Глава 1. Компьютер. Программное и аппаратное обеспечение

Содержание

Магистраль: шина данных шина адреса и шина управления. Шины периферийных устройств
Магистраль
Шина данных
Шина адреса
Шина управления
Магистральные и распределительные шинопроводы
💥 Видео

Магистраль: шина данных шина адреса и шина управления. Шины периферийных устройств

Вспомним, на прошлом уроке рассматривалось устройство материнской платы. Рассмотрим более подробно, какие же логические устройства можно установить на системную плату, т.к. системная плата наравне с процессором является основным устройством любого современного компьютера. Так же необходимость более подробного знакомства с системной платой обусловлено тем, что на системных платах реализуются шины различных типов. В гнёзда расширения системной платы устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п.

Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования быстродействия на системной плате, как было сказано на прошлом уроке, устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост). (см. рис. 1)

Северный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной шине. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота шины — 100 МГц).

К северному мосту подключается шина PCI ( Peripherial Component Interconnect bus — шина взаимодействия периферийных устройств), которая обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств. Частота контроллеров меньше частоты системной шины, например, если частота системной шины составляет 100 МГц, то частота шины PCI обычно в три раза меньше — 33 МГц. Контроллеры периферийных устройств (звуковая плата, сетевая плата, SCSI -контроллер, внутренний модем) устанавливаются в слоты расширения системной платы.

По мере увеличения разрешающей способности монитора и глубины цвета требования к быстродействию шины, связывающей видеоплату с процессором и оперативной памятью, возрастают. В настоящее время для подключения видеоплаты обычно используется специальная шина AGP ( Accelerated Graphic Port — ускоренный графический порт), соединенная с северным мостом и имеющая частоту, в несколько раз большую, чем шина PCI .

Южный мост обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования.

Устройства хранения информации (жесткие диски, CD — ROM , DVD — ROM ) подключаются к южному мосту по шине UDMA ( Ultra Direct Memory Access — прямое подключение к памяти).

Мышь и внешний модем подключаются к южному мосту с помощью последовательных портов, которые передают электрические импульсы, несущие информацию в машинном коде, последовательно один за другим. Обозначаются последовательные порты как СОМ1 и COM2, а аппаратно реализуются с помощью 25-контактного и 9-контактного разъемов, которые выведены на заднюю панель системного блока.

Принтер подключается к параллельному порту, который обеспечивает более высокую скорость передачи информации, чем последовательные порты, так как передает одновременно 8 электрических импульсов, несущих информацию в машинном коде. Обозначается параллельный порт как LPT , а аппаратно реализуется в виде 25-контактного разъема на задней панели системного блока.

Для подключения сканеров и цифровых камер обычно используется порт USB ( Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), который обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств.

Клавиатура подключается обычно с помощью порта PS/2 или USB .

Все устройства (модули) компьютера подключаются к магистрали. Однако, непосредственно к магистрали можно подключить лишь процессор и оперативную память, остальные устройства подключаются с помощью специальных согласующих устройств — контроллеров (контроллер клавиатуры, контроллер дисководов, видеоадаптер и т.д.)

Рассмотрим структуру магистрали (системной шины), т.к. модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации.

Магистраль

Магистраль или системная шина — это набор электронных линий, связывающих воедино по адресации памяти, передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства.

Видео:СПРОСИ ЭКСПЕРТА: Выпуск 1. Чем отличается шина данных от ETL?Скачать

Системная магистраль осуществляет обмен данными между процессором или ОЗУ с одной стороны и контроллерами внешних устройств компьютера с другой стороны.

Обмен информацией между отдельными устройствами ЭВМ производится по трем многоразрядным шинам, соединяющим все модули, —

Шины представляют собой многопроводные линии. Тип системных шин, применяемых в компьютерах с невысокой производительностью — ISA. Это дешевая но «малоинтеллектуальная» шина. Она может обеспечивать обмен с клавиатурой, дисплеем (алфавитно-цифровым), дисководами для гибких дискет, принтерами и модемами. Однако ее возможностей не достаточно для работы с дисководами для жестких дисков, видеоконтроллерами, адаптерами локальных сетей и т.п.

Шина MCA — более производительная, но не совместима с ISA, поэтому не нашла широкого применения.

Читайте также: Какие шины лучше continental или nokian

Шина EISA — совместима с ISA , значительно дороже, чем ISA и не всегда обеспечивая нужную скорость обмена.

Шина VESA (VL) — более дешевая шина, используется в сочетании с ISA или с EISA.

Шина PCI — конкурент шины VESA , используется в PENTIUM в сочетании с ISA или EISA.

Рис 2. Магистрально-модульный принцип

Как уже было сказано, подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает — это функция контроллера. Поэтому внешние устройства ЭВМ заменяемы, и набор таких модулей произволен.

Шина данных

По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении, т. е. шина данных является двунаправленной.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники.

За 25 лет, со времени создания первого персонального компьютера (1975г.), разрядность шины данных увеличилась с 8 до 64 бит.

К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с устройств ввода, пересылка данных на устройства вывода.

Шина адреса

Шина адреса предназначена для передачи по ней адреса того устройства (или той ячейки памяти), к которому обращается процессор. Адрес на нее выдает всегда только процессор. По шине данных передается вся информация. При операции записи информацию на нее выставляет процессор, а считывает то устройство (например, память или принтер), адрес которого выставлен на шине адреса. При операции чтения информацию выставляет устройство, адрес которого выставлен на шине адреса, а считывает процессор.

Таким образом, каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

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

Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора, т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

N =2 I , где I — разрядность шины адреса.

Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т. е. максимальный объем адресуемой памяти:

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 32 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:

N == 2 32 = 4 294 967 296 = 4 Гб

В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются. Несмотря на то, что общий объем адресуемой памяти достигает 4 Гбайт, величина фактически установленной оперативной памяти может быть значительно меньше — 32 Мбайта.

Аппаратно на системных платах реализуются шины различных типов. В компьютерах РС/286 использовалась шина ISA (Industry Standard Architecture), имевшая 16-разрядную шину данных и 24-разрядную шину адреса. В компьютерах РС/386 и РС/486 используется шина EISA (Extended Industry Standard Architecture), имеющая 32-разрядные шины данных и адреса. В компьютерах PC/ Pentium используется шина PCI (Peripheral Component Interconnect), имеющая 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.

Шина управления

По шине управления передаются сигналы такие, например, как сигналы чтения, записи, готовности, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами. Кроме того, каждое внешнее устройство, которому нужно обратиться к процессору, имеет на этой шине собственную линию. Когда периферийное устройство «хочет обратиться» к процессору, оно устанавливает на этой линии специальный сигнал (сигнал прерывания), заметив который, процессор прерывает выполняемые в этот момент действия и обращается (командой чтения или записи) к устройству.

Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти (см. таблицу). Убедившись, что шина в данный момент свободна, процессор помещает на шину адреса требуемый адрес и устанавливает необходимую служебную информацию (операция – чтение, устройство – ОЗУ и т.п.) на шину управления. Теперь ему остается только ожидать ответа от ОЗУ. Последний, “увидев” на шине обращенный к нему запрос на чтение информации, извлекает содержимое необходимой ячейки и помещает его на шину данных. Разумеется, реальный процесс значительно подробнее.

Читайте также: Шины магнум 185 75 r16

Особо отметим, что обмен по шине при определенных условиях и при наличии определенного вспомогательного оборудования может происходить и без непосредственного участия процессора, например, между устройством ввода и внутренней памятью.

Подчеркнем также, что описанная нами функциональная схема на практике может быть значительно сложнее. Современный компьютер может содержать несколько согласованно работающих процессоров, прямые информационные каналы между отдельными устройствами, несколько взаимодействующих магистралей и т.д. Тем не менее, если понимать наиболее общую схему, то разобраться в конкретной компьютерной системе будет уже легче.

Магистральная структура позволяет легко подсоединять к компьютеру именно те внешние устройства, которые нужны для данного пользователя. Благодаря ей удается скомпоновать из стандартных блоков любую индивидуальную конфигурацию компьютера.

Таким образом, Все устройства (модули) компьютера подключаются к магистрали. Однако, непосредственно к магистрали можно подключить лишь процессор и оперативную память, остальные устройства подключаются с помощью специальных согласующих устройств — контроллеров (контроллер клавиатуры, контроллер дисководов, видеоадаптер и т.д.)

Необходимость использования контроллеров вызвана тем, что функциональные и технические параметры компонентов компьютера могут существенно различаться, например, их быстродействие. Так, процессор может проводить сотни миллионов операций в секунду, тогда как пользователь может вводить с клавиатуры, в лучшем случае 2-3 знака в секунду. Контроллер клавиатуры как раз и обеспечивает согласование скорости ввода информации со скоростью ее обработки.

Контроллер жестких дисков обычно находится на системной плате. Существуют различные типы контроллеров жестких дисков, которые различаются по количеству подключаемых дисков, скорости обмена информацией, максимальной емкости диска и др.

Видео:Архитектура ПК: Магистрально-модульный принцип построения ПК. Центр онлайн-обучения «Фоксфорд»Скачать

Магистральные и распределительные шинопроводы

Шинопровод — это жесткий токопровод на напряжение до 1 кВ заводского изготовления, поставляемый комплектными секциями.

В цехах предприятий, где стайки и механизмы расположены по всей площади рядами и часто перемещаются вследствие изменения технологического процесса производства, в качестве питающих магистральных линий и распределительной сети применяют магистральные и распределительные закрытые шинопроводы.

Основными достоинствами шинопроводов являются:

а) экономия цветных металлов в магистральной и распределительной сети,

в) гибкость в эксплуатации,

г) простота и надежность осмотра в условиях эксплуатации.

По конструктивному исполнению шинопроводы могут быть открытыми, защищенными и закрытыми.

Открытые шинопроводы применяют для магистральных сетей в помещениях с нормальной средой. К шинопроводам открытого типа относятся шинные магистрали и открытые крановые троллеи.

Их выполняют алюминиевыми шинами, прокладываемыми по изоляторам, прикрепленным к фермам и колоннам цеха, при этом должны соблюдаться нормы минимальных высот и наименьших расстоянии до трубопроводов и технологического оборудования. В производственных помещениях шинопроводы прокладывают на высоте не менее 3,5 м от уровня пола и не менее 2,5 м от настила мостового крана. Проход открытых шинопроводов через перекрытия, стены и перегородки выполняют в проемах или изоляционных плитах. В местах, опасных по условиям возможности прикосновения, открытые шинопроводы закрывают металлическими сетками или коробами.

Защищенные и закрытые шинопроводы являются основным видом сетей , применяемых для внутрицехового распределения электроэнергии.

У защищенных шинопроводов шины ограждены сеткой, коробом из перфорированных листов и т. п., предотвращающими случайное прикосновение к шинам и попадание на них посторонних предметов. У закрытых шинопроводов шины закрыты сплошным коробом.

Шинопроводы в защищенном исполнении устанавливают на высоте не менее 2,5 м от пола. Закрытые шинопроводы устанавливают на любой высоте. Это представляет большие удобства при монтаже цеховых электросетей, так как шинопровод можно прокладывать вдоль линии станков на высоте 0,5 — 1 м. Это уменьшает длину ответвлений от шинопровода к станку.

По своему назначению шинопроводы бывают магистральными и распределительными.

Магистральные рассчитаны на большие токи (1600 — 4000 А) и на несколько присоединений к ним ответвлений для питания потребителей (два места на каждые 6 м).

Распределительные шинопроводы рассчитаны на токи до 630 А и большое количество мест (3 — 6) на трехметровой секции для подключения электроприемников.

Видео:Левые и правые шины. Асимметричные и направленные. Разница?Скачать

Читайте также: Сдувается шина без прокола

В цехах промышленных предприятий широко используют закрытые распределительные шинопроводы. Их изготовляют на заводах и поставляют в виде комплекта из прямых участков — секций (длина прямой секции 3 м), снабженных переходными элементами для последовательного соединения ряда секций, устройства ответвлений (ответвительные коробки), а также вводных коробок, присоединяющих шинопроводы к питающей сети.

Ответвительные коробки шинопроводов

Ответвительные коробки шинопроводов предназначены для подключения станков и механизмов. В них устанавливают автоматы или предохранители. Подключаются электроприемиики к шинопроводу с помощью ответвительных коробок со штепсельными контактами (без снятия напряжения с шинопровода) или болтовыми соединениями. Соответственно шинопроводы называют штепсельными или шинопроводами с глухими отпайками. Наибольшее распространение получили штепсельные шинопроводы.

Ответвление от шинопроводов к производственным механизмам выполняется в стальных тонкостенных трубах. Шинопроводы крепят к фермам, подвешивают на подвесках к строительным конструкциям цеха или устанавливают на стойках.

Типовые комплектные магистральные шинопроводы серии ШМА-73 выпускают на поминальные токи 1600, 2500 и 4000 А напряжением до — 1000 В, а распределительные штепсельные шинопроводы серии ШРА-73 — на токи 250, 400 и 630 А напряжением до 380 В.

Магистральные шинопроводы ШМА

Магистральные шинопроводы типа ШМА в защищенном исполнении имеют три шины. Нулевой шиной шинопровода служат два алюминиевых уголка, расположенных вне корпуса и используемых для крепления шинопроводов. Каждая фаза шинопровода ШМА выполнена из двух алюминиевых изолированных шин прямоугольного сечения.

Магистральный шинопровод ШМА комплектуют из прямых секций длиной 0,75, 1,5, 3 и 3,5 м., угловых, тройниковых, ответвительных, присоединительных и подгоночных секций. Кроме того, выполняют специальные секции: гибкие — для обхода препятствий и фазировочные — для изменения чередования фаз. Основной вид секций шинопроводов ШМА — прямая длиной 3 м. Из набора секций комплектуют шинопровод любой сложности. Шины смежных секций соединяют сваркой или специальным одноболтовым сжимом. Стремятся наибольшее число секций шинопровода вополнять сваркой.

Существует модернизированная конструкция шинопровода ШМА, который имеет четыре шины, расположенных внутри корпуса, — три фазные и одну нулевую.

Для магистралей постоянного тока и ошиновки главных приводов прокатных станов применяются магстральные шинопроводы постоянного тока ШМАД.

Распределительные шинопроводы ШРА

Распределительные шинопроводы ШРА состоят из прямых секций длиной 3 м и угловых секций.

Видео:Какая шина лучше всего для хард эндуро? Michelin Medium??Скачать

Элементы (секции) распределительного шинопровода 1 — заглушка, закрывающая место резервною присоединения, 2 — ответвительная коробка с предохранителями, 3 — ответвительная коробка с автоматическим выключателем (видна рукоятка автоматическим выключателем), 4— коробка с сигнальными лампами, указывающими наличие напряжения, 5 — вводная коробка

На рисунке показан общий вид распределительного штепсельного шинопровода серии ШРА-73 (четырехпроводного).

Все четыре шины (три фазовых проводника и нулевой) изготовлены из неизолированных алюминиевых шин прямоугольного сечения. Сечение фазовых и нулевого проводников одинаково. Шины секций шинопровода соединяют болтами. Каждая прямая трехметровая секция имеет восемь штепсе льных окон для присоединения ответвительных коробок. Расстояние между ответвительными коробками 1 м. В ответвительной коробке устанавливаются автомат АЕ20 или А37 или предохранители ПН2 на номинальный ток 100 А.

Существуют также распределительные четырехпроводные шинопроводы ШРМ с медными шинами на 100 А переменного тока напряжением 380/220 В. Шинопроводы ШРМ обеспечивают присоединения как трехфазных, так и однофазных электроприемников, в том числе мощных светильников.

Применение магистральных шинопроводов: а — пример схемы кабельной сети, б — пример схемы шинопроводной сети, в — прокладка магистральных шинопроводов

Применение распределительных шинопроводов

Осветительные шинопроводы ШОС

Осветительные шинопроводы на 25 А, 380/220 В типа ШОС — четырехпроводные, с круглыми изолированными проводниками 6 мм2. Длина секций шинопровода ШОС — 3 м. Секция имеет шесть штепсельных однофазных присоединений (фаза — нуль) через каждые 0,5 м. В комплекте с шинопроводами ШОС идут штепсельные вилки на 10 А, прямые секции угловые , гибкие и вводные. С помощью набора этих элементов подбирают комплектный шинопровод для трасс любой сложности. Смежные секции шинопровода соединяют стыком с дополнительным закреплением двумя винтами.

Светильники подвешивают непосредственно к шинопроводу ШОС с помощью хомута с крючком и присоединяют к любому штепсельному соединению. Максимальное расстояние между точками крепления 2 м. В тех случаях, когда светильники не устанавливаются на коробках шинопроводов, шаг крепления шинопроводов ШОС67 может быть увеличен до 3 м.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

источники:

Видео:Лекция 281. Шина ISAСкачать