9. Шины данных
Системная шина предназначена для организации обмена информацией между всеми компонентами компьютера. Все основные блоки персонального компьютера подсоединены к системной шине. Основной функцией системной шины является обеспечение взаимодействия между центральным процессором и остальными электронными компонентами компьютера. По проводникам этой шины осуществляется передача данных, их адресов, а также управляющей информации. Системная шина физически представляет собой набор проводников, объединяющих основные узлы системной платы. От типа системной шины, так же как и от типа процессора, зависит скорость обработки информации персональным компьютером. К основным характеристикам системной шины относятся тактовая частота и разрядность канала связи. Современный компьютер имеет системную шину 32 и 64 бита. Такая разрядность шины данных позволяет значительно повысить скорость обмена информацией, а увеличение разрядности адресной шины обеспечивает возможность обращения к большему объему оперативной памяти. Однако системная шина как основная информационная магистраль не может обеспечить достаточную производительность для внешних устройств. Для решения этой проблемы в компьютере стали использовать локальные шины, которые связывают микропроцессор с периферийными устройствами.
Слоты расширения предназначены для установки карт различного назначения, расширяющих функциональные возможности компьютера. На слоты выводятся стандартные шины расширения ввода-вывода, а также промежуточные интерфейсы, наподобие AMR и CNR. Стандартизованные шины расширения ввода-вывода обеспечивают основу функциональной расширяемости PC-совместимого персонального компьютера, который с самого рождения не замыкался на выполнении сугубо вычислительных задач.
Шины расширения является средствами подключения системного уровня: они позволяют адаптерам и контроллерам непосредственно использовать системные ресурсы PC – пространства памяти и ввода-вывода, прерывания, каналы прямого доступа к памяти. Как следствие, изготовителям модулей расширения приходится точно следовать протоколам шины, включая жесткие частотные и нагрузочные параметры, а также временные диаграммы. Отклонения приводят к несовместимости с некоторыми системными платами. Если при подключении к внешним интерфейсам это ведет к неработоспособности только самого устройства, то некорректное подключение к системной шине может блокировать работу всего компьютера. Следует также учитывать ограниченность ресурсов PC. Самые дефицитные из них – линии запросов прерываний, проблема прерываний, известная по шине ISA, так и не была радикально решена с переходом на PCI. Другой дефицит – каналы прямого доступа шины ISA, используемые и для прямого управления шиной, - в шине PCI исчез. Доступное адресное пространство памяти и портов ввода-вывода, в котором было тесновато абонентам шины ISA, в PCI существенно расширено. Проблемы распределения ресурсов на шинах решаются по-разному, но чаще всего применяется технология PnP.
В современных настольных компьютерах основной шиной расширения является PCI, порт AGP присутствует практически повсеместно, шина ISA, несмотря на рекомендации отойти от нее, сохраняется как средство подключения старых карт расширений.
Выделяют 3 вида шин:
Шина данных
Адресная шина
Шина команд
Шина данных – происходит копирование данных из оперативной памяти, в регистре процессора и наоборот. 64 разрядная.
Адресная шина – данные, которые передаются, трактуются как адреса ячеек оперативной памяти. С помощью этой шины процессор считывает адреса команд, которые надо выполнить, а также данные, которыми оперируют команды. 32-разрядная.
Шина
команд
(управления)– поставляет команды,
которые выполняет процессором. Простые
команды укладываются в один байт, более
сложные в 2,3 байта. 32-разрядная.
Шины на материнской плате используют не только для связи с процессором, все остальные устройства ЭВМ тоже подключаются с помощью шин.
ISA – позволяет связать между собой все устройства в системном блоке, а так же обеспечить подключение новых устройств через стандартные слоты. Пропускная способность составляет 5,5 Мб в секунду. Сейчас используют только для подключения внешних устройств, которые не требуют большой пропускной способности (звук, модемы).
EISA- 32-битная шина средней производительности, применяемая в основном для подключения контроллеров дисков и адаптеров локальных сетей в серверах. В настоящее время вытеснена шиной PCI. Раньше применялась в серверных платформах, где необходимо устанавливать множество дополнительных плат расширения. В слот EISA можно устанавливать карты ISA(но не наоборот). Пропускная способность до 32-Мб-в секунду.
VLB – локальная шина, которая представляет собой соединение процессора с оперативной памятью в обход основной магистральной шины. Эта шина работает на более высокой частоте и позволяет увеличить скорость передачи данных. Эта шина имеет интерфейс для подключения видео адаптера необходимого для подключения монитора в состав вычислительного комплекса. Пропускная способность до 130 Мб в секунду. Рабочая тактовая частота – 50 МГц. Зависит от типа устройств подключаемых к этой шине.
PCI – стандарт подключения внешних устройств который введен для Pentium. По своей сути это интерфейс - локальные шины с разъемами для подключения внешних компонентов вычислительных систем. Тактовая частота - до 166 МГц и обеспечивает передачу информации со скоростью 264 Мб в секунду независимо от количества подключенных устройств. С введением этого стандарта появилась возможность для подключения технологии “Plug & Play”: после физического подключения устройства обеспечивается автоматическая конфигурация в составе вычислительной системы.
FSB – шина, которая используется для связи процессора с оперативной памятью компьютера, эта шина работает на частоте 133-МГц и выше. Пропускная способность до 800 Мб/сек. Частота работы шины FSB является основным параметром, который указывается в спецификации материнской платы.
AGP – специальный шинный интерфейс, который предназначен для подключения видео адаптера. Этот интерфейс необходим в современных вычислительных устройствах, потому что параметры шины PCI не отвечают требованиям видеоадаптера по быстродействию. Пропускная способность 1066 Мб/сек. В отличие от шины PCI для порта AGP возникают проблемы совместимости карт акселераторов с типом системной платы (чипсета) и процессора даже при формальном соответствии их параметров.
USB – стандарт универсальной последовательной шины, который определяет способ взаимодействия компьютера с современным периферийном оборудованием. Этот порт разрешает подключать 256 различных устройств с последовательным интерфейсом, причем устройства могут подключаться последовательно (цепочкой). Преимущество этого стандарта в том, что периферийное устройство можно подключать. Во время текущего сеанса работы без перезагрузки. Этот порт позволяет соединять компьютеры в сеть без использования специальной аппаратуры и программного обеспечения.
Конфигурирование шин расширения предполагает в основном настройку их временных параметров:
Для шины PCI задается частота синхронизации, кроме того, с CMOS Setup для этой шины могут определяться некоторые её возможные режимы – конкурентные обращения, слежение за палитрами.
Для порта AGP задается частота, поддерживаемые режимы, а также апертуры AGP.
Для шин ISA и PCI иногда настройками CMOS Setup приходится распределять системные ресурсы ( главным образом, линии запросов прерываний).
Для шины ISA кроме частоты (которая должна быть порядка 8 МГц) задают время восстановления для 8- и 16-битных обращений к памяти и вводу-выводу. Неустойчивая работа адаптеров может потребовать замедления шины ISA, но в настоящее время понижение её производительности не сильно отражается на производительности компьютера в целом.
Различные устройства для хранения данных отличаются по своему интерфейсу, то есть по типу контролера, к которому они должны подключаться.
Типы:
IDE (EIDE) – наиболее распространенный вид интерфейсов, который предназначен для подключения жестких дисков.
К IDE – 2 типа устройства можно подключить
К EIDE – 4 типа устройств можно подключить
SCSI – контролеры применяемые на компьютерах исключительно как серверы локальных сетей, так же на компьютерах в издательских системах, а так же в составе АРМов (автоматизированных рабочих мест). Обеспечивает высокое быстродействие, широкий диапазон подключаемых устройств.
Из всех современных устройств хранения данных наибольшую скорость обмена информации с процессором имеют накопители на твердых дисках. IDE и SCSI используются для подключения магнитно-оптических дисков, сканеров. SCSI имеет преимущество: позволяет подключать различные типы устройств как внутренних так и внешних (жесткие диски, стримеры, дисководы для компакт-дисков, принтеры). Операции обмена информацией с этим типом контролеров можно осуществлять параллельно. В серверах локальных сетей работающих с десятками жестких дисков скорость контролеров SCSI может достигать до 20 Мб/сек за счет подключения устройств к этому контролеру с помощью 68 проводного кабеля.
В составе одного компьютера может быть использовано до 4-х типов контролеров.