Как выглядит шина компьютера
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.
Источник: webistore.ru
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:
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.
Источник: www.syl.ru
Системная шина — что это?
Здравствуйте, уважаемые читатели блога Pc-information-guide.ru. Очень часто на просторах интернета можно встретить много всякой компьютерной терминологии, в частности — такое понятие, как «Системная шина». Но мало кто знает, что именно означает этот компьютерный термин. Думаю, сегодняшняя статья поможет внести ясность.
Системная шина (магистраль) включает в себя шину данных, адреса и управления. По каждой их них передается своя информация: по шине данных — данные, адреса — соответственно, адрес (устройств и ячеек памяти), управления — управляющие сигналы для устройств. Но мы сейчас не будем углубляться в дебри теории организации архитектуры компьютера, оставим это студентам ВУЗов. Физически магистраль представлена в виде многочисленных дорожек (контактов) на материнской плате.
Я не случайно на фотографии к этой статье указал на надпись «FSB». Дело в том, что за соединение процессора с чипсетом отвечает как раз шина FSB, которая расшифровывается как «Front-side bus» — то есть «передняя» или «системная». И , на который обычно ориентируются при разгоне процессора, например.
Существует несколько разновидностей шины FSB, например, на материнских платах с процессорами Intel шина FSB обычно имеет разновидность QPB, в которой данные передаются 4 раза за один такт. Если речь идет о процессорах AMD, то там данные передаются 2 раза за такт, а разновидность шины имеет название EV6. А в последних моделях CPU AMD, так и вовсе — нет FSB, ее роль выполняет новейшая HyperTransport.
Итак, между чипсетом и центральным процессором данные передаются с частотой, превышающей частоту шины FSB в 4 раза. Почему только в 4 раза, см. абзац выше. Получается, если на коробке указано 1600 МГц (эффективная частота), в реальности частота будет составлять 400 МГц (фактическая). В дальнейшем, когда речь пойдет о разгоне процессора (в следующих статьях), вы узнаете, почему необходимо обращать внимание на этот параметр. А пока просто запомните, чем больше значение частоты, тем лучше.
Кстати, надпись «O.C.» означает, буквально «разгон», это сокращение от англ. Overclock, то есть это предельно возможная частота системной шины, которую поддерживает материнская плата. Системная шина может спокойно функционировать и на частоте, существенно ниже той, что указана на упаковке, но никак не выше нее.
Вторым параметром, характеризующим системную шину, является . Это то количество информации (данных), которая она может пропустить через себя за одну секунду. Она измеряется в Бит/с. Пропускную способность можно самостоятельно рассчитать по очень простой формуле: частоту шины (FSB) * разрядность шины. Про первый множитель вы уже знаете, второй множитель соответствует разрядности процессора — помните, x64, x86(32)? Все современные процессоры уже имеют разрядность 64 бита.
Итак, подставляем наши данные в формулу, в итоге получается: 1600 * 64 = 102 400 МБит/с = 100 ГБит/с = 12,5 ГБайт/с. Такова пропускная способность магистрали между чипсетом и процессором, а точнее, между северным мостом и процессором. То есть системная, FSB, процессорная шины — все это синонимы. Все разъемы материнской платы — видеокарта, жесткий диск, оперативная память «общаются» между собой только через магистрали. Но FSB не единственная на материнской плате, хотя и самая главная, безусловно.
Как видно из рисунка, Front-side bus (самая жирная линия) по-сути соединяет только процессор и чипсет, а уже от чипсета идет несколько разных шин в других направлениях: PCI, видеоадаптера, ОЗУ, USB. И совсем не факт, что рабочие частоты этих подшин должны быть равны или кратны частоте FSB, нет, они могут быть абсолютно разные. Однако, в современных процессорах часто контроллер ОЗУ перемещается из северного моста в сам процессор, в таком случае получается, что отдельной магистрали ОЗУ как бы не существует, все данные между процессором и оперативной памятью передаются по FSB напрямую с частотой, равной частоте FSB.
Источник: pc-information-guide.ru
Системные платы. Шины
Системная, или материнская, плата (motherboard – MB) – это важнейшая часть компьютера, содержащая основные электронные компоненты машины. С помощью материнской платы осуществляется взаимодействие между устройствами компьютера.
МВ представляет собой печатную плату, на которой располагаются некоторые микросхемы, остальные компоненты объединяются при помощи системной шины и устанавливаются на дополнительных платах (платах или картах расширения), помещаемых в специальные разъемы (слоты), имеющиеся на материнской плате. Компьютеры, использующие такую технологию, относятся к системам с шинной архитектурой.
Рис. 14. Структурная схема системной платы
Характеристики системных плат:
· Процессорный разъем (Intel – Socket 370, 423, 478, 775; AMD – Socket А, 754, 939. См. Приложение IV – процессоры Intel и Приложение V – процессоры AMD).
· Форм- фактор (типоразмер) определяет размеры системной платы.
– ATX (Advanced Technology eXtended) – один из самых распространенных форматов материнских плат для ПК, идеально подходит для построения домашнего компьютера. Платы ATX имеют размеры 30,5х24,4 см и поддерживают семь слотов расширения.
– mATX (micro ATX) – несколько уменьшенный по размерам стандарт ATX. Подходит для построения офисных компьютеров, когда не требуется много слотов для расширения системы. Платы mATX имеют размеры 24,4х24,4 см и поддерживают четыре слота расширения.
– EATX (Extended ATX) материнские платы отличаются от ATX размерами (до 30,5х33,0 см), требуют специальных блоков питания (24 контакта, в отличие от 20 для ATX) и используются в основном для серверов.
– BTX (Balanced Technology Extended) – новый стандарт, который приходит на смену ATX. При разработке этого форм-фактора большое внимание уделялось эффективному охлаждению установленных на плате элементов. BTX идеально подходит для построения миниатюрных компьютеров. Материнские платы BTX имеют размеры 26,7х32,5 см и поддерживают семь слотов расширения.
– mBTX (micro BTX) – уменьшенный вариант BTX. Размеры таких плат составляют 26,7х26,4 см. mBTX поддерживают четыре слота расширения.
– SSI EEB (Server Standards Infrastructure Entry Electronics Bay). Материнские платы этого стандарта обычно служат для построения серверов. Разъемы для подключения блока питания имеют 24+8 контактов. Габариты таких плат составляют 30,5х33,0 см.
– SSI CEB (SSI Compact Electronics Bay). Материнские платы этого стандарта обычно служат для построения серверов. Разъемы для подключения блока питания имеют 24+8 контактов. Габариты таких плат составляют 30,5х25,9 см.
· Чипсет (chipset) – набор микросхем, реализующих все функции связи основных элементов. Чипсеты состоят из двух микросхем с условными названиями северный мост (North bridge) и южный мост (South bridge). Северный мост обеспечивает управление системной шиной процессора (FSB), шиной оперативной памяти, шиной AGP и интерфейсом связи с южным мостом (либо с шиной PCI в старых чипсетах). Южный мост состоит из контроллеров ввода-вывода, обеспечивает подключение шин PCI, ISA, ATA, USB, памяти CMOS и BIOS.
· Тип памяти и частота работы шины памяти – SDRAM, DDR, DDR-II, RDRAM.
· Число слотов памяти и максимальное емкость поддерживаемой памяти.
· Кэш-память второго и третьего уровней (Cache L2, Cache L3). Обычно кэш-память 2-го уровня устанавливается в один корпус с процессором, а кэш-память 3-го уровня – на материнскую плату.
· BIOS (Basic Input-Output System).
· CMOS память – размещается на системной плате или в составе чипсета. Питается от аккумулятора (батарейки), поэтому энергонезависима (сохраняет информацию при отключении компьютера от сети). Память хранит информацию о параметрах многих устройств, входящих в компьютер, а также о системном времени. Информация может изменяться.
Звуковая карта, видеокарта, адаптер локальной сети – эти устройства могут быть интегрированы в системную плату.
Шина (bus) – группа проводников, соединяющих несколько устройств и передающих сигналы между ними.
· разрядность или ширина шины;
· пропускная способность = частота × разрядность;
· количество подключаемых устройств;
Операции на шине называют транзакциями. Основные виды транзакций – транзакции чтения и транзакции записи.
Когда два устройства обмениваются информацией по шине, одно из них должно инициировать обмен и управлять им. Такое устройство называют ведущим (bus master). Устройства, не обладающие возможностями инициирования транзакций, называются ведомыми (bus slave).
1. Системная шина, или шина «процессор-память» (Front-Side Bus, FSB), – шина между процессором и основной памятью (или северным мостом чипсета).
2. Шины расширений (Expansion Bus) – шины общего назначения, позволяющие подключать разнообразные устройства (звуковую карту,сетевую карту, модем, ТВ-тюнер и др.). Слоты шин расширения расположены на системной плате.
3. Локальные шины (Local Bus) – шины для подключения небольшого количества устройств определенного класса, преимущественно видеосистем.
4. Периферийные шины (Peripheral Bus) – шины для внешних запоминающих (винчестер, CD/DVD-дисковод) и периферийных медленнодействующих устройств (принтер, сканер, клавиатура, мышь).
Шина состоит из следующих частей:
Кроме того, обычно присутствует шина питания.
Любая транзакция начинается с выставления ведущим устройством адреса. На шине адреса могут выдаваться адреса ячеек памяти, номера регистров процессора, адреса портов ввода-вывода. Число линий, выделенных для передачи адреса, определяет максимально возможный размер адресного пространства.
Размер адресного пространства = 2n, где n – число адресных линий.
Пример. Первый персональный компьютер IBM PC с процессором Intel 8088 содержал 20-разрядную шину адреса. Следовательно, процессор мог обращаться к 220= 1 Мбайт памяти.
Пример. Процессор Pentium 4 имеет 36-разрядную шину адреса, что позволяет адресовать 236= 64 Гбайт памяти.
Для передачи данных служит шина данных. Ширина (разрядность) шины данных определяет количество битов, которое может быть передано по шине за одну транзакцию (цикл шины). Цикл шины следует отличать от периода тактовых импульсов – одна транзакция на шине может занимать несколько тактовых импульсов. Пропускная способность определяет скорость передачи данных именно по шине данных.
Пример. Шина расширения ISA (компьютер IBM PC) содержит 16-разрядную шину данных, частота шины – 8 МГц. Пропускная способность = 2 байта * 8 МГц = 16 Мбайт/с.
Пример. В системной шине FSB процессора Pentium 4 ширина шины данных – 64 разряда, частота до 800 МГц. Пропускная способность = 8 байт
800 МГц = 6,4 Гбайт/с.
Можно увеличить пропускную способность шин двумя способами:
1) Увеличить ширину шины данных. Но в этом случае увеличиваются взаимные помехи, наводимые сигналами в одном проводнике на сигналы в другом, и наоборот.
2) Увеличить частоту работы шины. При этом усиливается явление перекоса. Явление перекоса состоит в том, что сигналы, одновременно посланные по разным проводникам шины, достигают пункта назначения в разное время (вследствие отличия характеристик проводников шины и электронных схем, через которые проходят сигналы).
По шине управления передаются следующие сигналы:
В некоторых шинах линии адреса и данных объединены в единую мультиплексируемую шину адреса/данных. Сначала линии шины используются для передачи адреса, а затем те же самые линии – для передачи данных. Объединение линий сокращает ширину и стоимость шины, но замедляет ее работу.
Пример. В шине расширения PCI используются 64 объединенные линии для данных и адреса.
По количеству проводников для передачи данных различают последовательные и параллельные шины. В последовательных шинах (serial bus) для передачи данных используют одну линию, по которой биты передаются один за другим – последовательно. В параллельных шинах присутствуют несколько проводников, по которым данные могут передаваться одновременно.
Пример. Периферийная шина для подключения внешних накопителей ATA (IDE) – параллельная, в ней 40 или 80 проводов, а новая шина Serial ATA – последовательная, в ней 7 проводов (пара на передачу данных, пара – на прием, 3 – «земля»).
Рассмотрим последовательность событий, происходящих на шине во время одной транзакции (рис. 15). Сначала устройство, которое является ведущим (Bus master), получает управление шиной, после чего оно может выдавать на шину свои данные. Через некоторый интервал времени, определяемый скоростью распространения сигналов по шине, данные достигают ведомого устройства (Bus slave). Скорость распространения
сигналов обычно не превышает 70% скорости света (300 000 км/с). После появления данных на ведомом устройстве выдерживается пауза, для того чтобы сигнал стал устойчивым. Затем сигнал может быть считан и удален с шины.
На рис. 15 приведены примерные значения интервалов для шины частотой 133 МГц.
Рис. 15. Диаграмма пересылки данных
На роль ведущего могут претендовать одновременно несколько устройств (центральный процессор, сопроцессор, устройства ввода-вывода), однако управлять шиной в каждый момент времени может только одно из них. Чтобы исключить конфликты вводится механизм арбитража.
Арбитраж может быть централизованным и децентрализованным. При централизованном арбитраже в системе имеется специальное устройство – центральный арбитр, который в соответствии с приоритетами каждого устройства предоставляет им доступ к шине. При децентрализованном арбитраже каждое ведущее устройство содержит блок управления доступом к шине. При совместном использовании шины такие блоки взаимодействуют друг с другом, разделяя доступ.
Пример. Шина расширения PCI является шиной с централизованным арбитражем. Периферийная шина SCSI – шина с децентрализованным арбитражем.
Вследствие явления перекоса шины все устройства, использующие шины, должны «знать», когда адреса, данные и управляющие сигналы следует считать достоверными. Метод, выбираемый для информирования одостоверности адресов, данных и сигналов управления шины, называется
Существует два основных класса протоколов:
1) Синхронные – все сигналы «привязаны» к импульсам тактового генератора. Изменение управляющих сигналов совпадает с фронтом или спадом тактового импульса (см. SDRAM).
2) Асинхронные – начало очередного события на шине определяется не тактовым импульсом, а предыдущим событием (см. виды памяти: традиционная DRAM, FPM, EDO и BEDO).
В прошлом разработчики ЭВМ предпочитали асинхронные шины, сейчас чаще используются синхронные. Современные синхронные шины несколько быстрее асинхронных, поэтому применяются в канале
«процессор-память», а асинхронные – для периферийных устройств.
Пример. Системная шина Pentium 4, так же как шина расширения PCI, является синхронной, периферийная шина ATA (IDE) асинхронная, а шина SCSI может работать как по синхронному, так и по асинхронному протоколам.
Источник: helpiks.org
Как выглядит шина компьютера
Ранние компьютерные шины были группой проводников, подключающей компьютерную память и периферию к процессору. Почти всегда для памяти и периферии использовались разные шины, с разным способом доступа, задержками, протоколами.
Одним из первых усовершенствований стало использование прерываний. До их внедрения компьютеры выполняли операции ввода-вывода в цикле ожидания готовности периферийного устройства. Это было бесполезной тратой времени для программ, которые могли делать другие задачи. Также, если программа пыталась выполнить другие задачи, она могла проверить состояние устройства слишком поздно и потерять данные. Поэтому инженеры дали возможность периферии прерывать процессор. Прерывания имели приоритет, так как процессор может выполнять только код для одного прерывания в один момент времени, а также некоторые устройства требовали меньших задержек, чем другие.
Некоторое время спустя компьютеры стали распределять память между процессорами. На них доступ к шине также получил приоритеты.
Классический и простой способ обеспечить приоритеты прерываний или доступа к шине заключался в цепном подключении устройств.
DEC отмечала, что две разные шины могут быть излишними и дорогими для малых, серийных компьютеров и предложила отображать периферийные устройства на шину памяти, так, что они выглядели как области памяти. В то время это было очень смелым решением, и критики предсказывали ему провал.
Первые миникомпьютерные шины представляли пассивные объединительные платы, подключенные к контактам микропроцессора. Память и другие устройства подключались к шине с использованием тех же контактов адреса и данных, что и процессор. Все контакты были подключены параллельно. В некоторых случаях, например в IBM PC, необходимы дополнительные инструкции процессора для генерации сигналов, чтобы шина была настоящей шиной ввода-вывода.
Во многих микроконтроллерах и встраиваемых системах шины ввода-вывода до сих пор не существует. Процесс передачи контролируется ЦПУ, который в большинстве случаев читает и пишет информацию в устройства, так, как будто они являются блоками памяти. Все устройства используют общий источник тактового сигнала. Периферия может запросить обработку информации путём подачи сигналов на специальные контакты ЦПУ, используя какие-либо формы прерываний. Например, контроллер жёсткого диска уведомит процессор о готовности новой порции данных для чтения, после чего процессор должен считать их из области памяти, соответствующей контроллеру. Почти все ранние компьютеры были построены по таким принципам, начиная от Altair с шиной S-100, заканчивая IBM PC в 1980‑х.
Такие простые шины имели серьёзный недостаток для универсальных компьютеров. Всё оборудование на шине должно было передавать информацию на одной скорости и использовать один источник синхросигнала. Увеличение скорости процессора было непростым, так как требовало такого же ускорения всех устройств. Это часто приводило к ситуации, когда очень быстрым процессорам приходилось замедляться для возможности передачи информации некоторым устройствам. Хотя это допустимо для встраиваемых систем, данная проблема непозволительна для коммерческих компьютеров. Другая проблема состоит в том, что процессор требуется для любых операций, и когда он занят другими операциями, реальная пропускная способность шины может значительно страдать.
Такие компьютерные шины были сложны в настройке, при наличии широкого спектра оборудования. Например, каждая добавляемая карта расширения могла требовать установки множества переключателей для задания адреса памяти, адреса ввода-вывода, приоритетов и номеров прерываний.
Второе поколение
Компьютерные шины «второго поколения», например NuBus решали некоторые из вышеперечисленных проблем. Они обычно разделяли компьютер на две «части», процессор и память в одной и различные устройства в другой. Между частями устанавливался специальный контроллер шин (bus controller). Такая архитектура позволила увеличивать скорость процессора без влияния на шину, разгрузить процессор от задач управления шиной. При помощи контроллера устройства на шине могли взаимодействовать друг с другом без вмешательства центрального процессора. Новые шины имели лучшую производительность, но также требовали более сложных карт расширения. Проблемы скорости часто решались увеличением разрядности шины данных, с 8-ми битных шин первого поколения до 16 или 32-х битных шин во втором поколении. Также появилась программная настройка устройств для упрощения подключения новых устройств, ныне стандартизованная как Plug-n-play.
Однако новые шины, так же как и предыдущее поколение, требовали одинаковых скоростей от устройств на одной шине. Процессор и память теперь были изолированы на собственной шине и их скорость росла быстрее, чем скорость периферийной шины. В результате, шины были слишком медленны для новых систем и машины страдали от нехватки данных. Один из примеров данной проблемы: видеокарты быстро совершенствовались, и им не хватало пропускной способности даже новых шин Peripheral Component Interconneсt (PCI). Компьютеры стали включать в себя Accelerated Graphics Port (AGP) только для работы с видеоадаптерами. В 2004 году AGP снова стало недостаточно быстрым для мощных видеокарт и AGP стал замещаться новой шиной PCI Express
Увеличивающееся число внешних устройств стало применять собственные шины. Когда были изобретены приводы дисков, они присоединялись к машине при помощи карты, подключаемой к шине. Из-за этого компьютеры имели много слотов расширения. Но в 1980‑х и 1990‑х были изобретены новые шины SCSI и IDE решившие эту проблему и оставив большую часть разъёмов расширения в новых системах пустыми. В наше время типичная машина поддерживает около пяти различных шин.
Шины стали разделять на внутренние (local bus) и внешние (external bus). Первые разработаны для подключения внутренних устройств, таких как видеоадаптеры и звуковые платы, а вторые предназначались для подключения внешних устройств, например, сканеров. IDE является внешней шиной по своему предназначению, но почти всегда используется внутри компьютера.
Третье поколение
Шины «третьего поколения» [какие?] обычно позволяют использовать как большие скорости, необходимые для памяти, видеокарт и межпроцессорного взаимодействия, так и небольшие при работе с медленными устройствами, например, приводами дисков. Также они стремятся к большей гибкости в терминах физических подключений, позволяя использовать себя и как внутренние и как внешние шины, например для объединения компьютеров. Это приводит к сложным проблемам при удовлетворении различных требований, так что большая часть работ по данным шинам связана с программным обеспечением, а не с самой аппаратурой. В общем, шины третьего поколения больше похожи на компьютерные сети, чем на изначальные идеи шин, с большими накладными расходами, чем у ранних систем. Также они позволяют использовать шину нескольким устройствам одновременно.
Современные интегральные схемы часто разрабатываются из заранее созданных частей. Разработаны шины (например Wishbone) для более простой интеграции различных частей интегральных схем.
Источник: dic.academic.ru
