Шины в архитектуре вычислительных систем

Видео:Базовая архитектура и структура ЭВМСкачать

Шинная организация вычислительной техники (шины, адрес, данные, управление)

Шиной (Bus) называется вся совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым обмениваются информацией компоненты и устройства ПК. Шина предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом.

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 Chipset для пересылки информации к CPU и обратно;
• шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью;
• шина памяти используется для обмена информацией между оперативной памятью RAM и CPU;
• шины ввода/вывода информации подразделяются на стандартные и локальные.

Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реализовать 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);
• контроллер шины.

Контроллер шины осуществляет управление процессом 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, 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 PC. По шине адреса передается идентификационный код (адрес) отправителя и (или) получателя данных.

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.

Часть 2. Основы вычислительных систем

21. Устройство персонального компьютера. Архитектура, шины, порты.

Архитектура персонального компьютера — компоновка его основных частей, таких как процессор, ОЗУ, видеоподсистема, дисковая система, периферийные устройства и устройства ввода-вывода.Компьютерная шина — в архитектуре компьютера подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера. Обычно шина управляется драйвером. В отличие от связи точка-точка, к шине можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. Каждая шина определяет свой набор коннекторов (соединений) для физического подключения устройств, карт и кабелей.

Ранние компьютерные шины представляли собой параллельные электрические шины с несколькими подключениями, но сейчас данный термин используется для любых физических механизмов, предоставляющих такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины. Современные компьютерные шины используют как параллельные, так и последовательные соединения и могут иметь параллельные и цепные топологии. В случае USB и некоторых других шин могут также использоваться хабы(концентраторы).

Читайте также: Летние шины если направления по установки

Порты:
К портам подключаются периферийные устройства ввода/вывода. Разъемы портов обычно устанавливаются прямо па системную плату и выносятся на заднюю стенку компьютера. Порты взаимодействуют с южным мостом чипсета, также возможен вариант, когда некоторые порты обслуживаются специализированным чипом SuperlO, который, в свою очередь, взаимодействует с южным мостом. Порты также называют интерфейсами.
На задней панели компьютера можно встретить разъемы следующих портов (интерфейсов).

Последовательный порт (СОМ). Присутствует в компьютерах вот уже более двух десятков лет, однако в последнее время применяется не очень часто. Изначально в компьютерах присутствовали два последовательных порта COMI и COM2, однако во многих современных платах есть разъем только для COMI, а в некоторых новых платах последовательный порт отсутствует, как устаревший.

Параллельный порт ( LPT). К нему подключаются некоторые модели принтеров, сканеров и другие устройства. Стандартный параллельный порт имеет не очень’ высокое быстродействие, поэтому используются его ускоренные режимы работы ЕСР или ЕРР. Этот порт также является устаревшим и может отсутствовать на некоторых новых платах.

Порт PS/2. В большинстве компьютеров есть два таких специализированных порта: первый для подключения клавиатуры, второй — для мыши. Если же их нет, тогда клавиатуру и мышь следует подключать к разъему USB.

USB. Наиболее популярный интерфейс для самых разнообразных периферийных устройств. На задней панели обычно присутствует от 2 до 8 разъемов USB, кроме того, несколько разъемов может присутствовать на передней панели компьютера

VGA. Служит для подключения монитора. При наличии интегрированного видеоадаптера данный разъем будет присутствовать на задней стенке системной платы.

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

3D-шина — перспективная архитектура вычислительных систем

Публикуется в качестве технической идеи.

Постараюсь пояснить свои мысли максимально простым языком с применением вполне осязаемых сравнений, не вдаваясь в детали и частности.

На мой скромный взгляд концепция персональных компьютеров архитектуры IBM PC давно себя исчерпала по вполне очевидной причине — изначально ограниченной в пространстве модели построения её аппаратной части. IBM PC — это средневековый город, обнесённый крепкой стеной в виде корпуса самого компьютера. Материнская плата — сам город с улицами и домами. Ветреная или водяная мельница — это блок питания. Память компьютера — это городские склады и арсенал и т.д. Такая «средневековая» архитектура позволяет, разумеется, модернизировать компьютер: подключать новые жёсткие диски; увеличивать объём оперативной памяти; заменять центральный процессор на более производительный; можно добавлять в слоты на материнской плате новые карты различного назначения, но… неизбежно пределы модернизации при данной архитектуре вычислительного устройства исчерпаемы: заканчиваются слоты под карты оперативной памяти и специализированные карты; достигается предел по тактовой частоте процессора; все отведённые в корпусе компьютера места под жёсткие диски использованы и т.д. Остаётся уповать на внешние подключаемые к IBM PC устройства, но при этом мы уже уходим за пределы «городских стен» этого компьютерного «феодализма» равно как и за рамки архитектурного концепта.

Читайте также: Технология шин runflat что это такое

Мобильные устройства (нетбуки, смартфоны, планшетные ПК) — это ещё более яркое проявление той же самой средневековой архитектуры построения вычислительных систем. Если продолжать строительную аналогию, то перед нами уже форт с минимальными возможностями что-то в нём перестроить.

Появление и стремительное развитие микрокомпьютеров (Arduino, Omega, Raspberry и т.п.) казалось бы должна была заставить инженеров пересмотреть всю архитектурную концепцию, избавить новые устройства от рудиментов «эпохи компьютерного феодализма». Однако, этого пока не случилось. Полюбуйтесь как выглядит вычислительный кластер, собранный из системных плат Raspberry:

М-да… Можно сколь угодно красочно подсвечивать сарай, но от этого он не станет дворцом. И все эти торчащие кабели и проводочки — это подпорки, которые удерживают изначально неправильно спроектированное многоэтажное здание от падения.

А между тем, решение проблемы лежит, как всегда, на поверхности…

Посмотрите на эти, с точки зрения природного зодчества и человеческого таланта, идеальные решения функционально-пространственных задач:

Просто, разумно, рационально.

Если бы компьютерные системы проектировали зодчие, то они, наряду с другими вопросами, озаботились бы поэтажными планами здания (определились бы с общими размерами и формой этажей и несущих конструкций), а в частности — договорились бы где и каких размеров расположить лифтовые, вентиляционные и коммуникационные шахты и лестничные пролёты — т.е. спроектировали то, что делает из отдельных этажей законченное здание.

Если бы разработчики компьютерных систем на мгновение стали мыслить как классические архитекторы — объёмно — то они бы:

• Определили габаритные размеры «этажей» — электронных плат проектируемых систем (ах, да, они это все-таки сделали!).
• Определили размеры, тип и место расположения на платах сквозных (типа «мама-папа») коммуникационных разъёмов информационной шины, связывающей платы между собой.
  Определили размеры и место расположения шахты охлаждения плат и, в соответствии с этим располагали бы элементы схемы, требующие принудительного охлаждения в непосредственной близости или даже в контакте со стенками-радиаторами шахты.
• Определили место расположения сквозной шины питания.
• Стандартизировали вышеизложенные пункты.

Таким образом, они бы получили архитектурное решение, позволяющее строить «многоэтажные здания любой высоты» простым присоединением новых этажей-плат на нижестоящие этажи-платы. Другими словами, в полной мере и без подпорок использовали Z-ось трёхмерного пространства.
Если бы компьютерные инженеры пошли дальше, то стандартизировали бы подобные разъёмы шины по осям X и Y. Тогда строить вычислительные кластеры можно было бы по всем осям пространства так же просто, как собирать из конструктора Lego всевозможные объёмные конструкции.

Очень важно, что наряду с процессорными платами в кластер могли бы легко встраиваться стандартизированные под 3D-шину узкоспециализированные платы: платы памяти, сетевые платы, коммуникационные платы Bluetooth и Wi-Fi, видеокарты и проч.

Такой мне видится унифицированная плата с 3D-шиной:

Вполне очевидно, что из таких плат можно строить вычислительные 3D-кластеры любой пространственной конфигурации, расширяя конструкцию по всем доступным осям.
Буду рад, если мои идеи кому-либо пригодятся и станут отправной точкой для более красивых, простых и надёжных конструктивных решений.

Читайте также: Зимние шины nokian nordman 7 xl 205 65 r16 99t

Видео:Развитие архитектуры вычислительных систем | Информатика 10-11 класс #19 | ИнфоурокСкачать

Архитектура на основе общей шины

Шина – набор проводников, объединенных едиными функциями. В структуре с общей шиной все устройства ВМ подключаются к системной шине (магистрали). Все устройства ввода-вывода (УВВ) имеют встроенную небольшую микросхему – контроллер, управляющий операциями обмена данными.

Рис. 1.3. Архитектура на основе общей шины

— простота изменения конфигурации.

— единственная шина для разнообразных потоков данных, сильно отличающихся по скорости (например, процессор-память и процессор-принтер);

— невозможна параллельная передача данных несколькими устройствами, так как информацию по шине в один момент времени может передавать только одно устройство.

Архитектура с иерархией шин

В структуре с иерархией шин помимо системной шины (между процессором и памятью) существует ряд дополнительных шин. Каждая шина имеет свою пропускную способность, достаточную для устройств, которые она связывает. Контролирует взаимодействие всех устройств в такой архитектуре чипсет (chipset – набор микросхем).

Рис. 1.4. Архитектура с иерархией шин

Структуры вычислительных систем

ВС с общей памятью

В такой структуре все процессоры используют для хранения и обмена данными общую память.

Рис. 1.5. Структура вычислительной системы с общей памятью

Распределенная ВС

В распределенных ВС каждый процессор имеет собственную локальную память (говорят, что память распределена по узлам), а обмен информацией осуществляется посредством коммуникационной сети. В такой структуре каждый узел системы представляет, по сути, отдельную вычислительную машину.

Рис. 1.6. Структура распределенной вычислительной системы

Видео:АПС Л14. ШиныСкачать

Шина (компьютер)

• Компьютерная ши́на (англ. computer bus) в архитектуре компьютера — подсистема, служащая для передачи данных между функциональными блоками компьютера. В устройстве шины можно различить механический, электрический (физический) и логический (управляющий) уровни.

В отличие от соединения точка-точка, к шине обычно можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. Каждая шина определяет свой набор коннекторов (соединений) для физического подключения устройств, карт и кабелей.

Компьютерные шины ранних вычислительных машин представляли собой жгуты (пучки соединительных проводов — сигнальных и питания, для компактности и удобства обслуживания увязанных вместе), реализующие параллельные электрические шины с несколькими подключениями. В современных вычислительных системах данный термин используется для любых физических механизмов, предоставляющих такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины.

Современные компьютерные шины используют как параллельные, так и последовательные соединения и могут иметь параллельные (англ. multidrop) и цепные (англ. daisy chain) топологии. В случае USB и некоторых других шин могут также использоваться хабы (концентраторы).

Некоторые виды скоростных шин (Fibre Channel, InfiniBand, скоростной Ethernet, SDH) для передачи сигналов используют не электрические соединения, а оптические.

Присоединители к шине, разнообразные разъёмы, как правило, унифицированы и позволяют подключить различные устройства к шине.

• 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

  Шины - ключевой элемент качественной архитектуры | Андрей ПутинСкачать

  

  АПС Л19. ШиныСкачать

  

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

  

  Архитектура ЭВМ. Лекция 1: Типы архитектур. Комбинационная и последовательная логика.Скачать

  

  Лекция 1 | Архитектура ЭВМ и основы ОС | Кирилл Кринкин | CSC | ЛекториумСкачать

  

  Принцип работы процессора на уровне ядраСкачать

  

  22 Гарвардская архитектураСкачать

  

  КАК работает ПРОЦЕССОР? ОБЪЯСНЯЕМСкачать

  

  Архитектура персонального компьютераСкачать

  

  Виды топологий локальных сетей | Звезда, кольцо, шинаСкачать

  

  Системная шина процессораСкачать

  

  ОПД #2-1. Архитектура вычислительных систем.Скачать

  

  Трехшинная архитектура ЭВМСкачать

  

  Шины ввода-выводаСкачать

  

  Архитектура ЭВМ. Лекция 2: АЛУ. Устройство памятиСкачать