Виды шин. Назначение каждого вида.
Шина – канал связи, используемый для организации взаимодействия двух и более компонентов компьютерной системы.
С физической точки зрения шина – это совокупность одно- и двунаправленных линий, логически объединяемых в следующие группы:
Линии данных определяют разрядность шины. Данные передаются словами (32 разряда) или двойными словам (64 разряда).
Линии адреса — количество линий адреса соответствует количеству разрядов адреса, по которому передаются данные.
Линии управления передают команды, определяющие операции с данными. Это могут быть команды записи в ОП, чтения из ОП, подтверждение передачи и т. д.
Системная шина (или шина процессора) связывает ЦП и чипсет. Основной обязанностью системной шины является передача информации между процессором (или процессорами) и остальными электронными компонентами компьютера.
Шина памяти обеспечивает связь между ЦП и ОП. Данная шина называется шиной переднего плана (FSB – Front-Side Bus). Для обеспечения максимальной пропускной способности длину шины делают минимальной.
Шина ввода-вывода (шина расширения) – используется для соединения ЦП (ОП) с устройствами ввода-вывода.
В ПК применяются шины ISA, PCI, AGP, PCI Express, USB и др.
Шина ISA (Industry Standart Architecture)
Основная шина (16 линий) на материнских платах устаревших компьютеров типа PC AT.
Через ISA раньше подключались практически все компоненты ПК, такие, как видеокарты, контроллеры ввода-вывода, контроллеры жестких и гибких дисков, модемы, звуковые карты и прочие устройства.
На современных МП шина представлена всего 1-2 слотами расширения для подключения устаревших компонентов.
Максимальная пропускная способность шины ISA не превышает 5,55 Мбайт/с.
Шина EISA (Extended Industry Standart Architecture)
Усовершенствованная шина ISA (за счет увеличения до 32 количества линий для передачи данных).
Максимальная пропускная способность — 32 Мбайт/с.
На современных материнских платах шина EISA уже не встречается.
Шина PCI (Peripheral Component Interconnect – соединение периферийных компонентов)
Используется в качестве шины расширения, является процессорно-независимой, т. е. может работать параллельно с шиной ЦП.
Имеет максимальную пропускную способность (версия 2.0) до 4096 Мбайт/с.
Шина PCI стала пионером подключения УВВ с использованием технологии “plug and play”, т. е. после старта компьютера системное программное обеспечение обследует конфигурационное пространство PCI каждого устройства, подключённого к шине, и распределяет ресурсы шины (адресное пространство памяти шины).
Универсальная последовательная шина USB (Universal Serial Bus)
Используется для подключения периферийных устройств (динамики, телефоны, дисководы компакт-дисков, джойстики, клавиатуры, сканеры, камеры и др.)
К одному порту USB можно последовательно подсоединить до 127 внешних устройств (теоретически).
Поддерживает скорость обмена 12 Мбит/с – для низкоскоростных устройств и 480 Мбит/с – для высокоскоростных устройств.
Шины AGP (Advanced Graphic Port) и PCI Express – локальные графические шины, которые используются для обмена данными между видеоадаптером и ОП.
Максимальная пропускная способность шины AGP до 2 Гб/с (устаревшая шина).
Максимальная пропускная способность шины PCI Express (версия 1.0) составляет до 8 Гб/с.
Компьютерная грамотность с Надеждой
Заполняем пробелы — расширяем горизонты!
Как работает ПК: часть 2. Общая шина
Процессор, оперативная память, контролеры внешних устройств (ВУ) внутри компьютера соединяются все вместе. Они находятся на одной общей информационной шине ПК, по которой информация может передаваться от любого подключенного к ней устройства к любому другому устройству. Таким образом, изначально все устройства внутри ПК постоянно соединены друг с другом.
Только с помощью специальных технических и программных методов информация перемещается строго от одних устройств к другим. Каждое устройство ПК всегда способно отличить информацию, предназначенную именно ему от остальных передаваемых по общей шине данных.
Важно понимать, что все вышеперечисленные устройства (процессор, оперативная память, контроллеры внешних устройств ввода-вывода), подключенные к информационной шине, работают с одинаково высокой скоростью, выдерживая заданные темпы обработки информации. Темп работы всех соединенных между собой устройств ПК задает тактовый генератор.
Часто пользователи интересуются вопросом о возможности «разогнать» ПК, т.е. ускорить его работу, причем в основном интересуются возможностями разгона процессора. Это можно сделать, если в ПК есть возможность вручную установить увеличенную частоту работы тактового генератора. Но при этом нужно понимать, что свою работу ускорит не только процессор, но и все соединенные с ним через общую шину устройства.
Однако ускорение тактовой частоты может привести к рассогласованию устройств между собой, в этом случае ПК не только не «разгонится», но и начнет зависать. Кроме того, увеличение тактовой частоты работы процессора приводит к его повышенному тепловыделению, что также может отрицательно сказываться на устойчивости работы компьютера. Все это следует помнить, если появляется желание или потребность в разгоне компьютера.
Так как все устройства ПК находятся на одной общей шине, по ней информация может передаваться строго адресно, т.е. в каждый момент передаваемая информация адресована только одному из имеющихся внутри компьютера устройств. Для этого каждое устройство имеет свой собственный адрес, который должен обязательно сопровождать передаваемую информацию. Свой собственный адрес имеет также каждая из ячеек оперативной памяти.
Как письмо без адреса никогда не дойдет до своего адресата, так и безадресная информация на общей шине ПК не сможет дойти до места своего назначения. Тем не менее, такое может происходить в случае наличия ошибок в программном обеспечении. Тогда компьютер может зависать, выдавать ошибочные результаты и иными способами проявлять возникающие ошибки внутренней передачи информации.
Таким образом, внутри компьютера происходит постоянный обмен данными между процессором, ячейками оперативной памяти и контроллерами устройств ввода-вывода. Преобразование информации осуществляется процессором, оперативная память может только принимать информацию и выдавать ее обратно в неизменном виде.
Контроллеры устройств ввода-вывода преобразовывают информацию из внутренней, понятной только процессору и оперативной памяти, во внешнюю, понятную пользователям ПК, т.е. они преобразуют информацию в понятный для человека вид (текстовую, графическую, числовую информацию и пр.). Обратное преобразование информации из «человеческого» вида в компьютерный вид также выполняют контроллеры устройств ввода-вывода.
В итоге получается следующая картина. Мы вводим информацию в компьютер, используя для этого различные устройства от клавиатуры и мыши до винчестеров, сканеров, устройств чтения информации из Интернета и др. Контроллеры устройств ввода-вывода преобразуют эту информацию в понятный для ПК вид и передают эту информацию в оперативную память.
Оттуда она попадает в процессор, процессор эту информацию обрабатывает и записывает результаты снова в оперативную память. Из оперативной памяти данные вновь попадают в контроллеры устройств ввода-вывода, которые вновь преобразуют ее в удобочитаемый вид, которую мы можем прочитать, используя подключенные к ПК устройства вывода информации (мониторы, принтеры и др.).
Вот так и работает ПК! Но это еще не все…
Что такое компьютерная шина (computer bus)
Персональный компьютер — устройство сколь сложное, столько и простое. Сложное оно потому, что за его элементами стоит многолетний труд инженеров. Просто из-за того, что внутреннее его устройство спроектировано как можно проще. Основным фактором этого является стандартизация узлов ПК. Сегодня речь пойдёт об одной из важнейших его составляющих — компьютерных шинах.
Как правило, на обывательском уровне принято уравнивать компьютерную шину и используемые ею разъём. Конечно, это неправильный подход. Разъём это один из составляющих компьютерной шины.
Если говорить обобщённо, то компьютерная шина это специализированная подсистема, которая отвечает за передачу данных между комплектующими персонального компьютера или между функциональными блоками.
Прародителями современных компьютерных шин были группы проводников, чья функция состояла в том, чтобы подключить оперативную память и различные периферийные устройства к центральному процессору. Уже на начальном этапе сложилась практика использования различных интерфейсов (разъёмов) для подключения устройств. Кроме того, определилось разделение шин на локальные (или внутренние) и периферийные (внешние). И те, и другие отвечают за подключение к материнской плате. Разница в том, что локальные шины отвечают за подключение к материнской плате внутренних устройств компьютера (т.е. тех, что внутри корпуса), а внешние шины отвечают за подключение периферийных устройств (которых находятся вне корпуса компьютера).
Во всей этой схеме центральным звеном является материнская плата. Именно на ней мы можем увидеть множество разъёмов. Это должно сказать нам, что материнская плата представляет собой скопление множества шин. В общем-то, её главная функция как раз и заключается в том, чтобы связывать между собой внутренние и внешние устройства.
Материнская плата это множество разъемов и габариты побольше прочих.
Различные устройства подключаются через северный и южный мосты на материнской плате. Данная концепция зарекомендовала себя как проверенная временем. И, несмотря на появление большого числа новых интерфейсов и эволюцию типоразмеров ПК, эта схема остаётся неизменной уже долгое время.
Говоря о компьютерных шинах, невозможно не упомянуть две важнейших категории — последовательные и параллельные шины. Это разделение основывается на количестве сигнальных линий, используемых в шине.
В последовательной компьютерной шине сигнальная линия одна. При этом допускается использование двух каналов для разделения потоков приёма и передачи. Чтобы не слишком усложнять описание, скажем, что в последовательной шине биты передаются один за другим (последовательно, как ни странно).
Передача информации через последовательную шину.
Передаваемые биты облекаются в байт (8 бит = 1 байт). Первым делом передаётся так называемый стартовый бит. Он является противоположной полярностью состоянию незанятой линии. После этого передаются 8 бит полезной информации. После этого идёт бит чётности, а последним стоповый бит. Он говорит о том, что передача завершена.
Из описания последовательной шины может показаться, что их «ширина» составляет только один бит. Но это совсем не так. Хотя принцип устройства последовательной шины и подразумевает передачу бит за битом, ширина это шины может быть и 2 бита, и 8 бит, и так далее. При этом данные разделены на логическом уровне.
Из примеров последовательной шины очень распространенным является стандарт RS-232, применяемый, как правило, при соединении различного компьютерного и телекоммуникационного оборудования.
Параллельные шины представляют собой своего рода совокупность сигнальных линий. В параллельных шинах ширина соответствует количеству сигнальных линий. Другими словами, ширина параллельных шин соответствует количеству передаваемых битов информации. Сигнал каждой линии может принимать два значения — 0 или 1. На физическом уровне это означает, что в параллельной шине используется большее число проводов или стекловолокон, нежели в последовательной. Если последовательная и параллельные шины работают на одной и той же частоте, то параллельный канал окажется быстрее.
Для стабильной передачи сигнала параллельные каналы передачи данных обладают дополнительными контрольными сигналами и, как следствие, контроллером, который отвечает за управление процессом обмена данными. Это несколько усложняет процесс обмена данными, поскольку контроллеру требуется внешних синхронизирующий сигнал.
Из известных примеров параллельных шин можно вспомнить ISA, ATA (также известен как IDE или PATA), SCSI или PCI.
Скорее всего, читателя интересует вопрос, какой из двух подходов лучше. Как ни странно, живы оба. Причина лежит на физическом уровне.
По сути, скорость передачи данных это тактовая частота, которую надо помножить на разрядность. В параллельных шинах на скорость передачи данных влияют следующие факторы: неэффективная проводимость материалов, помехи, недостатки конструкции и сборки и прочее. В последовательных шинах повышение частоты упирается в возможности приемопередающих цепей. Фактически, если говорить о последовательных шинах, то всё упирается в свойства используемого кабеля. На текущий момент свойств оптического кабеля хватает для передачи данных. Поэтому последовательный способ передачи данных рано сбрасывать со счетов. Тем более, если речь идёт о передачи на дальние расстояния.
Также необходимо упомянуть такие понятия, как шина адреса, шина данных и шина управления.
Шина адреса — это компьютерная шина, которая используется центральным процессором или другими устройствами, обладающими прямым доступом к памяти, для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство может обратиться для проведения чтения или записи.
Шина данных — это компьютерная шина, отвечающая за передачу данных между компонентами компьютера.
Шина управления — это компьютерная шина, передающая сигналы, которые сообщают устройствам, какую операцию необходимо проводить.
Напоследок о такой важной характеристике компьютерных шин как пропускная способность, которая измеряется в количестве бит в секунду (бит/с) или байт в секунду (Б/с). Скорость работы параллельных шин обычно измеряют в байтах в секунду, а последовательных — в битах в секунду.
Системная шина — важнейший элемент компьютера
Знать строение компьютера обычному пользователю совершенно не обязательно. Но если вы хотите считать себя продвинутым пользователем, который без труда справляется с любой поставленной компьютерной задачей, да к тому же собирается в ближайшем будущем самостоятельно собрать свой первый системный блок, то подобные знания просто необходимы.
- Процессора.
- Видеоплаты.
- Оперативного запоминающего устройства.
Но даже все эти компоненты в совокупности не смогут функционировать. Для этого необходимо организовать между ними связь, посредством которой осуществлялись бы логические и вычислительные операции. Подобные системы связи организуют системные шины компьютера. Поэтому можно сказать, что это еще один незаменимый компонент системного блока.
Системная шина
Системная шина – это совокупность путей передачи данных, которые обеспечивают взаимосвязанную работу между остальными элементами компьютера: процессором, видеоадаптером, жесткими дисками и другими компонентами. Данное устройство состоит из нескольких уровней:
- механического;
- электрического или физического;
- логического и уровня управления.
Первостепенное деление системных шин
- Внутренними, которые обеспечивают взаимосвязь внутренних компонентов системного блока, таких как процессор, ОЗУ, материнская плата. Такая системная шина называется еще локальной, так как служит для связи местных устройств.
- Внешними, которые служат для подключения наружных устройств (адаптеров, флеш-накопителей) к материнской плате.
В самом общем случае системной шиной можно назвать любое устройство, которое служит для объединения в одну систему нескольких устройств. Даже сетевые подключения, например, сеть Интернет, в некотором роде является системной шиной.
Самая важная система связи
Вся деятельность, которую мы осуществляем посредством компьютера – создание разнообразных документов, воспроизведение музыки, запуск компьютерных игр — была бы невозможна без процессора. В свою очередь, микропроцессор не смог бы выполнять свою работу, если бы не имел каналов связи с другими важными элементами, такими как ОЗУ, ПЗУ, таймеры и разъема ввода-вывода информации. Именно для обеспечения этой функции в компьютере имеется системная шина процессора.
Быстродействие компьютера
Для функционирования микропроцессора в состав системы каналов связи входит сразу несколько шин. Это шины:
- Адреса.
- Управления.
- Данных.
Количество представленных типов системных каналов связи процессора может быть от одного и более. Причем считается, что чем больше шин установлено, тем больше общая производительность компьютера.
Важным показателем, который также затрагивает производительность ПК, является пропускная способность системной шины. Она определяет скорость передачи информации между локальными системами электронно-вычислительной машины. Рассчитать ее довольно просто. Необходимо лишь найти произведение между тактовой частотой и количеством информации, то есть байт, которая передается за один такт. Так, для давно устаревшей шины ISA пропускная способность составит 16 Мбайт/с, для современной шины PCI Express это значение будет находиться на отметке в 533 Мбайт/с.
Виды компьютерных шин
Несмотря на то что она была изобретена более полувека назад, данная системная шина активно применялась и в настоящее время, уверенно конкурируя с более современными представителями. Это смогло осуществиться благодаря выпуску большого количества расширений, которые увеличивали ее функционал. Лишь в последние годы процессоры стали выпускаться без использования ISA.
Современные системные шины
Шина VESA стала новым словом в области компьютерной техники. Разработанная специально для непосредственного подключения внешних устройств к самому процессору, она и по сей день обладает высокими показателями скорости передачи информации и обеспечивает высокую производительность процессора.
Вот и вся краткая справочная информация, которая должна пролить свет на один из важнейших компонентов современных компьютеров. Следует сказать, что здесь представлена лишь малейшая частичка информации о компьютерных шинах. Полным их изучением занимаются в специальных заведениях на протяжении нескольких лет. Подобная детальная информация необходима непосредственно для разработки новых моделей микропроцессоров или для модернизации уже существующих. Шина PCI является ближайшим конкурентом предыдущего представителя каналов передачи данных. Эта системная шина была разработана компанией Intel специально для производства процессоров собственной торговой марки. Данное устройство способно обеспечить еще большую скорость передачи данных и при этом не нуждается в дополнительных элементах, как в предыдущем примере.