шинам относятся:

• GTL, имеющая разрядность 64 бит, тактовую частоту 66, 100 и 133 МГц;
• EV6, спецификация которой позволяет повысить ее тактовую частоту до 377 МГц.

Шины ввода/вывода совершенствуются в соответствии с развитием периферийных устройств ПК. В табл. 2 представлены характеристики некоторых шин ввода/вывода.

Шина ISA в течение многих лет считалась стандартом ПК, однако и до сих пор сохраняется в некоторых ПК наряду с современной шиной PCI. Корпорация Intel совместно с Microsoft разработала стратегию постепенного отказа от шины ISA. В начале планируется исключить ISA-разъемы на материнской плате, а впоследствии исключить слоты ISA и подключить дисководы, мыши, клавиатуры, сканеры к шине USB, а винчестеры, приводы CD-ROM – к шине IEEE 1394. Однако наличие огромного парка ПК с шиной ISA будет востребована еще на протяжении некоторого времени.

Шина EISA стала дальнейшим развитием шины ISA в направлении повышения производительности системы и совместимости ее компонентов. Шина не получила широкого распространения в связи с ее высокой стоимостью и пропускной способностью, уступающей пропускной способности появившейся на рынке шины VESA.

Таблица 2. Характеристики шин ввода/вывода

Читайте также: Давление в шинах ниссан ноут е12

Шина VESA, или VLB, предназначена для связи CPU с быстрыми периферийными устройствами и представляет собой расширение шины ISA для обмена видеоданными.

Шина PCI была разработана фирмой Intel для процессора Pentium и представляет собой совершено новую шину. Основополагающим принципом, положенным в основу шины PCI, является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь между шиной PCI и другими типами шин. В шине PCI реализован принцип Bus Mastering, который подразумевает способность внешнего устройства при пересылке данных управлять шиной (без участия CPU). Во время передачи информации устройство, поддерживающее Bus Mastering, захватывает шину и становится главным. В этом случае центральный процессор освобождается для решения других задач, пока происходит передача данных. В современных

материнских платах тактовая частота шины PCI задается как половина тактовой частоты системной шины, т.е. при тактовой частоте системной шины 66 МГц шина PCI будет работать на частоте 33 МГц. В настоящее время шина PCI стала фактическим стандартом среди шин ввода/вывода.

Шина AGP – высокоскоростная локальная шина ввода/вывода, предназначенная исключительно для нужд видеосистемы. Она связывает видеоадаптер (3D-акселератор) с системой памятью ПК. Шина AGP была разработана на основе архитектуры шины PCI, поэтому она также является 32-разрядной. Однако при этом у нее есть дополнительные возможности увеличения пропускной способности, в частности, за счет использования более высоких тактовых частот.

Шина USB была разработана лидерами компьютерной и телекоммуникационной промышленности Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft для подключения периферийных устройств вне корпуса PC. Скорость обмена информацией по шине USB составляет 12 Мбит/с или 15 Мбайт/с. К компьютерам, оборудованным шиной USB, можно подключать такие периферийные устройства, как клавиатура, мышь, джойстик, принтер, не выключая питания. Все периферийные устройства должны быть оборудованы разъемами USB и подключаться к ПК через отдельный выносной блок, называемый USB-хабом, или концентратором, с помощью которого к ПК можно подключить до 127 периферийных устройств. Архитектура шины USB представлена на рис. 4.

Шина SCSI (Small Computer System Interface) обеспечивает скорость передачи данных до 320 Мбайт/с и предусматривает подключение к одному адаптеру до восьми устройств: винчестеры, приводы CD-ROM, сканеры, фото- и видеокамеры. Отличительной особенностью шины SCSI является то, что она представляет собой кабельный шлейф. С шинами PC (ISA или PCI) шина SCSI связана через хост-адаптер (Host Adapter). Каждое устройство, подключенное к шине SCSI, может инициировать обмен с другими устройством.

Шина IEEE 1394 – это стандарт высокоскоростной локальной последовательной шины, разработанный фирмами Apple и Texas Instruments. Шина IEEE 1394 предназначена для обмена цифровой информацией между

ПК и другими электронными устройствами, особенно для подключения жестких дисков и устройств обработки аудио- и видеоинформации, а также работы мультимедийных приложений. Она способна передавать данные со скоростью до 1600 Мбайт/с, работать одновременно с несколькими устройствами, передающими данные с разными скоростями, как и SCSI.

Подключить к компьютеру через интерфейс IEEE 1394 можно практически любые устройств, способные работать с SCSI. К ним относятся все виды накопителей на дисках, включая жесткие, оптические, CD-ROM, DVD, цифровые видеокамеры, устройства. Благодаря таким широким возможностям, эта шина стала наиболее перспективной для объединения компьютера с бытовой электроникой. В настоящее время уже выпускаются адаптеры IEEE 1394 для шины PCI.

Видео:Системная шина персонального компьютера ISAСкачать

Компьютерная грамотность с Надеждой

Видео:Шина компьютера, оперативная память, процессор и мостыСкачать

Заполняем пробелы — расширяем горизонты!

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

Как работает ПК: часть 2. Общая шина

Процессор, оперативная память, контролеры внешних устройств (ВУ) внутри компьютера соединяются все вместе. Они находятся на одной общей информационной шине ПК, по которой информация может передаваться от любого подключенного к ней устройства к любому другому устройству. Таким образом, изначально все устройства внутри ПК постоянно соединены друг с другом.

Читайте также: Шины ауди 80 б3 параметры

Только с помощью специальных технических и программных методов информация перемещается строго от одних устройств к другим. Каждое устройство ПК всегда способно отличить информацию, предназначенную именно ему от остальных передаваемых по общей шине данных.

Важно понимать, что все вышеперечисленные устройства (процессор, оперативная память, контроллеры внешних устройств ввода-вывода), подключенные к информационной шине, работают с одинаково высокой скоростью, выдерживая заданные темпы обработки информации. Темп работы всех соединенных между собой устройств ПК задает тактовый генератор.

Часто пользователи интересуются вопросом о возможности «разогнать» ПК, т.е. ускорить его работу, причем в основном интересуются возможностями разгона процессора. Это можно сделать, если в ПК есть возможность вручную установить увеличенную частоту работы тактового генератора. Но при этом нужно понимать, что свою работу ускорит не только процессор, но и все соединенные с ним через общую шину устройства.

Однако ускорение тактовой частоты может привести к рассогласованию устройств между собой, в этом случае ПК не только не «разгонится», но и начнет зависать. Кроме того, увеличение тактовой частоты работы процессора приводит к его повышенному тепловыделению, что также может отрицательно сказываться на устойчивости работы компьютера. Все это следует помнить, если появляется желание или потребность в разгоне компьютера.

Так как все устройства ПК находятся на одной общей шине, по ней информация может передаваться строго адресно, т.е. в каждый момент передаваемая информация адресована только одному из имеющихся внутри компьютера устройств. Для этого каждое устройство имеет свой собственный адрес, который должен обязательно сопровождать передаваемую информацию. Свой собственный адрес имеет также каждая из ячеек оперативной памяти.

Как письмо без адреса никогда не дойдет до своего адресата, так и безадресная информация на общей шине ПК не сможет дойти до места своего назначения. Тем не менее, такое может происходить в случае наличия ошибок в программном обеспечении. Тогда компьютер может зависать, выдавать ошибочные результаты и иными способами проявлять возникающие ошибки внутренней передачи информации.

Таким образом, внутри компьютера происходит постоянный обмен данными между процессором, ячейками оперативной памяти и контроллерами устройств ввода-вывода. Преобразование информации осуществляется процессором, оперативная память может только принимать информацию и выдавать ее обратно в неизменном виде.

Контроллеры устройств ввода-вывода преобразовывают информацию из внутренней, понятной только процессору и оперативной памяти, во внешнюю, понятную пользователям ПК, т.е. они преобразуют информацию в понятный для человека вид (текстовую, графическую, числовую информацию и пр.). Обратное преобразование информации из «человеческого» вида в компьютерный вид также выполняют контроллеры устройств ввода-вывода.

В итоге получается следующая картина. Мы вводим информацию в компьютер, используя для этого различные устройства от клавиатуры и мыши до винчестеров, сканеров, устройств чтения информации из Интернета и др. Контроллеры устройств ввода-вывода преобразуют эту информацию в понятный для ПК вид и передают эту информацию в оперативную память.

Оттуда она попадает в процессор, процессор эту информацию обрабатывает и записывает результаты снова в оперативную память. Из оперативной памяти данные вновь попадают в контроллеры устройств ввода-вывода, которые вновь преобразуют ее в удобочитаемый вид, которую мы можем прочитать, используя подключенные к ПК устройства вывода информации (мониторы, принтеры и др.).
Вот так и работает ПК! Но это еще не все…

P.S. Рекомендую также прочитать:

Нашли ошибку? Выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

• 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

  

  Системная шина персонального компьютера AGPСкачать

  

  Системная шина процессораСкачать

  

  Системная шина персонального компьютера PCIСкачать

  

  Системные шины персонального компьютера для ...Скачать

  

  Системная шина персонального компьютера pci expressСкачать

  

  Виды топологий локальных сетей | Звезда, кольцо, шинаСкачать

  

  лекция 417 Чтение и запись данных на общую шинуСкачать

  

  Цифровая шина НЕРВ. Обмен информацией между устройствами РЗА.Скачать

  

  Лекция 281. Шина ISAСкачать

  

  Как работает компьютерная память: что такое RAM, ROM, SSD, HDD и в чем разница?Скачать

  

  Шины ввода-выводаСкачать

  

  Кан шина, что это? Поймет школьник! принцип работыСкачать

  

  Ethernet на пальцахСкачать

  

  Системная шина персонального компьютера PCIСкачать

  

  КАК работает ПРОЦЕССОР? ОБЪЯСНЯЕМСкачать

  

  Системная шина персонального компьютера ISAСкачать