Одним из наиболее важных узлов контроллера является внутренняя шина. Хотя без микропроцессорных устройств управления и обладали большими функциональными возможностями, но, однако, они имели очень существенный недостаток, а именно, у них отсутствовала шина. Причиной этого было то, что у таких устройств управления каждый модуль был уникален, то есть решал какую-то свою задачу в автоматизации. Соединения между такими модулями представляло собой сложное сплетение проводов.
Появление микропроцессоров позволило очень сильно упростить схему соединений между модулями и сделать её регулярной и однотипной. Причиной такого упрощения явилось разделение функций между функциональными модулями и ЦПУ. За функциональными модулями остались наиболее общие функции, что позволило существенно упростить их внутреннюю структуру и унифицировать их связь с ЦПУ. К общим функциям относятся приём и передача сигналов, а также их частичная обработка. К частичной обработке сигналов можно отнести усиление, сравнение, селекцию, фильтрацию, гальваническую развязку, преобразование аналоговых сигналов в цифровой код, преобразование цифрового кода в аналоговый сигнал и так далее. Функциональные модули стали более универсальными, и этой универсальности в значительной мере способствовала унификация входных и выходных сигналов, которые для всех типов контроллеров стали иметь одинаковые диапазоны изменения. Функции полной обработки сигналов и дополнительные функции, вытекающие из индивидуальных особенностей объектов управления и контроля, были возложены на ЦПУ и прикладное программное обеспечение. Значительному упрощению соединений между модулями УСО и ЦПУ также способствовало появление двунаправленных магистральных приёмопередатчиков, выходы которых имеют третье состояние. Благодаря таким приёмопередатчикам схему соединений между модулями УСО и ЦПУ удалось превратить в полноценную шину, соединяющую параллельно одноимённые входы и выходы модулей УСО и ЦПУ. Первоначальное схемное решение, основанное на параллельном соединении выходов модулей УСО по схеме «монтажное ИЛИ», снижало нагрузочную способность шины и несколько усложняло схемное построение входных каскадов модулей УСО.
Внутренняя шина конструктивно может быть выполнена по-разному. Если контроллер имеет каркасное построение, то внутренняя шина может быть выполнена в виде соединительной печатной платы с разъёмными соединителями (розетками), в которые вставляются модули УСО и ЦПУ. При распределённой установке модулей контроллера в шкафу соединение между ними может производиться с помощью ленточного кабеля. Если контроллер выполнен в виде конструктивно законченных модулей, устанавливаемых на DIN-рейку, то шина в таком контроллере может быть реализована с помощью шинных соединителей.
Контроллеры первого поколения имели нестандартную внутреннюю шину. То есть каждый изготовитель выбирал свой тип разъёмного соединителя, и распределял по его контактам соединительные проводники различного назначения так, как ему было удобнее. И хотя размеры печатных плат модулей контроллера были стандартизованы (то есть их размеры выбирались из стандартного ряда), модули контроллеров различных изготовителей были несовместимы ни по типу соединителей, ни по привязке сигналов к контактам соединителей.
С увеличением мощности микропроцессоров изготовители контроллеров стали переходить на стандартную внутреннюю шину (контроллеры второго поколения). В качестве стандарта была выбрана укороченная шина ISA. Аббревиатура ISA это наименование стандарта, который определил тип соединителя, привязал сигналы к контактам этого соединителя, а также установил уровни передаваемых сигналов. Благодаря этому модули контроллеров разных производителей, выполненные в одном стандарте, стали взаимозаменяемыми.
Внутренняя шина контроллеров, разработанных на основе микропроцессора, функционально разбита на три части: 8-разрядная шина данных, разрядная шина адреса и шина управления. Однако шина данных осталась восьмиразрядной, хотя разрядность процессоров повысилась. Это объясняется тем, что основное время в контроллерах тратится на обработку данных, и здесь чем выше разрядность процессора, тем быстрее она осуществляется. ЦПУ опрашивает модули УСО по программно определённому циклу, длительность которого для большинства объектов управления в силу их инерционности задаётся равной одной — двум секундам. На опрос модулей тратится сравнительно мало времени (порядка нескольких миллисекунд). Переход на шестнадцати разрядную шину данных даёт выигрыш во времени несколько микросекунд, что не оправдывает затраты на аппаратные средства. Увеличение разрядности шины данных приводит к увеличению контактов на соединителях модулей, а в некоторых случаях требует дополнительного соединителя, что может привести к увеличению типоразмеров плат модулей контроллера и соединительной платы. Кроме того, увеличение разрядности шины данных приводит к увеличению количества элементов в модулях и повышает трудоёмкость изготовления изделия. Поэтому увеличение разрядности контроллеров на данном этапе развития микропроцессорной техники пока экономически нецелесообразно.
Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать
![03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]](https://i.ytimg.com/vi/mjiJutISb6U/0.jpg)
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Видео:Как работает LIN шина автомобиля. K-Line L-Line шины данных. Лин шина автомобиля. Lin-bus networkСкачать
Внутренняя шина — данные
Внутренняя шина данных соединяет между собой основные части МП. Шиной называют группу линий передачи информации, объединенных общим функциональным признаком. В микропроцессорной системе используются три вида шин: данных, адресов и управления. [1]
Читайте также: 5 лет автомобильным шинам
Внутренняя шина данных представляет собой линию двусторонней связи. [3]
Внутренняя шина данных , состоящая из восьми коммутируемых линий связи, осуществляет обмен информацией внутри микросхемы. [4]
По внутренней шине данных и адресов передаются управляющая информация, 14-разрядные адреса и данные в режиме работы с разделением времени. Передача осуществляется между отдельными функциональными блоками ЦП, a также между ЦП и внешними ЗУ. Начало работы и ее окончание определяются для каждого функционального блока при помощи управляющих сигналов. [6]
ПДП, внутренняя шина данных , входная буферная схема-контроляер, два буферных ЗУ на один знакоряд и сопряженные с ними стеки, выходная буферная схема-контроллер, выходная буферная схема, схема растровой синхронизации и управления видеосигналом, счетчики знаков, строк, знакорядов, регистры светового пера. [7]
Прерывание связано с использованием внутренней шины данных микропроцессора . Схемы управления принимают решение, когда и в какой последовательности другие устройства могут пользоваться внутренней шиной данных. [9]
Регистры МП обмениваются информацией по внутренней шине данных . Устройство управления имеет каналы связи со всеми остальными узлами МП. Схема 1 уменьшает или увеличивает содержимое регистров на единицу, например счетчика команд ( программного счетчика) или указателя стека при последовательной выборке команд или данных из памяти. В программную модель МП входят только регистры A, F, УС, СК и регистры общего назначения ( РОН) — В, С, D, Е, Н, L. Регистры A, F и общего назначения являются восьмиразрядными, а регистры СК и УС — шестнадцатиразрядными. [10]
Регистр адреса памяти соединен с внутренней шиной данных микропроцессора . Какой из перечисляемых ниже объектов может явиться источником данных для загрузки этого регистра: а) счетчик команд, б) регистр общего назначения, в) память или г) все перечисленные объекты. [11]
Аккумулятор соединен с другими блоками микропроцессора внутренней шиной данных . Чем располагает аккумулятор для этих целей: а) 8 разрядами, б) 16 разрядами, в) входными и выходными портами или г) линиями с поданными на них двоичными нулями. [12]
Все функциональные узлы микропроцессора соединены с внутренней шиной данных . Какой из ниже перечисленных узлов информирует остальные о необходимости передавать данные, принимать их или не выполнять никаких действий: а) аккумулятор, б) схемы управления, в) блок микропроцессора или г) регистр команд. [13]
Каждый функциональный блок микропроцессора всегда подключен к внутренней шине данных , однако воспользоваться ею может только после получения соответствующего сигнала от схем управления. [15]
Видео:Влияние шин PCI-e и внутренней шины видеокарты на производительностьСкачать
Внутренние шины передачи информации
Общая шина, наряду с центральным процессором и запоминающим устройством, во многом определяет производительность работы компьютера, так как обеспечивает обмен информацией между функциональными узлами. Общая шина делится на три отдельные шины по типу передаваемой информации: шина адреса, шина данных, шина управления. Каждая шина характеризуется шириной — числом параллельных проводников для передачи информации. Другим важным параметром шины является тактовая частота шины — это частота, на которой работает контроллер шины при формировании циклов передачи информации.
Шина адреса предназначена для передачи адреса ячейки памяти или порта ввода-вывода. Ширина шины адреса определяет максимальное количество ячеек, которое она может напрямую адресо-
вать. Если ширина шины адреса равна я, то количество адресуемой памяти равно 2″.
Шина данных предназначена для передачи команд и данных, и ее ширина во многом определяет информационную пропускную способность общей шины. В современных компьютерах ширина шины
данных составляет 32—64.
Шина управления включает в себя все линии, которые обеспечивают работу общей шины. Ее ширина зависит от типа шины и определяется алгоритмом ее работы или, как говорят, протоколом
работы шины. Протокол работы шины состоит из нескольких циклов и выполняется контроллером шины, расположенным внутри процессора, или отдельным контроллером шины .
Приведем примерный протокол работы системной шины. Первый такт работы шины инициируется процессором, когда ему требуется произвести обмен информации с каким-либо устройством.
Процессор выставляет на шину адреса адрес порта внешнего устройства или ячейки памяти и устанавливает управляющие сигналы, показывающие, какой тип обмена и с каким устройством или памятью он собирается произвести. На втором такте работы процессор ожидает от устройства сигнала о его готовности к приему или передаче информации. Второй такт может повторяться бесконечное число раз, пока не будет получен сигнал о готовности устройства. На третьем такте процессор выставляет на шину данных передаваемую информацию при записи или открывает шину данных для приема информации. На четвертом такте происходит обмен информацией, и работа протокола передачи заканчивается.
Читайте также: Как указать износ шин
Несмотря на то, что производители компьютеров постоянно предлагают новые варианты протоколов работы общих шин, которые обеспечивают более высокую производительность операций об-
мена информацией, ее пропускная способность оказывается недостаточной для обеспечения данными таких высокопроизводительных функциональных узлов, как центральный процессор, и некоторых внешних устройств, таких, например, как видеоподсистема с высоким качеством отображения. Поэтому разработчики предлагают включать в состав компьютера дополнительные шины, связывающих напрямую центральный процессор и отдельные наиболее быстродействующие устройства. Такие шины получили название локальных шин.
Ниже приведены обозначения и основные характеристики общих и локальных шин, применяемых в персональных компьютерах фирмы IBM .
Общая шина PCI ( Peripheral Component Interconnect ) применяется в настольных компьютерах, в настоящее время используются модификации PCI 2.1-3.0, PCI 64/66, PCI — X . Тактовая частота контроллера этой шины 33,33 МГц или 66,66 МГц. Ширина шины 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям). Пиковая пропускная способность шины 533 Мбайт/С.
Общая шина PCMCIA ( Personal Computer Memory Card Inter -national Association ) применяется в переносных компьютерах класса ноутбук и имеет параметры, сравнимые с параметрами шины PCI .
Локальная шина для подключения видеоконтроллера AGP ( Acce -lerated Graphics Port ) позволяет организовать непосредственную связь видеоконтроллера и оперативного запоминающего устройства. Она ориентирована на массовую передачу видеоданных. Имеет конвейерную организацию выполнения операций чтения/записи, что позволяет избежать задержек при обращении к модулям памяти. За один такт работы может передать два, четыре или восемь блоков данных, в зависимости от установленного режима работы. При установке режима параллельной передачи восьми блоков обеспечивает пиковую скорость передачи 2112 Мбайт/С. В настоящее время для увеличения производительности видеосистемы разработана новая более быстрая и прогрессивная шина PCI Express ,
Видео:Кан шина, что это? Поймет школьник! принцип работыСкачать
Современные внутренние шины – смена приоритетов!
Среди наиболее динамично развивающихся областей компьютерной техники стоит отметить сферу технологий передачи данных: в отличие от сферы вычислений, где наблюдается продолжительное и устойчивое развитие параллельных архитектур, в «шинной» 1 сфере, как среди внутренних, так и среди периферийных шин, наблюдается тенденция перехода от синхронных параллельных шин к высокочастотным последовательным. (Заметьте, «последовательные» – не обязательно значит «однобитные», здесь возможны и 2, и 8, и 32 бит ширины при сохранении присущей последовательным шинам пакетной передачи данных, то есть в пакете импульсов данные, адрес, CRC и другая служебная информация разделены на логическом уровне 2 ).
1 Компьютерная шина (магистраль передачи данных между отдельными функциональными блоками компьютера) – совокупность сигнальных линий, объединённых по их назначению (данные, адреса, управление), которые имеют определённые электрические характеристики и протоколы передачи информации. Шины отличаются разрядностью, способом передачи сигнала (последовательные или параллельные), пропускной способностью, количеством и типами поддерживаемых устройств, протоколом работы, назначением (внутренняя, интерфейсная).
Шины могут быть синхронными (осуществляющими передачу данных только по тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в произвольные моменты времени), а также могут использовать мультиплексирование (передачу адреса и данных по одним и тем же линиям) и различные схемы арбитража (то есть способа совместного использования шины несколькими устройствами).
2 Основным отличием параллельных шин от последовательных является сам способ передачи данных. В параллельных шинах понятие «ширина шины» соответствует её разрядности – количеству сигнальных линий, или, другими словами, количеству одновременно передаваемых («выставляемых на шину») битов информации. Сигналом для старта и завершения цикла приёма/передачи данных служит внешний синхросигнал. В последовательных же каналах передачи используется одна сигнальная линия (возможно использование двух отдельных каналов для разделения потоков приёма-передачи). Соответственно, информационные биты здесь передаются последовательно. Данные для передачи через последовательную шину облекаются в пакеты (пакет – единица информации, передаваемая как целое между двумя устройствами), в которые, помимо собственно полезных данных, включается некоторое количество служебной информации: старт-биты, заголовки пакетов, синхросигналы, биты чётности или контрольные суммы, стоп-биты и т. п. Но в свете последних достижений в «железной» сфере компьютерной индустрии малое количество сигнальных линий и логически более сложный механизм передачи данных последовательных шин оборачиваются для них существенным преимуществом – возможностью практически безболезненного наращивания рабочих частот в таких пределах, каких никогда не достичь громоздким параллельным шинам с их высокочастотными проблемами ожидания доставки каждого бита к месту назначения. Проблема в том, что каждая линия такой шины имеет свою длину, свою паразитную ёмкость и индуктивность и, соответственно, своё время прохождения сигнала от источника к приёмнику, который вынужден выжидать дополнительное время для гарантии получения данных по всем линиям. Так, к примеру, каждый байт, передаваемый через линк шины PCIExpress, для увеличения помехозащищённости «раздувается» до 10 бит, что, однако, не мешает шине передавать до 0,25 ГБ за секунду по одной паре проводов. Да, ширина последовательной шины на самом деле является количеством одновременно задействованных отдельных последовательных каналов передачи.
Читайте также: Мерседес 202 давление в шинах
Все эти нововведения и смена приоритетов преследуют в конечном итоге одну цель – повышение суммарного быстродействия системы, ибо не все существующие архитектурные решения способны эффективно масштабироваться. Несоответствие пропускной способности шин потребностям обслуживаемых ими устройств приводит к эффекту «бутылочного горлышка» и препятствует росту быстродействия даже при дальнейшем увеличении производительности вычислительных компонентов – процессора, оперативной памяти, видеосистемы и так далее.
Видео:Системная шина процессораСкачать
Процессорная шина
Любой процессор архитектуры x86CPU обязательно оснащён процессорной шиной. Эта шина служит каналом связи между процессором и всеми остальными устройствами в компьютере: памятью, видеокартой, жёстким диском и так далее. Так, классическая схема организации внешнего интерфейса процессора (используемая, к примеру, компанией Intel в своих процессорах архитектуры х86) предполагает, что параллельная мультиплексированная процессорная шина, которую принято называть FSB (Front Side Bus), соединяет процессор (иногда два процессора или даже больше) и контроллер, обеспечивающий доступ к оперативной памяти и внешним устройствам. Этот контроллер обычно называют северным мостом , он входит в состав набора системной логики ( чипсета ).
Используемая Intel в настоящее время эволюция FSB – QPB , или Quad-Pumped Bus, способна передавать четыре блока данных за такт и два адреса за такт! То есть за каждый такт синхронизации шины по ней может быть передана команда либо четыре порции данных (напомним, что шина FSB–QPB имеет ширину 64 бит, то есть за такт может быть передано до 4х64=256 бит, или 32 байт данных). Итого, скажем, для частоты FSB, равной 200 МГц, эффективная частота передачи адреса для выборки данных будет эквивалентна 400 МГц (2х200 МГц), а самих данных – 800 МГц (4х200 МГц) 3 .
3 Кстати, именно результирующей «учетверённой» частотой передачи данных (как и в случае с «удвоенной» передачей DDR-шины, где данные передаются дважды за такт) хвастаются производители и продавцы, умалчивая тот факт, что для многочисленных мелких запросов, где данные в большинстве своём умещаются в одну 64-байтную порцию (и, соответственно, не используются возможности DDR или QDR/QPB), на чтение/запись важнее именно частота тактирования.
В архитектуре же AMD64 (и её микроархитектуре K8), используемой компанией AMD в своих процессорах линеек Athlon 64/Sempron/Opteron, применён революционно новый подход к организации интерфейса центрального процессора – здесь имеет место наличие в самом процессоре нескольких отдельных шин. Одна (или две – в случае двухканального контроллера памяти) шина служит для непосредственной связи процессора с памятью, а вместо процессорной шины FSB и для сообщения с другими процессорами используются высокоскоростные шины HyperTransport. Преимуществом данной схемы является уменьшение задержек (латентности) при обращении процессора к оперативной памяти, ведь из пути следования данных по маршруту «процессор – ОЗУ» (и обратно) исключаются такие весьма загруженные элементы, как интерфейсная шина и контроллер северного моста.
Различия реализации классической архитектуры и АМD-K8
Различия реализации классической архитектуры и АМD-K8
Ещё одним довольно заметным отличием архитектуры К8 является отказ от асинхронности, то есть обеспечение синхронной работы процессорного ядра, ОЗУ и шины HyperTransport, частоты которых привязаны к «шине» тактового генератора (НТТ), которая в этом случае является опорной. Таким образом, для процессора архитектуры К8 частоты ядра и шины HyperTransport задаются множителями по отношению к НТТ, а частота шины памяти выставляется делителем от частоты ядра процессора 4
4 Пример: для системы на базе процессора Athlon 64-3000+ (1,8 ГГц) с установленной памятью DDR-333 стандартная частота ядра (1,8 ГГц) достигается умножением на 9 частоты НТТ, равной 200 МГц, стандартная частота шины HyperTransport (1 ГГц) – умножением НТТ на 5, а частота шины памяти (166 МГц) – делением частоты ядра на 11.
В классической же схеме с шиной FSB и контроллером памяти, вынесенным в северный мост, возможна (и используется) асинхронность шин FSB и ОЗУ, а опорной частотой для процессора выступает частота тактирования 5 (а не передачи данных) шины FSB, частота же тактирования шины памяти может задаваться отдельно. Из наиболее свежих чипсетов возможностью раздельного задания частот FSB и памяти обладает NVIDIA nForce 680i SLI, что делает его отличным выбором для тонкой настройки системы (разгона).
- 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
С чего начать ремонт ЭБУ: Типы шин данных, CANСкачать
Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!Скачать
СПРОСИ ЭКСПЕРТА: Выпуск 1. Чем отличается шина данных от ETL?Скачать
Шина данныхСкачать
С чего начать ремонт ЭБУ: Типы шин данных, k lineСкачать
CAN шина👏 Как это работаетСкачать
Шина ДанныхСкачать
Подробно про CAN шинуСкачать
Передача данных - шина SPIСкачать
Интеграционные шиныСкачать
Плюсы и минусы сервисной шины данных I Enterprise service bus (ESB) I kt.teamСкачать
Как работает компьютерная память: что такое RAM, ROM, SSD, HDD и в чем разница?Скачать
Урок №18. Цифровые интерфейсы современного автомобиля: шины данных CAN и LINСкачать
Межсервисная шина данных на Apache Kafka | Павел Агалецкий | DevOps Meetup 2022| СберМаркет TechСкачать
