Определить пропускную способность шины данных (5 видео)

Современные ЭВМ весьма разнообразны как по своему устройству, так и по исполняемым функциям.

Если рассматривать ЭВМ по их функциональности, можно условно классифицировать их:

2. «Учебные» ЭВМ (упрощенной архитектуры);

3. «Профессиональные» ЭВМ (рабочие станции на производстве, в офисе и др.);

4. ЭВМ-серверы (управление рабочими станциями, объединенными в сети, хранение больших массивов информации и т.д.) и др.

В зависимости от выполняемых функций и, благодаря открытой архитектуре устройство ЭВМ весьма разнообразно. В результате научно-технического развития архитектура ЭВМ постоянно усовершенствуется (эволюционирует).

Открытая архитектура современных ПК:

Архитектура ЭВМ – это наиболее общие принципы построения, реализующие программное управление взаимодействием её основных узлов. Архитектура ЭВМ – это, прежде всего блоки и устройства, а также структура связей между ними.

Блоки и устройства, составляющие архитектуру ПК, кроме того разделяют на две группы:

· внутренние устройства;

· внешние (периферийные) устройства.

Внутренние устройства, вероятно, получили такое обобщающее название, так как объединены в одном корпусе, называемом системным блокомПК.

Внешний вид и размеры корпусов системных блоков разнообразны. Однако обязательным для всех корпусов элементом являются разъёмы для подключения внешних устройств и интерфейс управления.

При огромном разнообразии вариантов, составляемых из устройств, систем, помещенных в корпус системного блока, обязательно наличие минимальной их комплектации.

К «обязательным» относятся:

· Блок питания. В среднем мощность их составляет 100 – 400 Вт. Чем больше устройств в системе, тем большую мощность должен иметь блок питания. (Средняя мощность 200 – 300 Вт).

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

· Системная (материнская) плата. Это многофункциональное устройство является центральным для ЭВМ с открытой архитектурой. По физическому строению она представляет собой очень сложно организованную многослойную печатную плату.

С точки зрения функциональности системная плата выполняет комплекс функций по интеграции устройств и обеспечению их взаимодействия.

По мере того, как элементы конфигурации архитектуры ЭВМ стандартизируется, реализуется тенденция включения их в состав материнской платы.

Первая материнская плата была разработана фирмой IBM в августе 1981 года (PC-1). С самого начала материнская плата задумывалась как компонент, обеспечивающий механическое соединение и электрическую связь между всеми прочими аппаратными средствами. Кроме этих функций, она также осуществляет подачу электроэнергии (питание) на компоненты компьютера.

Архитектура современной системной платы (обобщенная).

Современная МП содержит большое количество контроллеров (специализированных микропроцессоров) обеспечивающих взаимодействие всех устройств. Они реализованы в двух наборах микросхем, исторически получивших название «северный мост» и «южный мост» или чипсетов.

· Контроллер-концентратор памяти, или «северный мост» (англ. North Bridge) обеспечивает работу процессора, оперативной памяти и видеоподсистемы;

· Контроллер-концентратор ввода-вывода, или «Южный мост» (англ. South Bridge) обеспечивает работу с внешними устройствами.

Пропускная способность шины.

Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различаются.

Быстродействие устройства зависит от:

· тактовой частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах – МГц);

· и разрядности, т.е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт (промежуток времени между подачей электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств ПК).

Соответственно скорость передачи данных – пропускная способность соединяющих эти устройства шин также должна различаться. Пропускная способность шины равна разрядности шины (биты) умноженной на частоту шины (Гц – герцы. 1Гц = 1 такт в секунду).

Системная шина (FSB от англ. Front Side Bus) осуществляет передачу данных между «Северным мостом» и микропроцессором. В современных ПК системная шина имеет разрядность 64 бита и частоту 400 МГц – 1600 МГц.

Читайте также: Шины в кирове tigar

Пропускная способность может достигать 12,5 Гбайт/с.

Видео:Влияние шин PCI-e и внутренней шины видеокарты на производительностьСкачать

Шина памяти осуществляет передачу данных между «Северным мостом» и оперативной памятью ПК. Имеет те же показатели, что и системная шина.

Шина PCI Express (Peripherial Component Interconnect Bus Express – ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств) осуществляет передачу данных между «Северным мостом» и видеоплатой (видеокартой). Пропускная способность этой шины может достигать 32 Гбайт/с.

Шина SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment – последовательная шина подключения накопителей) осуществляет передачу данных между «Южным мостом» и устройством внешней памяти (жесткие диски, CD и DVD дисководы, дискеты). Пропускная способность может достигать 300 Мбайт/с.

Шина USB (англ. Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) осуществляет передачу данных между «Южным мостом» и разнообразными внешними устройствами (сканерами, цифровыми камерами и др.). Пропускная способность до 60 Мбайт/с. Обеспечивает подключение к ПК одновременно до 127 периферийных устройств.

Другие важные функции системной платы – обеспечение механического соединения и электрической связи между всеми прочими аппаратными средствами, а также подачи на них питания.

Существует большое разнообразие конструктивных решений системных плат.

Одной из характеристик системной платы является форм-фактор (AT/ATX). Она определяет размеры системной платы и расположений на ней компонентов аппаратных средств.

Упрощенная схема размещения компонентов СП.

Центральным блоком ПК считается расположенный в специальном разъёме системной платы электронный блок получивший название процессорили микропроцессор.

Первоначально микропроцессор объединил на одном кристалле кремния СБИС арифметико-логического устройства (АЛУ) и устройства управления (УУ).

Выполняемые микропроцессором команды предусматривают обычно арифметические действия, логические операции, передачу управления и перемещение данных между регистрами, оперативной памятью и портами ввода-вывода. С внешними устройствами микропроцессор сообщается благодаря своим шинам адреса, данных и управления, выведенным на специальные контакты корпуса микросхемы.

Устройство управления вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по шинам инструкций во все блоки ЭВМ.

Упрощенная схема УУ

Регистр команд – запоминающий регистр, в котором хранится код команды: код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции.

Постоянное запоминающее устройство микропрограмм – хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках ПК операций обработки информации. Дешифратор операций, считывая код операции из регистратора команд, выбирает в ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов – код команды.

Узел формирования адреса – устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступающим из регистра команд.

Кодовые шины данных, адреса и инструкций – части внутренней шины микропроцессора, осуществляющие передачу сигналов между процессором и другими устройствами ПК.

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

В общем случае УУ формирует управляющие сигналы для выполнения следующих основных процедур:

· выборки из регистра — счетчика адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;

· выборки из ячеек ОЗУ, когда очередной команды и приёма считанной команды в регистр команд;

· расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;

· считывания из соответствующих расшифрованному коду операций ячеек ПЗУ микропрограмм управляющих сигналов (импульсов), определяющих во всех блоках ЭВМ процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управляющих сигналов в эти блоки;

· считывания из регистра команд и регистром МПП (микропроцессорной памяти) отдельных составляющих адресов операндов;

· выборки операндов и выполнения заданной операции их обработки;

· записи результатов в памяти;

Читайте также: Шины для автомобиля sx4

· формирование адреса следующей команды программы.

Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.

Определить пропускную способность шины данных

Из двух обсуждаемых в этом разделе ресурсов, один (пропускная возможность) начинающие системные администраторы часто понимают с трудом, тогда как другой (вычислительная мощность) — обычно постигают намного легче.

Кроме того, кажется, что эти два ресурса не так близки друг к другу — зачем же обсуждать их вместе?

Объясняется это тем, что эти ресурсы зависят от оборудования, в совокупности дающего компьютеру способность перемещать и обрабатывать данные. И поэтому их отношения часто переплетены.

По сути, пропускная способность — это способность передавать данные, другими словами, это понятие определяет, как много данных может быть перенесено из одной точку в другую за определённый период времени. Обмен данными между двумя точками подразумевает две вещи:

Чтобы обмен данными был возможен на низком уровне, используется набор электрических проводников

Видео:Системная шина процессораСкачать

Чтобы обмен данными проходил эффективно и надёжно, используется некоторый протокол.

В компьютере есть два вида компонентов, удовлетворяющие этим требованиям:

Эти компоненты будут рассмотрены в следующих разделах.

Как было сказано ранее, шины дают возможность осуществлять обмен данными, и используют некоторый протокол, благодаря которому весь обмен происходит контролируемым образом. Однако шины имеют и другие выделяющиеся черты:

Стандартизированные электрические характеристики (например, количество проводников, уровни напряжения, скорости сигналов и т.д.)

Стандартизированные механические характеристики (например, тип соединения, размер платы, физическая конструкция и т.д.)

Слово «стандартизированный» важно, потому что шины представляют собой основной способ соединения различных компонентов компьютера вместе.

Во многих случаях шины позволяют соединять оборудование, выпущенное разными производителями; без стандартизации это было бы невозможно. Однако, даже в ситуациях, когда права на шину принадлежат одному производителю, стандартизация важна, так как она позволяет этому производителю гораздо легче реализовывать разные компоненты, используя общий интерфейс — саму эту шину.

Куда бы внутрь компьютера вы не заглянули, вы увидите шины. Вот лишь некоторые примеры самых распространённых из них:

Шины устройств хранения (ATA и SCSI)

Шины памяти (PC133 и Rambus ®)

Шины расширения (PCI, ISA, USB)

Магистрали данных, возможно, не так легко увидеть, но, так же, как и шины, они повсюду. И подобно шинам, магистрали данных позволяют обмениваться данными двум точкам. Однако в отличие от шин, магистрали данных:

Работают по более простому протоколу (или вообще без него)

Характеризуются меньшим количеством или отсутствием стандартов механической части

Причина этих отличий в том, что магистрали данных обычно расположены внутри определённых компонентов системы и не предназначены для соединения различных компонентов. Поэтому магистрали данных сильно оптимизированы именно для такого использования, когда скорость и низкая цена лучше, чем более медленная и дорогая универсальная гибкость.

Примерами типичных магистралей данных являются:

Видео:Системная шина персонального компьютера AGPСкачать

Магистраль данных от процессора к внутреннему кэшу

Магистраль от графического процессора к видеопамяти.

Проблемы, связанные с пропускной способностью (как шин, так и магистралей данных), могут возникать по двум причинам:

Шина или магистраль данных может представлять собой разделяемый ресурс. В этом случае большая конкуренция устройств шины снижает эффективную пропускную способность, доступную для всех этих устройств.

Хороший пример этого — шина SCSI с несколькими активно работающими дисками. Эти диски загружают шину SCSI так, что другим устройствам шины остаётся очень небольшая часть полосы пропускания. В результате получается, что скорость ввода/вывода всех устройств этой шины снижается, хотя каждое отдельное устройство работает не с полной отдачей.

Читайте также: Положительная шина что это

Шина или магистраль данных могут быть выделенным ресурсом с фиксированным числом подключенных устройств. В этом случае доступную пропускную способность ограничивают электрические характеристики шины (и в некоторой мере свойства используемого протокола). Обычно это больше касается магистралей данных, чем шин. Именно поэтому графические адаптеры обычно работают медленнее при большом разрешении или глубине цвета, так как при каждом обновлении экрана по магистрали от видеопамяти к графическому процессору передаётся больше данных.

К счастью, проблемы пропускной способности можно решить. И на самом деле вы можете сделать это несколькими способами:

Увеличить пропускную способность

Эти подходы будут рассмотрены в следующих разделах.

Первый подход заключается в более равномерном распределении нагрузки на шину. Другими словами, если одна шина перегружена, а вторая свободна, возможно, ситуацию можно улучшить, перенеся на свободную шину какую-то нагрузку.

Это первое, о чём вы должны подумать, как системный администратор, так как часто в компьютере уже имеются дополнительные шины. Например, во многих компьютерах есть как минимум два ATA- канала (это ещё одно название шины). Если у вас есть два диска ATA и два канала ATA, зачем подключать оба диска к одному каналу?

Даже если в вашем компьютере нет дополнительных шин, распределение нагрузки по-прежнему может иметь смысл. Расходы на приобретение недостающего оборудования будут меньше, чем на приобретение нового более мощного компьютера.

На первый взгляд снижение нагрузки и её распределение кажутся разными сторонами одной монеты. Ведь когда нагрузка распределяется, она уменьшается (по крайней мере на перегруженной шине), не так ли?

Хотя эта точка зрения справедлива, всё же перераспределение отличается от глобального снижения нагрузки. Здесь важно определить, есть ли в нагрузке системы что-то такое, что сильно загружает конкретную шину. Например, если сильно загружена сеть, весь ли трафик необходим? Возможно, причиной массированных операций чтения/записи является небольшой временный файл. Если этот временный файл находится на сетевом файловом сервере, работая с этим файлом локально, можно ликвидировать значимую часть сетевого трафика.

Очевидное решение проблемы нехватки пропускной способности — как-то её увеличить. Однако обычно это решение требует больших затрат. Рассмотрим, например, SCSI-контроллер и перегруженную шину, к которой он подключен. Для увеличения пропускной способности SCSI-контроллера, его (а также, скорее всего, все подключенные к нему устройства) нужно заменить более быстрым оборудованием. Если SCSI-контроллер представляет собой отдельную плату, это довольно простая операция, но если он является частью материнской платы компьютера, экономически обосновать такую замену оказывается гораздо сложнее.

Все системные администраторы должны помнить о пропускной способности, и о том, как на неё влияют конфигурация компьютера и характер его использования. К сожалению, не всегда сразу видно, какие проблемы связаны с полосой пропускания, а какие — нет. Иногда проблема заключается не в самой шине, а в одном из подключенных к ней компонентов.

Видео:Введение в пропускную способность(видео 10) | Теория информации | ПрограммированиеСкачать

Например, рассмотрим SCSI-адаптер, подключенный к шине PCI. Если производительность ввода/вывода SCSI-дисков неудовлетворительна, причиной тому может быть низкая скорость SCSI-адаптера, хотя пропускная способность самих шин SCSI/PCI может быть гораздо выше.