Проводящая линия такая как шина данных это

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.

Видео:CAN шина👏 Как это работаетСкачать

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.

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.

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

Видео:Компьютерная диагностика авто. K-линия и CAN шинаСкачать

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.

Читайте также: Направляющая шина для дисковой пилы своими руками из фанеры

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).

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:

Видео:Как работает LIN шина автомобиля. K-Line L-Line шины данных. Лин шина автомобиля. Lin-bus networkСкачать

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.

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.

Читайте также: Шины континенталь р17 215 55

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.

Шина данных

Видео:С чего начать ремонт ЭБУ: Типы шин данных, k lineСкачать

Компьютер представляет собой, по существу, совокупность регистров для хранения данных, АЛУ и средств перемещения чисел между ними по мере необходимости. Поэтому пересылка данных играет ключевую роль. Мультиплексор (см. разд. 13.16) ведет себя как электронный переключатель, и его можно применить для пересылки данных к месту их назначения. Поэтому мы могли бы представить себе компьютер как систему с такими мультиплексорами на входе каждого регистра, у которых входы соединены с выходами всех других регистров. К сожалению, такая конструкция становится чрезвычайно запутанной, как это демонстрирует рис. 14.6, даже в том случае, когда имеется только четыре регистра и у каждого из них лишь один разряд. Если теперь принять во внимание, что даже у маленького компью-

Рис. 14.6. Сложность «звездообразных» соединений между регистрами для пересылки данных.

тера память состоит из более чем миллиона регистров по 16 разрядов в каждом, то становится ясной непрактичность так организованных взаимных соединений. Хотелось бы построить «систему железных дорог» с индивидуальными подъездными путями и поездами, курсирующими между любой парой станций, из числа тех, между которыми предположительно может захотеть совершить путешествие какой-либо пассажир.

Точно так же, как в реальной жизни на железной дороге один путь связывает между собой многие станции, так и при передаче данных используется сигнальная шина, чтобы соединить между собой все регистры. Шина (bus) — это вполне уместное название, происходящее от латинского omnibus (дословно: для всех), поскольку она служит магистралью для данных (data highway), по которой могут обмениваться числами любые два блока цифровой системы. Аналогию с железной дорогой нельзя продолжать слишком далеко, так как по одному пути могут одновременно ехать несколько поездов, тогда как по электрической шине данных в каждый момент времени может передаваться только одно число. Поэтому передача по шине носит последовательный характер, а связь между регистрами происходит в очень быстрой последовательности. У шинной организации передачи данных три отличительные черты.

1. Выход любой схемы, не посылающей данные в текущем отрезке времени, должен находиться в состоянии с большим выходным сопротивлением, чтобы не испортить сигналы на шине.

2. Любой блок, подключенный к шине, имеет свой собственный адрес или номер.

3. В дополнение к адресным линиям и линиям данных необходимы линии для сигналов управления. Это может быть единственная линия чтения/

Рис. 14.7. Простота пересылки данных по шине.

записи или несколько линий для выбора одного из дополнительных внешних устройств, когда, как это иногда случается, различные устройства имеют одинаковые адреса.

Такой принцип шинного обмена данными приводит к упрощению схемной реализации, как это видно из рис. 14.7. Здесь показаны четыре регистра, для которых требуются всего лишь 2 разряда в адресе: 00, 01, 10 и 11. В реальной компьютерной системе нужны более широкие возможности в отношении адресов; например, даже «крошечной» памяти объемом 64 Кбайта (64 1024 байт) требуется 16 адресных линий для ее 65 536 ячеек.

Видео:Кан шина, что это? Поймет школьник! принцип работыСкачать

На рисунке ради наглядности показана шина, состоящая из одной линии, но на практике бывают шины из 8 или 16 линий для передачи 1- или 2-байтовых чисел. Все входы можно подключить к шине параллельно без какого-либо ущерба, тогда как выходы должны обладать достаточной нагрузочной способностью (соответствующим коэффициентом разветвления по выходу). Сами выходы, как подчеркивалось выше, не должны нагружать шину, если вызовом по адресным линиям и посылкой импульса «чтение» не подана команда передавать данные. Выход обычного базового элемента TTJI не годится для непосредственного подключения к шине, так как он специально рассчитан на то, чтобы его выходное сопротивление было малым в течение всего времени. Один из способов подключения к шине состоит в использовании ИС TTJI с открытым коллектором, когда верхний выходной транзистор в базовом элементе TTJI заменяется внешним резистором, то есть схем такого типа, какие мы рассматривали (в разд. 13.13) в связи с подачей сигнала на индикатор чисел. Большинству маломощных TTJI-схем с диодами Шотки, таким как схемы И-НЕ 74LS01 (аналог 555ЛА8. — Примеч. перев.) и инверторы 74LS05 (аналог 555ЛН2. — Примеч. перев.) (вариантами этих схем со стандартными выходами являются схемы 74LS00 и 74LS04 соответственно), требуется резистор нагрузки с сопротивлением 2,2 кОм. Когда логическое значение сигнала на выходе такой схемы равно 1, ток через выходной транзистор в ней не течет; этот выход можно подключить к шине параллельно с несколькими другими при условии, что на каждом отрезке времени только один из них переходит на низкий уровень. Такой способ объединения выходов логических схем иногда называют «монтажным И», поскольку сигнал на шине имеет высокий уровень только тогда, когда у всех схем собственный выходной сигнал имеет высокий уровень. В достаточно сложных шинных системах часто используется мощная буферная ИС И-НЕ с открытым коллектором 74LS38 с коэффициентом разветвления по выходу 30 и с минимальным сопротивлением нагрузки 680 Ом, к выходу которой можно подключать до 30 входов маломощных TTJI- схем с диодами Шотки.

Читайте также: Мокрые шины в пакетах

Как указывалось в разд. 10.6., переключающие схемы, у которых нет активного элемента между шиной питания и выходом, обладают тем недостатком, что заряд паразитных емкостей должен обеспечиваться исключительно резистором нагрузки, из-за чего заряд происходит значительно медленнее, чем при применении «грубой силы», каковой является коллекторный ток транзистора, посредством которого в этом случае потенциал выхода подтягивается к напряжению питания. Поэтому как в КМОП-логике, так и в семействе ТТЛ в большинстве случаев используется более совершенная конструкция схем, нежели открытый коллектор, — шинные формирователи, выход которых подключается к шине; эти схемы носят название схем с тремя состояниями на выходе и представляют собой комбинацию базового элемента с изолирующим выключателем. Эти три состояния следующие: высокий логический уровень, низкий логический уровень и большое выходное сопротивление (запертое состояние). Специальный входной сигнал разрешения по выходу (Output Enable, ОЕ) переключает выход схемы, когда это требуется; если выходы нескольких схем с тремя состояниями подключены параллельно к одной шине, то важно, чтобы только один из входов ОЕ переводил свою схему в активный режим на данном отрезке времени. На рис. 14.8 схематически изображено внутреннее устройство логических элементов ТТЛ, рассчитанных на подключение к шине, со значениями компонентов, типичными для «стандарта» ТТЛ. Интересно сравнить эти схемы с обычным элементом, представленным на рис. 13.14. В логическом элементе с открытым коллектором (а) просто опущен верхний транзистор выходного каскада. В схеме с тремя состояниями (б) применен простой и изящный способ размыкания на выходе с помощью сигнала ОЕ, подаваемого на вход разрешения. Когда сигнал ОЕ имеет высокий уровень, схема в целом работает точно так же, как обычный логический элемент, а диод D₂ при этом закрыт. Когда уровень сигнала ОЕ становится низким, срабатывает правило И-НЕ в отношении входных эмиттеров транзистора T_v так что транзисторы Т₂ и Г₃ оказываются запертыми. В обычной схеме в этих условиях транзистор Г₄ был бы открыт и подтягивал бы вверх потенциал выхода Y, но на этот раз диод D₂ открыт, благодаря чему транзистор Т₄ заперт. Теперь, когда оба выходных транзистора заперты, на выходе ^выполняется условие большого выходного сопротивления, что фактически означает «отключение» схемы от шины. На рис. 14.8, в показаны типичные условные обозначения логических элементов с тремя состояниями на выходе. Имеется широкий спектр схем с тремя состояниями; типичными примерами служат ИС 74LS244, содержащая восемь буферов, и ИС 74LS374 (аналог 555ИР23. — Примеч. перев.), представляющая собой 8-разрядный регистр- защелку с фиксацией по положительному фронту. Особенно полезна для сопряжения с шиной ИС 74LS245 (аналог 555АП6. — Примеч. перев.), являющаяся 8-разрядным двунаправленным приемопередатчиком, который можно переключать на передачу данных по шине или на прием данных с шины по мере необходимости; при работе в режиме передачи он имеет коэффициент разветвления по выходу, равный 30, а при работе в режиме приема встроен-

Рис. 14.8. Логические ТТЛ-элементы для подключения к шине:

а — открытый коллектор; б — схема с тремя состояниями; в — условное изображение схем с тремя состояниями.

ный гистерезис сводит к минимуму влияние паразитных наводок и отраженных импульсов, поступающих с шины. Все эти схемы имеются также в КМОП-серии ИС с тремя состояниями 74НС; в них предусмотрено подобное «отключение» от шины.

При практической реализации шинной передачи данных требуется тщательное соблюдение правил построения цифровых схем, перечисленных в разд. 13.17, и, в частности, тех из них, которые относятся к формированию сигналов для передачи по длинным линиям. Когда к линии в шине подключено большое число входов логических элементов, ее емкость возрастает, и, для того чтобы избежать паразитных импульсов, вызываемых отражениями, желательно включать на дальнем конце линии резисторы согласованной нагрузки. В том случае, когда взаимодействие с шиной осуществляется через приемопередатчики 74LS245, эффективное согласование обеспечивает включение двух резисторов: резистора с сопротивлением 330 Ом между линией и землей (0 В) и резистора с сопротивлением 220 Ом между линией и шиной питания (V _с).

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

• 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

  
  

  источники:

  https://fasad-adelante.ru/provodyaschaya-liniya-takaya-kak-shina-dannyh-eto

  📽️ Видео

  LIN шина - пример работы. LIN bus exampleСкачать

  

  поиск нерабочей can шины, часть дваСкачать

  

  Экспресс диагностика CAN шины на автомобиле. №21Скачать

  

  лекция 403 CAN шина- введениеСкачать

  

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

  

  Подробно про CAN шинуСкачать

  

  Логический LIN пробник, цифровой тестер лин, к лайн шины автомобиля. На Ардуино, OLED I2C, TJA 1020Скачать

  

  Что такое CAN шинаСкачать

  

  Шина CAN. Часть 1. Разбираемся как работает CAN bus, разберем кадр данных до "костей".Скачать

  

  Передача данных - шина SPIСкачать

  

  Системная шина процессораСкачать

  

  Сканер не подключается: поиск неисправности CAN шины (видео 57)Скачать

  

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

  

  Урок №18. Цифровые интерфейсы современного автомобиля: шины данных CAN и LINСкачать