Современные внутренние шины

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1Структура и стандарты шин ПК Шина (Bus)

– совокупность проводников на материнской плате, по которым. происходит обмен

информацией между двумя и более устройствами

* Шина, связывающая только два устройства, называется портом

пересылки информации к CPU и обратно предназначена для обмена информацией
между

CPU и кэш-памятью

используется для обмена информацией между
оперативной памятью RAM и CPU

◄

подразделяются на стандартные, локальные, периферийные

►

данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной

микросхемы либо в виде совместимого набора микросхем — Chipset.

▼

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.

▼

Передает ряд служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания, управления и других, чтобы обеспечить передачу данных.

▼

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.

бит, которое может быть передано по шине одновременно.▼ Определяется количеством

информации, передаваемых по шине за секунду.

▼

Разрядность

Пропускнаяспособность

Тактовая частота

▼

Частота, с которой передаются последовательные биты информации по линиям связи.

Пропускная способность шины = Тактовая частота шины  Разрядность шины

Слайд 5Системная шинаСистемная шина — предназначена для обмена информацией между CPU,

памятью и другими устройствами, входящими в систему. К системным шинам

относятся:GTL, имеющая разрядность 64 бит, тактовую частоту 66, 100 и 133 МГц;EV6, спецификация которой позволяет повысить ее тактовую частоту до 377 МГц.

Слайд 6Шина PCIШина PCI – самый распространенный и универсальный интерфейс для

подключения различных устройств. Конструктивно разъем шины на системной плате состоит

из двух следующих подряд секций по 64 контакта. С помощью этого интерфейса к материнской плате подключаются видеокарты, звуковые карты, модемы и другие устройства

обеспечивает высочайшую скорость передачи графических данных. Интерфейс выполнен в виде

отдельного разъема

системах присутствует 1 слот PCI Express 16x (предназначен для установки

видеокарты; заменяет разъем AGP) и до 4 слотов PCI Express 1x; серверные платы и платы, предназначенные для рабочих станций, кроме того имеют слоты PCI Express 4x и 8x.

and Play. Включение и выключение устройств USB проводится без завершения

работы или перезапуска компьютера. К одному порту USB можно подключить до 127 периферийных устройств, включая динамики, телефоны, дисководы компакт-дисков, джойстики, магнитофоны, клавиатуры, сканеры и камеры. Порт USB обычно располагается сзади компьютера рядом с последовательным или параллельным портом.

Слайд 15IEEE 1394Шина IEEE 1394 предназначена для обмена цифровой информацией между

ПК и другими электронными устройствами (цифровыми видеокамерами, DVD), особенно для

подключения жестких дисков и устройств обработки аудио- и видеоинформации, а также работы мультимедийных приложений. Шина IEEE 1394 полностью поддерживает технологию Plug & Play, включая возможность установки компонентов без отключения питания ПК.

Шины и разряды

Как ты уже знаешь, вся информация в цифровой технике стараниями инженеров и математиков представляется в виде двоичных чисел, которые записываются с помощью всего двух цифр: «0» и «1». Обычное десятичное число «3» в двоичной записи будет выглядеть как «11», т.е. 3₁₀ = 11₂. Нижние индексы указывают в какой системе счисления записано число, т.е. 10 – десятичная, а 2 – двоичная. Одна цифра в двоичном числе называется разрядом. У разрядов есть старшинство. Самый правый разряд называется младшим, а самый левый – старшим. Старшинство разряда растет справа налево:

Двоичное число, состоящее из 8 разрядов называется 8-ми разрядным, из 16 – шестнадцатиразрядным и т.д. Разрядность двоичного числа имеет самое прямое отношение к взаимодействию между процессором, памятью и устройствами ввода-вывода.

Дело в том, что в твоем МК бегают такие же двоичные числа. Они ходят от памяти к процессору, от процессора назад к памяти или УВВ, а от последних к процессору. Бегают они естественно по проводам (в МК эти шины спрятаны внутри микросхемы). Каждый провод в определённый момент времени может передавать только один разряд со значением «0» или «1». Поэтому, чтобы передать, к примеру, 8-ми разрядное число от процессора к памяти или назад понадобится минимум 8 таких поводов.

Несколько таких проводов, объединенных вместе называются шиной. Шины бывают нескольких видов: шина адреса, шина данных и шина управления. По шине адреса бегают числа, которые обозначают адрес ячейки памяти или устройства ввода-вывода, откуда ты хочешь получить или куда хочешь записать данные. А сами данные будут передаваться уже по шине данных. Это похоже на почтовую посылку. У посылки есть адрес и есть содержание. Так вот в микропроцессорной системе, каковой МК также является, адрес и данные передаются по разным путям, именуемым шинами.

Сколько проводов должно быть в шине?

Это напрямую зависит от конструкции процессора. Процессор может иметь 32-разрядную шину данных и 16-ти разрядное АЛУ. Такие случаи в истории процессоров и МК встречаются многократно. Поэтому разрядность процессора не определяет 100% разрядность шин данных и шин адреса. Всё зависит от конкретной конструкции.

На что влияет разрядность шины адреса

Самым главным, на что она влияет, является количество адресов, которые можно по ней передавать. Например, в 4-разрядной системе это будет всего 24 = 16 адресов, в 64-разрядной числов сдресов будет уже 264=18 446 744 073 709 551 616. Таким образом, чем выше разрядность шины адреса, тем к больше объем памяти и больше устройств ввода-вывода, с которыми может работать процессор

Это важно

На что влияет разрядность шины данных

Её разрядность определяет сколько данных процессор может считать за один раз. Чем выше разрядность, тем больше данных можно считывать за один раз. Её разрядность, как и разрядность шины адреса целиком определяется конструкцией конкретного процессора или МК. Но при этом всегда кратна восьми. Связано это с тем, что практически во всех устройствах памяти минимальной единицей информации является байт, т.е. двоичное число из 8-ми разрядов.

Зачем было нужно вводить ещё одно название: байт? Оно служит для обозначения количества информации. Если количество разрядов говорит просто о длине двоичного числа, то битность говорит о количестве информации, которую это число несет. Считается, что один разряд двоичного числа может передавать 1 бит информации. При этом биты группируются в байты, килобайты, мегабайты, гигабайты, терабайты и т.д.

Кстати, 1 байт = 8 бит, 1 килобайт = 1024 байтам, 1 мегабайт = 1024 килобайтам и т.д. Почему именно 1024? Все это связано с тем, что размер памяти всегда кратен степени двойки: 23 = 8, 210=1024. В свою очередь кратность двойке была выбрана благодаря тому, что она упрощает техническую реализацию устройств памяти. Устройство памяти представляет.

Контроллеры и шины. Шины FSB, PCI Express, PCI

Базой архитектуры современных персональных компьютеров является магистрально-модульный принцип построения. Модульный принцип предоставляет возможность пользователю самому формировать требуемую комплектацию компьютера и производить, когда это необходимо, ее модернизацию. Модульная структура компьютера должна опираться на магистральный (шинный) принцип информационного обмена среди модулей.

Обмен информацией между отдельными модулями компьютера реализуется при помощи трёх многоразрядных шин, которые соединяют все модули, а именно это:

Шина данных.
Шине адреса.
Шина управления.

Разрядность шины данных должна быть такой же, как и у процессора (существуют 8-, 16-, 32-, 64-разрядные процессоры).

Front Side Bus (FSB) — это шина, с помощью которой возможна организация соединения x86-совместимых центральных процессоров с внутренними компьютерными модулями. Компьютеры, выполненные на основе x86-совместимого микропроцессора, организованы следующим образом. При помощи шины FSB микропроцессор подсоединён к системному контроллеру, именуемому «северным мостом», который, в свою очередь, оснащён контроллером оперативной памяти. Необходимо заметить, что отдельные модели персональных компьютеров обладают встроенным в микропроцессор контроллером оперативной памяти. То же самое относится и к контроллерам шин для периферийных устройств.

Сегодня, повсеместно применяется подход, при котором к северному мосту подсоединяются самые производительные периферийные устройства (например, видеокарты PCI Express 16x), а периферийные устройства, которые обладают меньшей производительностью (к примеру, устройства на шине PCI), подключаются, наоборот, к «южному мосту». Он имеет соединение с северным мостом при помощи специальной шины.

Комбинация из «южного» и «северного» моста именуется «набором системной логики», но более часто применяется термин «чипсет». То есть, шина FSB реализует функции магистрального канала между процессором и чипсетом. Частоты, на которых функционируют центральный процессор и шина, имеют общую опорную частоту.

Что касается памяти, то здесь существуют следующие варианты:

Контроллер памяти встроен в системный контроллер. В более ранние этапы развития компьютерной техники, частота работы памяти была аналогична частоте шины FSB. Однако, в современных компьютерах частоты шины FSB и шины памяти уже редко бывают одинаковыми. Так как взаимодействие процессора с памятью осуществляется через FSB, то это означает, что производительность шины FSB может считаться одним из ключевых параметров системы.
Контроллер памяти находится в процессоре. Современные процессоры имеют интегрированный контроллер памяти. Это определяет минимальную зависимость производительности таких процессоров от шины FSB.

Когда в начале девяностых годов прошлого века появилась шина PCI (Peripheral Component Interconnect, то есть, взаимодействие периферийных компонентов), то по своим техническим параметрам она обладала значительным превосходством в сравнении с существовавшими до того момента шинами, такими, как ISA, EISA, MCA и VL-bus. В те времена шина PCI, которая работала на частоте 33 Мгц, отлично подходила практически для всех периферийных устройств. Но на сегодняшний день положение дел значительно изменилось.

В первую очередь, существенно выросли тактовые частоты процессора и памяти. К примеру, тактовая частота процессоров возросла с 33 МГц до нескольких ГГц, при этом рабочая частота PCI выросла лишь до 66 МГц. Но, вместе с тем, архитектура PCI обладает рядом достоинств в сравнении с предшественниками, поэтому полностью отказываться от неё было бы нерациональным подходом.

Новое поколение шины, которое было названо PCI Express (или сокращенно PCI-E), впервые увидело свет в 2004-ом году и должно было разрешить весь тот набор проблем, с которыми столкнулась шина PCI. Сегодня практически все новые компьютеры обладают шиной PCI Express. И хотя типовые слоты PCI в них также имеются, однако вероятнее всего скоро эта шина станет достоянием истории.

Архитектура шины: основные составляющие

Шина – это централизованный механизм взаимодействия между компонентами информационной системы. Архитектура шины включает в себя несколько основных составляющих, которые обеспечивают эффективную передачу данных и управление системой.

Шина сообщений – это основной канал передачи данных между компонентами системы. Все коммуникации происходят посредством отправки и приема сообщений через шину. Шина сообщений обычно реализуется с использованием технологий и протоколов, таких как HTTP, SOAP, REST и т.д.
Маршрутизатор – ответственный за определение пути сообщений внутри шины. Маршрутизатор принимает сообщение и на основе заданных правил решает, какой компонент системы должен его получить. Это обеспечивает гибкость и расширяемость системы, так как новые компоненты могут быть добавлены или удалены без изменения существующей структуры.
Маппер данных – служит для преобразования данных, передаваемых между компонентами, в соответствующий формат. Маппер данных выполняет функции сопоставления различных структур данных и может использовать различные технологии, такие как XML, JSON, или другие, в зависимости от требований системы.
Реестр сервисов – хранит информацию о доступных сервисах и компонентах системы. Реестр сервисов позволяет компонентам обнаруживать и взаимодействовать с другими компонентами, независимо от их расположения в сети.
Шина событий – предоставляет механизм управления событиями в системе. События могут быть сгенерированы различными компонентами и переданы другим компонентам для обработки. Это позволяет обеспечить асинхронную обработку данных и повысить отзывчивость системы.

Архитектура шины является эффективным способом построения гибких и масштабируемых информационных систем. Ее основные составляющие позволяют реализовать взаимодействие между компонентами системы, обеспечивая передачу данных и управление процессами.

Шины компьютера[править]

Примеры внутренних компьютерных шинправить

Шина ISA явилась расширением магистрали компьютеров IBM PC и IBM PC XT. В ней было увеличено количество разрядов адреса и данных, увеличено число линий аппаратных прерываний и каналов ПДП, а также повышена тактовая частота. К 62-контактному разъему прежней магистрали был добавлен 36-контактный новый разъем. Тем не менее, совместимость была сохранена, и платы, предназначенные для IBM PC XT, годятся и для IBM PC AT
Peripheral Component Interconnect или PCI. Шина PCI имеет два варианта: 32-разрядный (в нем используется 124-контактный разъем) и 64-разрядный (188-контактный разъем). При этом гарантируется как прямая, так и обратная совместимость 32- и 64-разрядных устройств. Чаще всего применяется 32-разрядный вариант PCI.

Примеры внешних компьютерных шинправить

Интерфейс IDE Отличительной особенностью интерфейса является реализация функций контроллера в самом накопителе. Таким образом, если винчестер имел IDE-интерфейс, это означало, что большая часть компонентов контроллера, совместимого по адресам с интерфейсом ST506/412, расположена вместе с электронной частью винчестера.
Шина USB представляет собой 4-проводную линию связи с пропускной способностью 1,5 Мбайт/с (12 Мбит/с). К ней можно подключать до 127 устройств по древовидной схеме с использованием одного или нескольких распределительных устройств. Длина соединительного кабеля между отдельными устройствами USB может достигать 5 метров. В шине USB реализована поддержка режима PnP и возможность «горячего» подключения (без выключения питания).
Интерфейс SCSI был разработан в конце 70-х годов и предложен организацией Shugart Associates первоначально под названием SASI (Shugart Associates System Interface). После стандартизации этого интерфейса в 1986 году уже под названием SCSI (Small Computer System Interface, читается эта аббревиатура “скази”)
Шина SATA

MCA (архитектура микроканалов)

IBM разработала эту шину в качестве замены для ISA, когда они разработали ПК PS / 2, выпущенный в 1987 году.

Автобус предложил ряд технических улучшений по сравнению с шиной ISA. Например, MCA работал на более высокой скорости 10 МГц и поддерживал 16-битные или 32-битные данные. Также поддерживается мастеринг шин — технология, которая размещает мини-процессор на каждой плате расширения. Эти мини-процессоры контролировали большую часть передачи данных, позволяя процессору выполнять другие задачи.

Одним из преимуществ MCA было то, что подключаемые карты были программно настраиваемыми; это означает, что они требовали минимального вмешательства пользователя при настройке.

Шина расширения MCA не поддерживала карты ISA, и IBM решила взимать роялти с других производителей за использование этой технологии. Это сделало его непопулярным, и сейчас это устаревшая технология.

Общие сведения о шинах и контроллерах

Шины в компьютерной архитектуре являются подсистемами, которые предназначены для передачи данных между функциональными блоками компьютера. Как правило, шина должна управляться при помощи драйвера. К шине могут быть подключены несколько модулей по одной совокупности проводников. Каждая шина обладает своим набором коннекторов (соединений), предназначенных для физического подсоединения устройств, карт и кабелей.

Компьютерные магистрали подразделяются на системные и локальные. Системная магистраль (шина) PCI предназначена для связи микропроцессора и внешних устройств. Локальные шины делятся на несколько видов, а именно:

Статья: Контроллеры и шины. Шины FSB, PCI Express, PCI

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

Шина микропроцессора FSB.
Шина, предназначенная для подключения видеоконтроллера.
Шины, предназначенные для внешних накопителей IDE SCI.
Шины, предназначенные для низкоскоростных внешних устройств USB.

Контроллером является устройство управления в сфере электроники и вычислительной техники. Контроллером может считаться электронное устройство, которое способно забирать приходящие в порт сигналы или выдавать их через порт. Контроллер может определить, для него ли предназначается сигнал, а также он способен кодировать и раскодировать сигналы, выполнять преобразование сигналов (если это предусмотрено смыслом его работы и конструкцией), передавать обработанную информацию процессору или в оперативной памяти для дальнейшего её применения или дальнейшей обработки, но лишь только тогда, когда он получил подтверждение, что память свободна или процессор готов информацию принять.

Строение системной платы

Системная плата изготовлена из стекловолокна, состоит из нескольких листов, на которые наносятся контакты (печатная плата) и имеет многослойную структуру.

Системная плата крепится к стойке с помощью винтов.

Статья: Материнская плата

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

Основные элементы, которые располагаются на системной плате:

процессор;
оперативная память;
набор управляющих микросхем (чипсет);
BIOS;
кэш-память;
шины;
слоты расширения;
батарейка и др.

Кроме того, на плате расположены разъемы для параллельных, последовательных портов (для подключения клавиатуры и мыши), источника питания, встроенного динамика, индикаторов и кнопок, которые находятся на передней панели системного блока. Тип системной платы определяет производительность ПК и перечень тех устройств, которые можно подключить.

Рисунок 2. Вид системной платы

Для передачи данных между устройствами системной платы используются шины: шина главного процессора, на которой работает ЦП и кэш-память, системная шина. Взаимодействие происходит через специальные устройства – контроллеры.

Жесткий диск

Жесткий диск (ЖД) — одно из ключевых устройств системного блока, предназначенное для хранения и чтения данных. Внешне жесткий диск представляет собой удлиненный и металлический блок со встроенными магнитными дисками.

Основные функции жесткого диска:

Хранение данных. Жесткий диск является основным носителем информации в компьютере. Он может хранить операционную систему, программы, файлы и другую информацию.
Чтение данных. Жесткий диск используется для доступа к данным и их чтения компьютерной системой. Позволяет загружать операционную систему и запускать программы.
Запись данных. Жесткий диск позволяет записывать новые данные и изменять существующую информацию на диске. Это позволяет сохранять файлы и делать их доступными для последующего использования.

Основные компоненты жесткого диска:

Магнитные диски – основные носители информации. Обычно устанавливают несколько магнитных дисков для увеличения объема хранения данных.
Головка чтения/записи – устройство для считывания и записи информации на магнитные диски.
Шпиндель – ось, на которой установлены магнитные диски и которая вращается с большой скоростью.
Контроллер – электронная плата, которая управляет работой жесткого диска. Контроллер обрабатывает команды, контролирует доступ к данным и передает информацию между диском и другими компонентами компьютера.

Жесткий диск является неотъемлемой частью системного блока и считается одним из наиболее важных компонентов компьютера. Его емкость и производительность непосредственно влияют на работу всей системы и возможности хранения данных.

Для чего нужна системная плата

Ответ на вопрос, что такое материнская плата компьютера, следует из описания её функций. Системная плата является тем самым связующим звеном (точнее, целым комплексом связующих звеньев), без которого работа ПК в целом будет невозможной.

Непосредственно в разъёмы на материнской плате вставляются следующие устройства:

процессор;
модули памяти;
видеокарта;
звуковая карта;
любые другие устройства со стандартными интерфейсами материнки (сетевые адаптеры, устройства обработки видео и т.д.)

Устройства хранения информации (жёсткие диски, BlueRay и прочие) подключаются к материнке не непосредственно, а при помощи стандартных кабелей. В настоящее время для таких устройств используется интерфейс SATA. Кроме того, существуют такие же разъёмы для подключения резервных хранилищ информации, располагающихся вне системного блока.

Различные периферийные устройства (клавиатура, мышь, принтер, флешки и пр.) могут быть подключены к плате при помощи интерфейса USB. Разъёмы USB могут находиться как непосредственно на плате, так и подключены к ней при помощи кабелей.

Иногда на материнках для обеспечения совместимости с некоторыми моделями клавиатур и мышей может использоваться интерфейс PS/2, разъём которого также расположен на ней.

Платы со встроенными видеоадаптерами имеют разъём видеоадаптера, предназначенный для подключения к монитору.

Разновидности плат

Материнские платы, подходящие для одних и тех же процессоров и имеющие одинаковые чипсеты могут быть произведены в различных конструктивных вариантах исполнения. В первую очередь это касается их размеров. Существует понятие форм-фактора или типоразмера материнской платы; разберемся, что это такое.

Геометрические размеры платы имеют стандартные значения для унификации используемых системных блоков и различных периферийных устройств. Рассмотрим их подробнее:

EATX

Размер: 12 на 13 дюймов (305 на 300 мм).

Преимущественно применяется для серверного, т.н. «стоечного» исполнения. Однако, могут применяться и для ПК, в случае, если необходимо подключить несколько крупных устройств, например, видеокарт. Обладают максимальным набором периферийных устройств, однако их стоимость может на порядок превышать стоимость обычных материнок. Число больших слотов расширения, поддерживающих шину PCIE-16 – до 4.

Standard ATX

Размер: 12 на 9,6 дюймов (305 на 244 мм).

Обычные платы, использующиеся в большинстве современных ПК. Подходят для любых корпусов типа Tower. Число слотов расширения – до 3.

microATX

Размер: 9,6 на 9,6 дюймов (244 на 244 мм).

Урезанная версия ATX. Используют один слот расширения, имеют ограничение на количество портов USB. При этом они дешевле стандартных и потребляют меньше электроэнергии.

Mini-ITX

Размер: 6,7 на 6,7 дюймов (170 на 170 мм).

Специализированные платы для небольших системных блоков, преимущественно используемых для офисных решений. Слот расширения либо отсутствует, либо имеется его урезанная версия. Процессор встроен в материнку и не подлежит замене. Обладают очень низким энергопотреблением. Блок питания ограничивается мощностью в 100 Вт. Для сравнения, питание самой «лёгкой» платы microATX требует источника питания минимум 300 Вт.

Mini-STX

Размер: 5,7 на 5,5 дюймов (147 на 140 мм).

Также специализированные платы для микрокомпьютеров. Слотов расширения нет, однако, процессор может быть заменен. Видеосистема встроенная. Применяется преимущественно для офисных и мобильных решений.

Итоги

Как мы видим, последовательные интерфейсы пришли в компьютерную индустрию всерьёз и надолго. Не за горами времена, когда такие почётные долгожители, как PCI, IDE(PATA), SCSI, совсем уйдут со сцены, ибо преемники – PCI Express, Serial ATA, Serial Attached SCSI – уже агрессивно отвоёвывают позиции у «старичков». В стане процессорных шин пока паритет – архитектура K8 компании AMD c организацией процессорной шины на основе HyperTransport уже зарекомендовала себя как удачное решение, но и компания Intel с «последней редакцией» параллельной шины FSB (QPB) чувствует себя довольно уверенно и не собирается от неё отказываться.

Что касается возможной войны технологий PCI Express и HyperTransport, то здесь не тот случай – уж слишком разные сферы применения уготованы разработчиками этим решениям. Для вторжения в сферу сверхбыстрых передач у PCI Express недостаточно пропускной способности (максимум 8 ГБ/с для х16 против 41 ГБ/с у HyperTransport). Что касается работы HyperTransport с периферийными контроллерами, то данная шина не обладает для этого достаточными возможностями протоколов в силу своего изначального предназначения – замены процессорной шины, первое упоминание о «горячем» подключении появилось лишь в спецификации HyperTransport 3.0, да и стандартом пока что не предусмотрено внешних разъёмов.