19. Що таке шинний інтерфейс комп’ютера?

Совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым параллельно и одновременно обмениваются информацией компоненты и устройства PC, называют шиной (bus).

Шина предназначена для обмена данными между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом.

Обычно шина имеет места для подключения внешних устройств, которые при подключении сами становятся частью шины и могут обмениваться данными со всеми другими подключенными к ней устройствами.

Шина имеет собственную архитектуру, включающую следующие компоненты:

• контроллер шины;

• линии для обмена данными (шины данных);

• линии для адресации данных (шины адреса);

• линии для управления данными (шины управления).

Контроллер шины осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами.

По шине данных происходит обмен данными между процессором, внешними устройствами и оперативной памятью. Особую роль при этом играет так называемый режим прямого доступа к памяти – DMA (Direct Memory Access). Управление обменом данных в этом режиме осуществляется соответствующим контроллером, без участия процессора. Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть передано за определенный промежуток времени и выше производительность компьютера. Если первые IBM-совместимые компьютеры имели 8-разрядную шину данных, то компьютеры с процессорами семейства Pentium имеют уже 64-разрядную шину данных.

Процесс обмена данными возможен лишь в том случае, когда известен отправитель и получатель этих данных. Каждый компонент компьютера, каждый регистр ввода/вывода и ячейка оперативной памяти имеют свой адрес и входят в общее адресное пространство компьютера. Для адресации к какому-либо устройству компьютера используется шина адреса, по которой передается уникальный идентификацион­ный код (адрес).

Для ускорения обмена данными используется устройство промежуточного хранения данных – память с произвольным доступом RAM (Random Access Memory). Объем RAM зависит от разрядности ад­ресной шины (числа линий) и, тем самым, от максимально возможного коли­чества адресов, генерируемых процессором на адресной шине, иными сло­вами, т.е. максимальный адресуемый объем памяти определяется по формуле:

V _max = 2ⁿ,

где n – число линий шины адреса.

Адресные шины первых IMB-совместимых компьютеров имели 20 адресных линий и, таким образом, могли адресовать память объемом 1 Мб (2²⁰ байт), а современные компьютеры имеют уже 32-разрядную адресную шину, с помощью которой можно адресовать 4 Гбайта памяти.

Для успешной передачи данных не достаточно установить их на шине дан­ных и задать адрес на шине адреса. Для того чтобы данные были записаны (считаны) в регистры устройств, подключенных к шине, адреса которых указаны на шине адреса, необходим ряд служебных сигналов: записи/счи­тывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания, управления и инициализации контролле­ра DMA и др. Все эти сигналы передаются по шине управления.

Помимо разрядности, важнейшей характеристикой шины является пропускная способность, которая определяется количеством бит информации, передаваемых по шине за се­кунду. Для определения пропускной способности шины необходимо умножить тактовую частоту шины на ее разрядность. Так, для 16-разрядной шины с тактовой частотой 8,33 МГц пропускная способность будет равна 16,66 Мбайт/с., а для 64-разрядной шины с тактовой частотой 100 МГц – 800 Мбайт/с.