Что такое шина в компьютере

Обновлено: 21.11.2024

Шина — это подсистема, которая используется для соединения компонентов компьютера и передачи данных между ними. Например, внутренняя шина соединяет внутренние компоненты компьютера с материнской платой. «Топология шины» или схема могут использоваться и другими способами для описания цифровых соединений.

Шина может быть параллельной или последовательной. Параллельные шины передают данные по нескольким проводам. Последовательные шины передают данные в побитовом формате.

Techopedia рассказывает об автобусе

Изначально шина представляла собой электрическую параллельную структуру с проводниками, соединенными с одинаковыми или похожими контактами ЦП, например 32-разрядную шину с 32 проводами и 32 контактами. Самые ранние шины, часто называемые силовыми шинами или шинами, представляли собой наборы проводов, которые соединяли периферийные устройства и память, причем одна шина предназначалась для периферийных устройств, а другая — для памяти. Каждая шина включала отдельные инструкции и отдельные протоколы и синхронизацию.

Стандарты параллельной шины включают подключение передовых технологий (ATA) или интерфейс малой компьютерной системы (SCSI) для принтеров или устройств с жесткими дисками. Стандарты последовательной шины включают универсальную последовательную шину (USB), FireWire или последовательный ATA с топологией гирляндной цепи или дизайном концентратора для устройств, клавиатур или модемов.

Типы компьютерных шин следующие:

Внутренняя шина: соединяет локальное устройство, например внутреннюю память процессора.

Внешняя шина: соединяет периферийные устройства с материнской платой, например сканеры или дисководы.

Шина расширения: позволяет платам расширения получать доступ к ЦП и ОЗУ.

Передняя шина: главная шина компьютера, которая определяет скорость передачи данных и является основным путем передачи данных между ЦП, ОЗУ и другими устройствами материнской платы.

Задняя шина: передает данные вторичного кэша (кэш L2) с более высокой скоростью, что позволяет повысить эффективность работы ЦП.

По мере развития шины можно обсуждать на основе различных инженерных моделей. Например, есть параллельная шина и последовательная шина, как упоминалось выше, и разные типы шин, которые вы встретите на материнской плате компьютера, например, системная шина, адресная шина или шина ввода-вывода.< /p>

Мы также можем говорить о шинах в виде скорости передачи данных. Здесь «скорость шины» или скорость может быть указана в мегагерцах или в мегабайтах в секунду. Например, считается, что 100 МГц соответствует примерно 6 400 МБ в секунду в некоторых архитектурах.

Как правило, скорость, достигаемая современными процессорами, включает скорость шины, которая обычно составляет менее 10 000 МБ или 10 ГБ в секунду.

Есть также обозначение шины в зависимости от того, где она расположена на печатной плате. Фронтальная шина обычно считается самой быстрой шиной на материнской плате.

Что касается других вариантов использования термина «шина», то топология сетевой шины отличается от настроек электрической шины, упомянутых в связи с монтажной платой и электрической конструкцией.

В сети «шина» — это цифровая структура, которая будет передавать данные либо в формате параллельной шины, либо в формате последовательной шины по набору узлов.

Конструкция шины была неотъемлемой частью электротехники, а также, как уже упоминалось, сетей. По мере развития соединений центральная концепция шины будет оставаться актуальной.

4 слота для карт шины PCI Express (сверху вниз: x4, x16, x1 и x16) по сравнению с 32-битным обычным слотом для карт шины PCI (самый нижний)

В компьютерной архитектуре шина (от латинского omnibus, что означает «для всех») — это система связи, которая передает данные между компонентами внутри компьютера или между компьютерами. Это выражение охватывает все соответствующие аппаратные компоненты (провода, оптоволокно и т. д.) и программное обеспечение, включая протоколы связи.

Ранние компьютерные шины представляли собой параллельные электрические провода с несколькими соединениями, но теперь этот термин используется для любого физического устройства, которое обеспечивает те же логические функции, что и параллельная электрическая шина. Современные компьютерные шины могут использовать как параллельные, так и последовательные соединения, а также могут быть подключены либо по многоточечной (электрической параллельной), либо по топологии гирляндной цепи, либо через коммутируемые концентраторы, как в случае USB.

Предыстория и номенклатура

Компьютерные системы обычно состоят из трех основных частей: центрального процессора (ЦП), который обрабатывает данные, памяти, в которой хранятся программы и данные, подлежащие обработке, и устройств ввода/вывода (ввода/вывода) в качестве периферийных устройств, которые взаимодействуют с внешний мир. Ранний компьютер мог использовать встроенный в руки ЦП из вакуумных ламп, магнитный барабан для основной памяти, а также перфоленту и принтер для чтения и записи данных.В современной системе мы можем найти многоядерный процессор, DDR3 SDRAM для памяти, жесткий диск для дополнительного хранилища, графическую карту и ЖК-дисплей в качестве системы отображения, мышь и клавиатуру для взаимодействия и соединение Wi-Fi для работы в сети. . В обоих примерах компьютерные шины той или иной формы перемещают данные между всеми этими устройствами.

В большинстве традиционных компьютерных архитектур процессор и основная память, как правило, тесно связаны. Обычно микропроцессор представляет собой один чип, на выводах которого имеется ряд электрических соединений, которые можно использовать для выбора «адреса» в основной памяти, а другой набор контактов — для чтения и записи данных, хранящихся в этом месте. В большинстве случаев ЦП и память имеют общие сигнальные характеристики и работают синхронно. Шина, соединяющая ЦП и память, является одной из определяющих характеристик системы и часто называется просто системной шиной.

Таким же образом можно разрешить периферийным устройствам взаимодействовать с памятью, подключив адаптеры в виде карт расширения непосредственно к системной шине. Обычно это достигается с помощью стандартного электрического разъема, некоторые из которых образуют шину расширения или локальную шину. Однако, поскольку различия в производительности между ЦП и периферийными устройствами сильно различаются, обычно требуется какое-то решение, чтобы гарантировать, что периферийные устройства не снижают общую производительность системы. Многие процессоры имеют второй набор контактов, похожий на те, что используются для связи с памятью, но могут работать с очень разными скоростями и с использованием разных протоколов. Другие используют интеллектуальные контроллеры для размещения данных непосредственно в памяти — концепция, известная как прямой доступ к памяти. Большинство современных систем сочетают оба решения там, где это уместно.

По мере роста числа потенциальных периферийных устройств использование карты расширения для каждого периферийного устройства становилось все более нецелесообразным. Это привело к появлению шинных систем, разработанных специально для поддержки нескольких периферийных устройств. Типичными примерами являются порты SATA в современных компьютерах, которые позволяют подключать несколько жестких дисков без необходимости использования карты. Однако эти высокопроизводительные системы, как правило, слишком дороги для реализации в недорогих устройствах, таких как мышь. Это привело к параллельной разработке ряда низкопроизводительных шинных систем для этих решений, наиболее распространенным примером которых является универсальная последовательная шина. Все такие примеры можно назвать периферийными шинами, хотя эта терминология не универсальна.

В современных системах разница в производительности между ЦП и основной памятью настолько велика, что увеличивающийся объем высокоскоростной памяти встраивается непосредственно в ЦП, что называется кешем. В таких системах центральные процессоры взаимодействуют с помощью высокопроизводительных шин, которые работают на скоростях, намного превышающих скорость памяти, и взаимодействуют с памятью с использованием протоколов, аналогичных тем, которые использовались исключительно для периферийных устройств в прошлом. Эти системные шины также используются для связи с большинством (или со всеми) другими периферийными устройствами через адаптеры, которые, в свою очередь, взаимодействуют с другими периферийными устройствами и контроллерами. Такие системы архитектурно больше похожи на мультикомпьютеры, обменивающиеся данными по шине, а не по сети. В этих случаях шины расширения являются полностью отдельными и больше не используют какую-либо архитектуру с их центральным процессором (и фактически могут поддерживать множество разных процессоров, как в случае с PCI). То, что раньше было системной шиной, теперь часто называют внешней шиной.

С учетом этих изменений классические термины «система», «расширение» и «периферия» больше не имеют одинаковых значений. Другие распространенные системы категоризации основаны на основной роли шины, соединении устройств внутри или снаружи, например, PCI или SCSI. Однако многие распространенные современные шинные системы могут использоваться для обоих; SATA и связанный с ним eSATA являются одним из примеров системы, которая ранее описывалась как внутренняя, в то время как в некоторых автомобильных приложениях используется в основном внешний IEEE 1394, более похожий на системную шину. Другие примеры, такие как InfiniBand и I²C, с самого начала разрабатывались для внутреннего и внешнего использования.

Внутренняя шина

Внутренняя шина, также известная как внутренняя шина данных, шина памяти, системная шина или шина Front-Side-Bus, соединяет все внутренние компоненты компьютера, такие как ЦП и память, с материнской платой. Внутренние шины данных также называются локальными шинами, поскольку они предназначены для подключения к локальным устройствам. Эта шина обычно довольно быстра и не зависит от остальных компьютерных операций.

Внешняя шина

Внешняя шина или шина расширения состоит из электронных путей, которые соединяют различные внешние устройства, такие как принтер и т. д., с компьютером.

Детали реализации

Шины могут быть параллельными шинами, по которым слова данных передаются параллельно по нескольким проводам, или последовательными шинами, по которым данные передаются в побитово-последовательной форме.Добавление дополнительных соединений питания и управления, дифференциальных драйверов и соединений данных в каждом направлении обычно означает, что большинство последовательных шин имеют больше проводников, чем минимум один, используемый в 1-Wire и UNI/O. По мере увеличения скорости передачи данных становится все труднее обойти проблемы временного сдвига, энергопотребления, электромагнитных помех и перекрестных помех между параллельными шинами. Одним из частичных решений этой проблемы была двойная прокачка автобуса. Часто последовательная шина может работать с более высокими общими скоростями передачи данных, чем параллельная шина, несмотря на меньшее количество электрических соединений, потому что последовательная шина по своей природе не имеет перекоса синхронизации или перекрестных помех. USB, FireWire и Serial ATA являются примерами этого. Многоточечные соединения плохо подходят для быстрых последовательных шин, поэтому в большинстве современных последовательных шин используется гирляндная цепочка или концентратор.

Сетевые подключения, такие как Ethernet, обычно не считаются шинами, хотя разница в основном носит концептуальный, а не практический характер. Атрибут, обычно используемый для характеристики шины, заключается в том, что шина обеспечивает питание для подключенного оборудования. Это подчеркивает происхождение шины от шинной архитектуры как источника коммутируемого или распределенного питания. Это исключает, как шины, такие схемы, как последовательный интерфейс RS-232, параллельный Centronics, интерфейсы IEEE 1284 и Ethernet, поскольку эти устройства также нуждались в отдельных источниках питания. Устройства с универсальной последовательной шиной могут использовать питание от шины, но часто используют отдельный источник питания. . Это различие иллюстрируется телефонной системой с подключенным модемом, где соединение RJ11 и соответствующая схема модулированной сигнализации не считаются шиной и аналогичны соединению Ethernet. Схема подключения телефонной линии не считается шиной по отношению к сигналам, но центральный офис использует шины с поперечными переключателями для соединения между телефонами.

Однако это различие — то, что питание обеспечивается шиной, — не имеет места во многих системах авионики, где используются соединения для передачи данных, такие как ARINC 429, ARINC 629, MIL-STD-1553B (STANAG 3838) и EFABus. (STANAG 3910) обычно называют «шинами данных» или, иногда, «шинами данных». Такие шины бортовых данных обычно характеризуются наличием нескольких устройств или линейно заменяемых элементов/блоков (LRI/LRU), подключенных к общей общей среде. Они могут, как и в случае с ARINC 429, быть симплексными, т. е. иметь один источник LRI/LRU, или, как в случае с ARINC 629, MIL-STD-1553B и STANAG 3910, быть дуплексными, позволяя всем подключенным LRI/LRU действовать в в разное время (полудуплекс) в качестве передатчиков и получателей данных.

История

Со временем несколько групп людей работали над различными стандартами компьютерных шин, включая Комитет по стандартам архитектуры шин IEEE (BASC), исследовательскую группу IEEE «Superbus», Инициативу открытых микропроцессоров (OMI), Инициативу открытых микросистем (OMI). ), «Банда девяти», разработавшая EISA и т. д.

Первое поколение

Ранние компьютерные шины представляли собой пучки проводов, к которым подключалась память компьютера и периферийные устройства. Анекдотично названные «цифровой ствол», они были названы в честь электрических силовых шин или сборных шин. Практически всегда была одна шина для памяти и одна или несколько отдельных шин для периферии. Доступ к ним осуществлялся с помощью отдельных инструкций с совершенно разными временными интервалами и протоколами.

Одной из первых сложностей было использование прерываний. Ранние компьютерные программы выполняли ввод-вывод, ожидая в цикле готовности периферийного устройства. Это была пустая трата времени для программ, у которых были другие задачи. Кроме того, если программа попытается выполнить эти другие задачи, повторная проверка программы может занять слишком много времени, что приведет к потере данных. Таким образом, инженеры устроили так, чтобы периферийные устройства прерывали работу ЦП. Прерывания должны были иметь приоритет, потому что ЦП может выполнять код только для одного периферийного устройства за раз, а некоторые устройства более критичны ко времени, чем другие.

В системах высокого класса появилась идея контроллеров каналов, которые представляли собой небольшие компьютеры, предназначенные для обработки ввода и вывода данной шины. IBM представила их на IBM 709 в 1958 году, и они стали общей чертой их платформ. Другие поставщики высокопроизводительных систем, такие как Control Data Corporation, реализовали аналогичные проекты. Как правило, контроллеры каналов делают все возможное, чтобы выполнять все операции с шиной внутри себя, перемещая данные, когда известно, что ЦП занят в другом месте, если это возможно, и используя прерывания только при необходимости. Это значительно снизило нагрузку на ЦП и повысило общую производительность системы.

Одна системная шина

Для обеспечения модульности шины памяти и ввода-вывода можно объединить в единую системную шину. В этом случае можно использовать единую механическую и электрическую систему для соединения многих компонентов системы, а в некоторых случаях и всех их.

Позднее компьютерные программы начали совместно использовать память, общую для нескольких процессоров. Доступ к этой шине памяти также должен быть приоритетным.Простым способом приоритезации прерываний или доступа к шине была гирляндная цепочка. В этом случае сигналы будут естественным образом проходить по шине в физическом или логическом порядке, что устраняет необходимость в сложном планировании.

Мини и микро

Digital Equipment Corporation (DEC) еще больше снизила стоимость серийных миникомпьютеров и сопоставила периферийные устройства с шиной памяти, чтобы устройства ввода и вывода выглядели как ячейки памяти. Это было реализовано в юнибусе PDP-11 примерно в 1969 году.

Ранние микрокомпьютерные шинные системы представляли собой пассивную объединительную плату, подключенную напрямую или через буферные усилители к контактам ЦП. Память и другие устройства будут добавлены к шине с использованием того же адреса и контактов данных, что и сам ЦП, подключенных параллельно. Коммуникацией управлял ЦП, который считывал и записывал данные с устройств, как если бы они были блоками памяти, используя одни и те же инструкции, все синхронизировались центральными часами, контролирующими скорость ЦП. Тем не менее, устройства прерывали ЦП, сигнализируя на отдельных контактах ЦП. Например, контроллер дисковода сигнализировал бы ЦП, что новые данные готовы к чтению, после чего ЦП перемещал бы данные, читая «ячейку памяти», соответствующую дисководу. Почти все ранние микрокомпьютеры были построены таким образом, начиная с шины S-100 в компьютерной системе Altair 8800.

В некоторых случаях, в первую очередь в IBM PC, несмотря на то, что может использоваться аналогичная физическая архитектура, инструкции для доступа к периферийным устройствам (in и out) и памяти (mov и другие) вообще не были унифицированы и по-прежнему генерируют разные Сигналы процессора, которые можно использовать для реализации отдельной шины ввода-вывода.

Эти простые системы шин имели серьезный недостаток при использовании для компьютеров общего назначения. Все оборудование в шине должно говорить с одинаковой скоростью, так как оно использует одни и те же часы.

Увеличить скорость процессора становится сложнее, потому что скорость всех устройств также должна увеличиваться. Когда непрактично или экономично иметь все устройства такими же быстрыми, как ЦП, ЦП должен либо перейти в состояние ожидания, либо временно работать на более низкой тактовой частоте, чтобы общаться с другими устройствами в компьютере. Эта проблема была допустима во встроенных системах, но на компьютерах общего назначения, расширяемых пользователем, эта проблема долго не допускалась.

Такие шинные системы также сложно настроить, если они построены из стандартного стандартного оборудования. Обычно для каждой добавляемой карты расширения требуется множество перемычек для установки адресов памяти, адресов ввода/вывода, приоритетов прерываний и номеров прерываний.

Второе поколение

Однако у этих более новых систем было одно общее качество со своими более ранними собратьями: все в автобусе должны были говорить с одинаковой скоростью. В то время как ЦП теперь был изолирован и мог увеличивать скорость, ЦП и память продолжали увеличивать скорость намного быстрее, чем шины, с которыми они общались. В результате скорость шины стала намного меньше, чем требуется современной системе, и машинам не хватало данных. Особенно распространенным примером этой проблемы было то, что видеокарты быстро обгоняли даже более новые системы шин, такие как PCI, и компьютеры начали включать AGP только для управления видеокартой. К 2004 году AGP снова уступил место высокопроизводительным видеокартам и другим периферийным устройствам и был заменен новой шиной PCI Express.

Все большее число внешних устройств также используют собственные системы шин. Когда дисководы были впервые представлены, они добавлялись к машине с картой, вставленной в шину, поэтому в компьютерах так много слотов на шине. Но в 1980-х и 1990-х годах для удовлетворения этой потребности были представлены новые системы, такие как SCSI и IDE, в результате чего большинство слотов в современных системах остались пустыми. Сегодня в типичной машине может быть около пяти различных шин, поддерживающих различные устройства.

Третье поколение

Примерно с 2001 года на рынке появляются автобусы «третьего поколения», включая HyperTransport и InfiniBand. Они также имеют тенденцию быть очень гибкими с точки зрения их физических подключений, что позволяет использовать их как в качестве внутренних шин, так и для соединения разных машин вместе. Это может привести к сложным проблемам при попытке обслужить различные запросы, поэтому большая часть работы в этих системах касается разработки программного обеспечения, а не самого оборудования. В целом, эти шины третьего поколения, как правило, больше похожи на сеть, чем на первоначальную концепцию шины, с более высокими затратами на протокол, чем в ранних системах, а также позволяют нескольким устройствам использовать шину одновременно.

Шины, такие как Wishbone, были разработаны сторонниками аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом в попытке устранить юридические и патентные ограничения при проектировании компьютеров.

Исследуйте мир информатики

Компьютерная шина

Шина данных | Адресная шина | Шина управления

Автобусная архитектура | Ширина шины | Скорость автобуса

Введение в компьютерную шину

Компьютерная шина — это коммуникационный канал, используемый в компьютерной системе для передачи данных, адресов, управляющих сигналов и питания различным компонентам компьютерной системы.

Компьютерные шины используются для подключения различных аппаратных компонентов, являющихся частью компьютерной системы.

Проще говоря, компьютерные шины — это электрические провода, которые соединяют различные аппаратные компоненты в компьютерной системе. По шине компьютера передаются данные , управляющие сигналы , адреса памяти и питание этих компонентов.

Компьютерная система использует различные типы шин, такие как шина данных, шина адреса и шина управления.

Что такое компьютерная шина?

В этой статье мы собираемся подробно изучить, что такое компьютерные шины , архитектуру системной шины компьютера , типы шин , технические характеристики и функции компьютерных шин.

Компьютерная шина

Оглавление

Что такое компьютерная шина?

Что такое шина данных?

Что такое адресная шина?

Функции компьютерной шины

Архитектура шины материнской платы

Типы компьютерных шин

Что такое шина управления?

Что такое системная шина?

Ширина и скорость шины

Что такое шина расширения?

Что такое компьютерная шина?

Компьютерная система состоит из ряда внутренних и внешних компонентов. Эти компоненты физически взаимосвязаны и взаимодействуют друг с другом через сеть проводов, проходящих через компьютерную систему.

Эти провода называются компьютерными шинами . Шины необходимы для функционирования компьютерной системы.

Компьютерные шины могут быть в виде проводных кабелей или электрических проводов, встроенных в печатную плату материнской платы компьютера (печатную плату), видимую на задней стороне материнской платы.

Для специалистов в области компьютерных наук важно изучить архитектуру шины компьютерной системы, технические характеристики этих шин, такие как ширина и скорость шины, а также их общее влияние на производительность системы.

Шина – это общий канал связи, используемый в компьютерной системе, по которому информация передается от одного компонента компьютера к другому.

Система компьютерных шин – это сеть шин, которые физически соединяют все компоненты проводами (фактические провода шины ИЛИ провода цепи на материнской плате).

Система шин состоит из различных типов шин в зависимости от подключаемых компонентов и функций, назначенных шине.

Шина может состоять из набора проводов, сгруппированных вместе в виде соединительных проводов или печатных плат, по которым передаются данные и другие команды (инструкции) от ЦП к памяти и к различным другим компонентам, подключенным к системе.

Производительность шины является важным параметром для доступа к производительности компьютерной системы. Ширина и скорость шины влияют на производительность системы.

Кабельные шины

Шины материнской платы

Шина данных является двунаправленной и может передавать данные в обоих направлениях по шине данных. Например, ЦП может отправлять данные для сохранения в ОЗУ.

Аналогичным образом ЦП также может выполнять операцию выборки для извлечения данных из определенного места в памяти.

Компьютерная шина

Типы компьютерных шин

Система компьютерных шин использует разные типы шин в зависимости от назначения и функции шины.

Шины компьютерной системы можно классифицировать на основе ряда факторов. Эти факторы включают:

  • Подключаемые компоненты . (ЦП, ОЗУ, устройства ввода и вывода).
  • Тип передаваемых данных (данные, адрес, управляющие сигналы).
  • Расположение компонентов (внутренняя шина и внешняя шина).
  • Подключение к набору микросхем ЦП (через северный или южный мост)

Типы шины для передаваемых данных

Системные шины компьютера можно классифицировать по типу передаваемых данных следующим образом:

<р>1. Шина данных , 2. Адресная шина , 3. Шина управления.

Типы компьютерных шин

Типы шин в зависимости от подключаемых компонентов

Системные шины компьютера можно классифицировать по типу подключаемых компонентов следующим образом:

<р>1. Системная шина , 2. Шина расширения , 3. Входная и выходная шины.

Типы шин в зависимости от расположения компонентов

Системные шины компьютера можно классифицировать на основе расположения подключаемого компонента следующим образом:

<р>1. Внутренняя шина , 2. Внешняя шина

Компьютерная шина

Шина данных

В компьютерной архитектуре шина данных представляет собой проводное соединение, предназначенное для передачи данных между ЦП, периферийными устройствами и другими аппаратными компонентами. Шина данных является частью системной шины в дополнение к шине адреса и шине управления.

Шина данных имеет множество различных характеристик, но одной из наиболее важных характеристик является ширина шины. Под шириной шины данных понимается количество битов (электрических проводов), которые шина может передавать одновременно.

Например, 16-битная шина данных может одновременно передавать 16 бит данных между ЦП и системным компонентом, таким как основная память RAM (оперативное запоминающее устройство).

Общая ширина шины данных включает 8 бит, 16 бит, 32 бит и 64 бит. Чем шире ширина шины , тем быстрее будет поток данных по шине данных и, следовательно, будет выше производительность системы.

Автобусная архитектура

Автобусная архитектура

Компьютерная шина

Шина управления

ЦП (микропроцессор) содержит блок управления, который управляет работой всех других компонентов, подключенных к компьютерной системе. Шина управления используется для передачи сигналов управления от одного компонента к другому.

Шина управления — это компьютерная шина, используемая ЦП для связи с устройствами, подключенными к компьютерной системе. Эти устройства соединяются с помощью кабелей и печатной платы, такой как материнская плата.

Шина управления является частью системной шины в дополнение к шине данных и адресной шине.

Шины материнской платы

Шины материнской платы

Центральный процессор ( ЦП ) передает различные типы управляющих сигналов компонентам системы. Устройства также взаимодействуют с ЦП, передавая управляющие сигналы по шине управления.

Шина управления является двунаправленной и помогает ЦП синхронизировать управляющие сигналы с внутренними компонентами и внешними устройствами, подключенными к системе.

Шина управления передает управляющие сигналы, такие как сигнал прерывания устройства, сигнал разрешения байта, сигналы чтения или записи в память и сигналы состояния.

Шина управления

Как работает процессор?

Адресная шина

Что такое адресная шина?

Компьютерная программа состоит из ряда программных инструкций. Эти инструкции предписывают ЦП выполнить желаемую операцию.

Операционная система загружает инструкции программы и данные в основную память. ЦП выполняет программные инструкции одну за другой, извлекая программные инструкции из основной памяти RAM (оперативное запоминающее устройство).

Чтобы выполнить операцию чтения или записи памяти из ОЗУ основной памяти, ЦП отправляет сигнал управления чтением или записью по шине управления и адрес ячейки памяти по «адресной шине», откуда должна выполняться операция. выполняться .

Адресная шина является частью «системной шины» наряду с шиной данных и шиной управления, которые мы обсуждали.

Системная шина

Что такое системная шина?

Системная шина — это основная шина, которая содержит шину данных, адресную шину и шину управления.

Системная шина в компьютерной системе соединяет ряд жизненно важных внутренних аппаратных компонентов, размещенных на материнской плате.

Эти аппаратные компоненты в основном включают ЦП, материнскую плату, внутренние дополнительные карты, такие как графическая карта, звуковая карта, сетевая карта, ОЗУ (основная память) и внутренний жесткий диск.

Системная шина — это набор параллельных проводов, которые соединяют два или более независимых основных внутренних компонента компьютерной системы. По системной шине передаются данные, адреса памяти и команды управления устройством.

Компьютерная шина

Функции компьютерной шины

Каковы функции компьютерной шины?

Система компьютерных шин использует различные типы шин. Каждая из этих шин предназначена для передачи определенного типа сигналов и данных в зависимости от ее функции.

  1. Обмен данными.
  2. Адресация
  3. Сигналы управления
  4. Подача питания на компоненты.
  5. Общий доступ к системному времени.

Компьютерная шина

Внутренняя шина

Внутренние шины соединяют различные компоненты внутренней системы, такие как микропроцессор (ЦП), ОЗУ (основная память), набор микросхем (северный мост и южный мост) и дисковая память (жесткий диск).

Внешняя шина

Внешняя шина соединяет различные внешние компоненты системы, такие как монитор, клавиатура, принтер, внешний жесткий диск и другие компоненты, подключенные к системе извне.

Системная шина

Системная шина соединяет наиболее важные внутренние компоненты системы, такие как микропроцессор (ЦП) и оперативную память основной системы. Системная шина также называется FSB (Front Side Bus) или шиной памяти. Он состоит из шины данных, адресной шины и шины управления.

Шина расширения

Шина расширения соединяет наиболее важные внутренние компоненты системы, такие как микропроцессор (ЦП) и разъемы PCI ИЛИ PCI Express на материнской плате.

Слоты PCI и PCI Express используются для подключения дополнительных плат, таких как графическая карта и звуковая карта. Эти карты устанавливаются для повышения производительности системы.

Шина ввода и вывода

Шина ввода и вывода соединяет наиболее важные внутренние компоненты системы, такие как микропроцессор ( ЦП ) , оперативную память основной системы и устройства ввода / вывода через южный мост контроллера ввода и вывода .

Компьютерная шина и производительность системы

Ширина и скорость шины компьютера

Шина — это информационная магистраль, по которой течет информация, и чем шире шина, тем больше информации может проходить по каналу.

Поэтому совместимая ширина и скорость шины важны для оптимальной работы двух наиболее важных системных компонентов, включая центральный процессор (ЦП) и основную системную память RAM.

Это похоже на более широкое шоссе с несколькими полосами движения, по которому может проехать больше автомобилей из-за большего количества полос, доступных для движения . тогда как по однополосной дороге может проехать меньше автомобилей, чем по многополосной.

Компьютерная система на аппаратном уровне понимает только двоичные 0 (ноль) и 1 (единица). И поэтому все компьютерные программы скомпилированы для преобразования в двоичные инструкции машинного кода, которые ЦП компьютера может декодировать и выполнять.

Шина состоит из группы кабелей, и каждый из этих кабелей может одновременно передавать 1 бит (двоичный 0 ИЛИ 1). Таким образом, шина состоит из группы кабелей, поэтому по этим шинам одновременно может передаваться группа битов.

Почему компьютерная шина использует двоичный код?

Ширина шины

Что такое ширина шины?

Размер шины измеряется количеством битов, которые она может передавать за один раз. Каждый провод может передавать один бит, таким образом большее количество проводов в шине может передавать большее количество битов за раз. Это количество проводов в шине называется шириной шины.

Ширина шины является важным показателем, поскольку она определяет, сколько данных может быть передано за один раз. Например, 16-битная шина может передавать 16 бит данных, а 32-битная шина может передавать 32 бита данных за раз.

Шина состоит из группы кабелей, и каждый из этих кабелей может одновременно передавать 1 бит (двоичный 0 ИЛИ 1). Таким образом, шина состоит из группы кабелей, так что по шине может быть отправлена ​​группа битов.

Это похоже на более широкое шоссе с несколькими полосами движения, по которому может проехать больше автомобилей из-за большего количества полос, доступных для движения.

Шина, известная также как адресная шина, шина данных или локальная шина, представляет собой соединение между компонентами или устройствами, подключенными к компьютеру. Например, шина передает данные между ЦП и системной памятью через материнскую плату.

Почему компьютерная шина называется шиной?

Компьютерный автобус можно представить себе как общественный транспорт или школьный автобус. Эти типы автобусов способны перевозить людей из одного пункта назначения в другой. Как и эти шины, компьютерная шина передает данные из одного места или устройства в другое место или устройство.

Компьютерная шина работает по строгому расписанию, "забирая" данные и "отправляя их" через равные промежутки времени. Например, если шина работает на частоте 200 МГц, она выполняет 200 миллионов передач данных в секунду. Эта скорость называется шириной шины.

Обзор компьютерной шины

Шина содержит несколько проводов (сигнальных линий) с адресной информацией, описывающей место в памяти, откуда данные отправляются или извлекаются. Каждый провод в шине несет бит(ы) информации, что означает, что чем больше проводов в шине, тем больше информации она может адресовать. Например, компьютер с 32-разрядной адресной шиной может адресовать 4 ГБ памяти, а компьютер с 36-разрядной шиной — 64 ГБ памяти.

На приведенном ниже рисунке показаны различные типы компьютерных шин и то, как они соединяют устройства на материнской плате.

Типы компьютерных шин

Шина — это параллельная или последовательная шина, а также внутренняя шина (локальная шина) или внешняя шина (шина расширения).

Внутренняя шина и внешняя шина

Внутренняя шина обеспечивает связь между внутренними компонентами, такими как видеокарта и память. Внешняя шина может взаимодействовать с внешними периферийными устройствами, такими как USB или SCSI-устройство.

Параллельная шина и последовательная шина

Компьютерная шина может передавать свои данные, используя либо параллельный, либо последовательный метод связи. По параллельной шине данные передаются по несколько битов за раз. Однако при использовании последовательной шины данные передаются по одному биту за раз.

Шина адреса и шина данных

В компьютерной памяти адресная шина компьютера представляет собой шину, содержащую ячейку памяти (адрес памяти), в которой находятся данные в памяти компьютера. Как только компьютер понимает, откуда брать информацию, шина данных используется для передачи этих данных.

Скорость автобуса

Скорость шины компьютера или устройства измеряется в МГц, например, FSB может работать на частоте 100 МГц. Пропускная способность шины измеряется в битах в секунду или мегабайтах в секунду.

Примеры компьютерных шин

Самые популярные компьютерные шины

Сегодня многие из перечисленных выше автобусов больше не используются или встречаются реже. Ниже приведен список наиболее распространенных шин и способов их использования с компьютером.

Читайте также: