Какая шина материнской платы ПК используется для подключения процессора к оперативной памяти и другим компонентам
Обновлено: 04.07.2024
Авторские права на Michael Karbo и ELI Aps., Дания, Европа.
Глава 6. ЦП и материнская плата
Сердцем и душой обработки данных на ПК является ЦП. Но процессор не одинок в мире, он взаимодействует с остальной частью материнской платы. В следующих разделах будет введено много новых терминов, поэтому помните, что вы можете найти определения для всех сокращений в конце руководства.
Автобусы осуществляют трансфер
Пакеты данных (8, 16, 32, 64 или более бит за раз) постоянно перемещаются между ЦП и всеми остальными компонентами (ОЗУ, жесткий диск и т. д.). Все эти передачи выполняются с использованием автобусов.
Материнская плата спроектирована вокруг нескольких различных мощных каналов передачи данных (или путей, как их еще называют). Именно эти шины соединяют все компоненты друг с другом.
Рис. � 41 . Шины — это каналы данных, которые соединяют компоненты ПК вместе. Одни предназначены для небольших переводов, другие — для крупных.
Автобусы разной вместимости
На материнской плате не одна шина; есть несколько. Но все они связаны, так что данные могут передаваться от одного к другому и, следовательно, достигать самых дальних уголков материнской платы.
Можно сказать, что автобусная система подразделяется на несколько ветвей. Одни компоненты ПК работают с огромными объемами данных, другие — с гораздо меньшими. Например, клавиатура отправляет очень мало байтов в секунду, тогда как рабочая память (ОЗУ) может отправлять и получать несколько гигабайт в секунду. Таким образом, вы не можете подключить оперативную память и клавиатуру к одной и той же шине.
Две шины с разной пропускной способностью (пропускной способностью) можно соединить, если разместить между ними контроллер. Такой контроллер часто называют мостом, так как он действует как мост между двумя разными системами трафика.
Рис. № 42. Мосты соединяют различные шины вместе.
Вся шинная система начинается рядом с ЦП, где нагрузка (трафик) наибольшая. Отсюда шины работают наружу к другим компонентам. Ближе всего к ЦП находим рабочую память. Оперативная память — это компонент, который имеет самый большой трафик данных и поэтому напрямую связан с ЦП особенно мощной шиной. Она называется передняя шина (FSB) или (в старых системах) системная шина.
Рис. � 43 . Самая важная шина ПК отвечает за «тяжелый» трафик между ЦП и ОЗУ.
Шины, соединяющие материнскую плату с периферийными устройствами ПК, называются шинами ввода-вывода. Ими управляют контроллеры.
Набор микросхем
Шины материнской платы регулируются несколькими контроллерами. Это небольшие схемы, предназначенные для выполнения определенных задач, таких как перемещение данных на устройства EIDE (жесткие диски и т. д.) и обратно.
На материнской плате необходимо несколько контроллеров, так как существует множество различных типов аппаратных устройств, и все они должны иметь возможность взаимодействовать друг с другом. Большинство этих функций контроллера сгруппированы в пару больших микросхем, которые вместе составляют набор микросхем.
Рис. � 44 . Две микросхемы, составляющие набор микросхем и соединяющие шины материнской платы.
Самая распространенная архитектура набора микросхем состоит из двух микросхем, обычно называемых северным и южным мостами. Это деление относится к наиболее популярным чипсетам от VIA и Intel. Северный мост и южный мост соединены мощной шиной, которую иногда называют каналом связи:
Рис. № 45. Северный и южный мосты разделяют работу по управлению трафиком данных на материнской плате.
Северный мост
Северный мост — это контроллер, который управляет потоком данных между ЦП и ОЗУ, а также с портом AGP.
На рис. 46 � вы можете видеть северный мост, к которому прикреплен большой радиатор. Он становится горячим из-за того, что через него часто проходит очень большой объем трафика данных. Вокруг северного моста видны устройства, которые он соединяет:
Рис. � 46 . Северный мост и его ближайшие окрестности. Большая часть трафика проходит через северный мост, отсюда и радиатор.
На самом деле AGP — это порт ввода-вывода. Он используется для видеокарты. В отличие от других устройств ввода-вывода, порт AGP подключается непосредственно к северному мосту, поскольку он должен находиться как можно ближе к оперативной памяти. То же самое касается порта PCI Express x16, который заменяет AGP в новых материнских платах. Но об этом позже.
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 по многоточечной (электрической параллельной) или последовательной топологии или подключены 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 ЦП и периферийных устройств 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 полностью отделены друг от друга и больше не имеют общей архитектуры 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 и 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 единая механическая и электрическая система может использоваться для соединения многих компонентов системы или, в некоторых случаях, всех их компонентов.
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 готового 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.
Основная печатная плата компьютера называется материнской платой. Другими названиями этого центрального компьютерного блока являются системная плата, основная плата или печатная плата (PWB). Материнская плата иногда сокращается до Mobo.
Многочисленные основные компоненты, необходимые для работы компьютера, прикреплены к материнской плате. К ним относятся процессор, память и слоты расширения. Материнская плата прямо или косвенно подключается к любой части ПК.
Тип материнской платы, установленной на ПК, оказывает большое влияние на скорость системы компьютера и возможности расширения.
Основные компоненты материнской платы и их функции
Материнская плата ASRock K7VT4A Pro с маркировкой.
Центральный процессор (ЦП)
Микропроцессор компьютера
ЦП, также известный как микропроцессор или процессор, представляет собой мозг компьютера. Он отвечает за получение, декодирование и выполнение программных инструкций, а также за выполнение математических и логических вычислений.
Чип процессора идентифицируется по типу процессора и производителю. Эта информация обычно наносится на сам чип. Например, Intel 386, Advanced Micro Devices (AMD) 386, Cyrix 486, Pentium MMX, Intel Core 2Duo или Core i7.
Если микросхема процессора не установлена на материнской плате, сокет процессора можно определить как сокет от 1 до сокета 8, LGA 775 и другие. Это может помочь вам определить процессор, который подходит к сокету. Например, rPGA 988A/Socket G1 подойдет к любому из следующих процессоров;
- Intel Core i7 (серии 600, 700, 800, 900)
- Intel Core i5 (серии 400, 500)
- Intel Core i3 (серия 300)
- Intel Pentium (серия P6000)
- Intel Celeron (серия P4000)
Оперативная память (ОЗУ)
Память компьютера
Оперативная память, или ОЗУ, обычно относится к компьютерным микросхемам, которые временно хранят динамические данные для повышения производительности компьютера во время работы.
Другими словами, это рабочее место вашего компьютера, где загружаются активные программы и данные, так что в любой момент, когда они потребуются процессору, ему не нужно извлекать их с жесткого диска.
Оперативная память энергозависима, то есть теряет свое содержимое при отключении питания. Это отличается от энергонезависимой памяти, такой как жесткие диски и флэш-память, которым не требуется источник питания для хранения данных.
При правильном завершении работы компьютера все данные, находящиеся в оперативной памяти, возвращаются в постоянное хранилище на жестком диске или флэш-накопителе. При следующей загрузке ОЗУ начинает заполняться программами, автоматически загружаемыми при запуске, этот процесс называется загрузкой. Позже пользователь открывает другие файлы и программы, которые все еще загружены в память.
250+ цитат о собаках и идей подписей для Instagram
Обзор устройства языкового переводчика Timekettle M2
8 лучших альтернатив Adobe Reader, которые должен использовать каждый
Базовая система ввода-вывода (BIOS)
БИОС
BIOS означает базовую систему ввода/вывода.BIOS — это память «только для чтения», состоящая из низкоуровневого программного обеспечения, которое управляет аппаратным обеспечением системы и действует как интерфейс между операционной системой и аппаратным обеспечением.
Большинство людей знают термин BIOS под другим названием — драйверы устройств или просто драйверы. BIOS, по сути, является связующим звеном между компьютерным оборудованием и программным обеспечением в системе.
Все материнские платы имеют небольшой блок постоянной памяти (ПЗУ), который отделен от основной системной памяти и используется для загрузки и запуска программного обеспечения. На ПК BIOS содержит весь код, необходимый для управления клавиатурой, экраном дисплея, дисководами, последовательной связью и рядом других функций.
Системная BIOS – это микросхема ПЗУ на материнской плате, используемая во время процедуры запуска (процесса загрузки) для проверки системы и подготовки к запуску оборудования.
BIOS хранится на микросхеме ПЗУ, поскольку ПЗУ сохраняет информацию, даже если на компьютер не подается питание.
Дополнительная оперативная память на основе оксидов металлов и полупроводников (CMOS RAM)
Фото с батареей CMOS
Батарея CMOS
Материнские платы также содержат небольшой отдельный блок памяти, состоящий из чипов CMOS RAM, которые поддерживаются батареей (известной как батарея CMOS) даже при выключенном питании ПК. Это предотвращает изменение конфигурации при включении ПК.
Устройствам CMOS для работы требуется очень мало энергии.
RAM CMOS используется для хранения основной информации о конфигурации ПК, например:-
- Типы гибких и жестких дисков
- Информация о ЦП
- Размер оперативной памяти
- Дата и время
- Информация о последовательном и параллельном портах
- Информация о Plug and Play
- Настройки энергосбережения
Другие важные данные, хранящиеся в памяти CMOS, — это время и дата, которые обновляются часами реального времени (RTC).
Кэш-память
Кэш-память уровня 2 на старой материнской плате
Кэш L2 на старой материнской плате.
Кэш-память компьютера
Кэш-память – это небольшой блок высокоскоростной памяти (ОЗУ), который повышает производительность ПК за счет предварительной загрузки информации из (относительно медленной) основной памяти и передачи ее процессору по запросу.
Большинство процессоров имеют внутреннюю кэш-память (встроенную в процессор), которая называется кеш-памятью уровня 1 или первичной кэш-памятью. Это может быть дополнено внешней кэш-памятью, установленной на материнской плате. Это уровень 2 или вторичный кеш.
В современных компьютерах кэш-память уровней 1 и 2 встроена в кристалл процессора. Если третий кеш реализован вне кристалла, он называется кешем уровня 3 (L3).
Шина расширения
Автобусы расширения
Шина расширения — это канал ввода/вывода от ЦП к периферийным устройствам, который обычно состоит из ряда разъемов на материнской плате. Платы расширения (карты) подключаются к шине.
PCI — это наиболее распространенная шина расширения в ПК и других аппаратных платформах. По шинам передаются такие сигналы, как данные, адреса памяти, питание и управляющие сигналы от компонента к компоненту. Другие типы шин включают ISA и EISA.
Шины расширения расширяют возможности ПК, позволяя пользователям добавлять недостающие функции в свои компьютеры, вставляя карты адаптера в слоты расширения.
В этой вводной статье о компьютерных шинах рассказывается обо всех них, включая новые типы.
Компьютерные чипсеты
Набор микросхем – это группа небольших цепей, которые координируют поток данных к ключевым компонентам ПК и от них. Эти ключевые компоненты включают сам ЦП, основную память, дополнительный кэш и любые устройства, расположенные на шинах.
Набор микросхем также управляет потоком данных между жесткими дисками и другими устройствами, подключенными к каналам IDE.
Компьютер имеет два основных набора микросхем:
- Северный мост (также называемый контроллером памяти) отвечает за управление передачей данных между процессором и оперативной памятью, поэтому физически он расположен рядом с процессором. Иногда его называют GMCH, что означает концентратор контроллера графики и памяти.
- Южный мост (также называемый контроллером ввода-вывода или контроллером расширения) обеспечивает обмен данными между более медленными периферийными устройствами. Его также называют ICH (концентратор контроллера ввода-вывода). Термин "мост" обычно используется для обозначения компонента, соединяющего две шины.
Производителями чипсетов являются SIS, VIA, ALI и OPTI.
Часы процессора
Часы ЦП синхронизируют работу всех частей ПК и обеспечивают основной сигнал синхронизации для ЦП. Используя кристалл кварца, часы ЦП вдыхают жизнь в микропроцессор, снабжая его постоянным потоком импульсов.
Например, ЦП с частотой 200 МГц получает от часов 200 миллионов импульсов в секунду. Процессор с частотой 2 ГГц получает два миллиарда импульсов в секунду. Точно так же в любом устройстве связи часы могут использоваться для синхронизации импульсов данных между отправителем и получателем.
«Часы реального времени», также называемые «системными часами», отслеживают время суток и делают эти данные доступными для программного обеспечения. «Часы с разделением времени» прерывают работу ЦП через равные промежутки времени и позволяют операционной системе делить свое время между активными пользователями и/или приложениями.
Переключатели и перемычки
- DIP-переключатели (Dual In-line Package) – это небольшие электронные переключатели, расположенные на печатной плате, которые можно включать и выключать так же, как и обычные переключатели. Они очень маленькие, поэтому их обычно щелкают острым предметом, например кончиком отвертки, согнутой скрепкой или колпачком ручки. Будьте осторожны при очистке рядом с DIP-переключателями, так как некоторые растворители могут их повредить. DIP-переключатели устарели, и вы не найдете их в современных системах.
- Перемычки — это небольшие выступающие штифты на материнской плате. Колпачок перемычки или перемычка используются для соединения или замыкания пары контактов перемычки. Когда мост подключается к любым двум контактам через закорачивающую перемычку, он замыкает цепь и достигается определенная конфигурация.
- Перемычки – это металлические перемычки, замыкающие электрическую цепь. Как правило, перемычка состоит из пластиковой заглушки, которая надевается на пару выступающих штифтов. Перемычки иногда используются для настройки плат расширения. Поместив перемычку на другой набор контактов, вы можете изменить параметры платы.
ПРИМЕЧАНИЕ. Вы можете проверить контакты перемычки и колпачок перемычки на задней панели жесткого диска IDE и CD/DVD-ROM/устройства записи.
Дополнительные ресурсы
Если вам нужны дополнительные материалы о компьютерах, вы можете купить эту книгу CompTIA A+ Certification All-in-One Exam Guide. Это хорошая книга для тех, кто хочет узнать больше об аппаратном обеспечении компьютера. Я неоднократно пользовался этой книгой, и Майк Мейерс никогда не разочаровывал.
Части материнской платы
Эта статья является точной и достоверной, насколько известно автору. Контент предназначен только для информационных или развлекательных целей и не заменяет личного совета или профессиональной консультации по деловым, финансовым, юридическим или техническим вопросам.
Вопросы и ответы
Вопрос. Какова функция слота PCI?
Ответ: PCI расшифровывается как Interconnect Peripheral Component Interconnect. Это компьютерный слот, который позволяет вам вставлять карты расширения в ваш компьютер. Это могут быть звуковые карты, RAID-карты, твердотельные накопители, графические карты, сопроцессоры и несколько других функциональных частей компьютера. Таким образом, вы можете расширить возможности ПК, добавив то, чего у вас нет.
Вопрос. Как определить, какие слоты оперативной памяти относятся к DDR 1, DDR 2, DDR 3 или DDR 4?
Ответ. Существует несколько способов определить тип слота оперативной памяти. Для начала можно проверить количество контактов. DDR имеет 184 контакта, а DDR2 и 3 — 240 контактов, а DDR4 — 288 контактов. Другой метод заключается в том, чтобы посмотреть на положение ключевой выемки. Выемка DDR почти по центру, но немного правее. Вырез DDR2 находится почти по центру, а DDR3 чуть левее. DDR4 имеет выемку немного правее, но очень близко к центру слота оперативной памяти.
Вопрос: почему не упоминается сетевая карта?
Ответ: Если внимательно посмотреть статью, то речь идет о различных компонентах, встречающихся на материнской плате. Когда дело доходит до сетевой карты, вы обнаружите, что большинство современных компьютеров поддерживают контроллер внутреннего сетевого интерфейса, встроенный непосредственно в материнскую плату, а не в качестве внешнего компонента. Итак, в современных материнских платах сетевую карту как отдельное устройство вы не встретите. Он будет встроен в чипсет.
Вопрос: Какова функция IDE на системном оборудовании?
Ответ: Integrated Drive Electronics (IDE) — это стандартный интерфейс для подключения материнской платы к устройствам хранения данных, таким как жесткие диски и приводы CD-ROM/DVD. В большинстве старых материнских плат раньше было 2 канала IDE, по которым диски подключались ленточным кабелем. Каждый кабель несет 2 устройства.На материнской плате имеется встроенный контроллер дисковода для управления потоком информации от накопителя к материнской плате и наоборот.
Современные материнские платы используют технологию SATA. Подсоединение передовых последовательных технологий (serial ATA, SATA или S-ATA) — это интерфейс компьютерной шины, используемый для подключения адаптеров главной шины (контроллеров дисковых накопителей) к запоминающим устройствам, например оптическим и жестким дискам.
Вопрос. Каковы функции набора микросхем южного моста?
Ответ: Набор микросхем южного моста — это микросхема, которая управляет всеми функциями ввода-вывода (ввода-вывода) компьютера, такими как USB, аудио, последовательный порт, системный BIOS, шина ISA, контроллер прерываний и каналы IDE. .
Вопрос: что такое C.M.O.S?
Ответ: Посмотрев в словарь, вы получите это определение;
a) "технология изготовления интегральных схем малой мощности.
b) микросхема, построенная по технологии CMOS."
Это действительно так, внутри компьютера есть то, что мы называем чипами RAM, обычно называемыми CMOS RAM. CMOS — это аббревиатура от Complementary Metal Oxide Semiconductor. Это технология, используемая для изготовления интегральных схем, используемых в большинстве электронных и электрических областей. Эти микросхемы оперативной памяти теряют энергию и, следовательно, должны питаться от батареи, называемой батареей CMOS. Устройства CMOS требуют очень мало энергии для работы. Оперативная память CMOS используется для хранения основной информации о конфигурации ПК.
Вопрос: что такое BIOS?
Ответ: «BIOS» означает «базовая система ввода-вывода». Это программное обеспечение, хранящееся на небольшой микросхеме памяти на материнской плате. Это программное обеспечение инструктирует компьютер о том, как выполнять некоторые основные функции, такие как загрузка и управление с клавиатуры. BIOS также используется для идентификации и настройки аппаратного обеспечения компьютера, такого как жесткий диск, дисковод для гибких дисков, оптический дисковод, ЦП, память и т. д.
Вопрос: что такое оперативная память?
Ответ: ОЗУ или оперативное запоминающее устройство — это высокоскоростной тип компьютерной памяти, в котором временно хранится вся информация, необходимая вашему ПК в данный момент. Это то место, где ваш компьютер загружает все, что, по его мнению, ему нужно будет выяснить в ближайшее время, поэтому вы можете думать об этом как о рабочем месте вашего компьютера. Когда ему что-то нужно, он очень быстро извлекает это из памяти, доступ к которой осуществляется случайным образом. Обратите внимание, что ОЗУ — это временное хранилище; таким образом, когда питание отключается или когда вы выключаете компьютер, все данные, хранящиеся в оперативной памяти, теряются.
Вопрос. Что такое звуковые сигналы материнской платы?
Ответ. Звуковые коды — это звуковые сигналы, издаваемые компьютером для объявления результатов короткой последовательности диагностических тестов, которую компьютер выполняет при первом включении питания (называемой Power-On-Self-Test или POST). Когда вы включаете компьютер, он должен проверить основные устройства, такие как оперативная память, процессор, клавиатура и диски. Если какое-либо из устройств неисправно, вы услышите звуковой сигнал, указывающий, на каком устройстве возникла проблема.
Вопрос. Какой компонент компьютерной системы является самым важным?
Ответ. С технической точки зрения я бы сказал, что каждый компонент важен. Есть те, кто поспешит ответить, что дело в процессоре. Да, это правда, процессор играет важную роль в компьютере. А как же память, может ли компьютер работать без памяти? Это большое нет. Что с блоком питания? Опять же, может ли компьютер работать без блока питания? Это невозможно. Проще говоря, все компоненты компьютера очень важны, поскольку они существуют не просто так.
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 шинаКомпьютерная 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.
- Обмен данными.
- Адресация
- Сигналы управления
- Подача питания на компоненты.
- 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.
Читайте также: