Системная шина компьютера не включает

Обновлено: 20.11.2024

В этой статье вы узнаете о различных типах компьютерных шин, топологиях, особенностях и функциях компьютерных шин и многих других важных понятиях.

Компьютерная шина также известна как локальная шина, шина данных или адресная шина. Шина представляет собой связь между компонентами или устройствами, подключенными к компьютеру.

Например, шина передает данные через материнскую плату между ЦП (центральным процессором) и системной памятью.

Что такое компьютерная шина?

Типы компьютерных шин

Шина — это система связи в компьютерной архитектуре, которая передает данные между компонентами внутри компьютера или между компьютерами.

Этот термин охватывает все компоненты, связанные с аппаратным обеспечением (провода, оптическое волокно и т. д.) и программным обеспечением, включая протокол связи.

Ниже приведены несколько моментов для описания компьютерной шины:-

  • Шина – это группа линий/проводов, по которым передаются компьютерные сигналы.
  • Шина — это средство совместной передачи.
  • Строки предназначены для предоставления описательных имен. - несет одиночный электрический сигнал, например. 1-битный адрес памяти, последовательность битов данных или управление временем, которое включает или выключает устройство.
  • Данные могут передаваться из одного местоположения компьютерной системы в другое (между различными модулями ввода-вывода, памятью и ЦП).
  • Шина — это не только кабель, но и аппаратное обеспечение (архитектура шины), протокол, программа и контроллер шины.

Из каких компонентов состоит автобус?

Каждая шина имеет три отдельных канала связи.

Ниже приведены три компонента автобуса: –

  • Адресная шина — это односторонний путь, который позволяет информации передаваться только в одном направлении, несет информацию о том, где данные хранятся в памяти.
  • Шина данных — это двусторонний путь, по которому фактические данные (информация) передаются в основную память и из нее.
  • Шина управления содержит управляющие и синхронизирующие сигналы, необходимые для координации всех действий компьютера.

Функции компьютерной шины

Ниже приведены некоторые функции компьютерной шины:-

Структура и топология компьютерных шин

Строки сгруппированы, как указано ниже –

  • Линия питания обеспечивает электроэнергией подключенные компоненты.
  • Линии данных, несущие данные или инструкции между модулями системы
  • Адресные строки указывают получателя данных шины.
  • Линии управления контролируют синхронизацию и работу шины и модулей, связанных с шиной.

Какие существуют типы компьютерных шин?

Компьютеры обычно имеют два типа шины:-

  • Системная шина. Это шина, которая соединяет ЦП с основной памятью материнской платы. Системная шина также называется внешней шиной, шиной памяти, локальной шиной или главной шиной.
  • Несколько шин ввода-вывода (I/O — это аббревиатура ввода-вывода), соединяющих различные периферийные устройства с ЦП. Эти устройства подключаются к системной шине через «мост», реализованный на чипсетах процессоров. Другие названия шины ввода-вывода включают «шина расширения», «внешняя шина» или «хост-шина».

Ниже приведены некоторые типы шин расширения:-

ISA – отраслевая стандартная архитектура

Шина промышленной стандартной архитектуры (ISA) до сих пор остается одной из старейших шин, используемых сегодня.

Несмотря на то, что ISA был заменен более быстрыми шинами, к нему по-прежнему подключается множество устаревших устройств, таких как кассовые аппараты, станки с ЧПУ и сканеры штрих-кодов.

С момента расширения до 16 бит в 1984 году ISA практически не изменилась. Были добавлены дополнительные высокоскоростные шины, чтобы избежать проблем с производительностью.

EISA — расширенная стандартная архитектура

Обновление до ISA – это расширенная стандартная архитектура или EISA. Это удвоило количество каналов данных с 16 до 32 и позволило использовать шину более чем одному ЦП.

Хотя он глубже, чем слот ISA, его ширина позволяет подключать к нему более старые устройства.

Если вы сравните контакты карты ISA и карты EISA (золотая часть карты, которая входит в слот), вы обнаружите, что контакты EISA длиннее и тоньше. Это быстрый способ определить, какая у вас карта: ISA или EISA.

MCA — Архитектура микроканала

IBM разработала эту шину в качестве замены ISA при разработке ПК PS/2, выпущенного в 1987 году.

Шина обеспечивает некоторые технологические улучшения по сравнению с шиной ISA.Например, MCA работал на скорости на 10 МГц быстрее и поддерживал 16-битные или 32-битные данные.

Одним из преимуществ MCA было то, что подключаемые карты представляли собой настраиваемое программное обеспечение; это означает, что им требовалось минимальное вмешательство пользователя во время настройки.

VESA – Ассоциация стандартов видеоэлектроники

Локальная шина Ассоциации стандартов видеоэлектроники (VESA) была создана, чтобы разделить нагрузку и позволить шине ISA обрабатывать прерывания, а порту ввода/вывода (ввод/вывод) и шине VL работать с прямым доступом к памяти ( DMA) и память ввода-вывода.

Это было только временное решение из-за его размера и других соображений. Шину PCI было легко обогнать шину VL.

Карта VESA имеет ряд дополнительных контактов и длиннее, чем карты ISA или EISA.

Он был создан в начале 90-х, имеет 32-разрядную шину и представлял собой временное исправление, предназначенное для повышения производительности ISA.

PCI — соединение периферийных компонентов

Шина PCI была разработана для решения проблем, связанных с ISA и шиной VL. PCI имеет 32-битный путь данных и будет работать на половине скорости шины системной памяти.

Одним из усовершенствований было предоставление подключенным компьютерам прямого доступа к машинной памяти. Это повысило эффективность компьютера и уменьшило способность ЦП создавать помехи.

Современные компьютеры в основном оснащены слотами PCI. PCI считается гибридом между ISA и VL-Bus, который обеспечивает прямой доступ к системной памяти подключенных устройств.

При этом используется мост для подключения к передней шине и ЦП, что обеспечивает более высокую производительность при одновременном снижении вероятности помех ЦП.

PCI Express (PCI-X)

Последним добавленным слотом является PCI Express (PCIe). Он был разработан для замены шин AGP и PCI. Он имеет 64-битный путь передачи данных и базовую скорость 133 МГц, но включение полнодуплексной архитектуры стало основным улучшением производительности.

Это позволило карте двигаться в обоих направлениях на полной скорости одновременно. Слоты PCI Express работают со скоростями 1X, 4X, 8X и 16X, обеспечивая PCI самую высокую скорость передачи среди всех форм слотов. Множитель определяет максимальную скорость передачи.

PCI Express имеет обратную совместимость, что позволяет устанавливать карту 1X в слот 16X.

PCMCIA — Ассоциация производителей карт памяти для персональных компьютеров (также называемая шиной ПК)

Ассоциация производителей карт памяти для персональных компьютеров была создана для того, чтобы предоставить портативным компьютерам стандартную шину.

Но в основном он используется в небольших компьютерах.

AGP — ускоренный графический порт

Ускоренная графическая шина (AGP) была разработана для удовлетворения растущих графических потребностей компьютеров. Путь данных имеет длину 32 бита и работает на максимальной скорости шины.

Это удвоило пропускную способность PCI и уменьшило потребность в совместном использовании шины с другими компонентами. Это означает, что AGP работает на частоте 66 МГц на обычной материнской плате вместо 33 МГц шины PCI.

Базовая скорость AGP составляет 66 МГц, что удваивает скорость PCI. Вы также можете получить слоты, работающие на скоростях 2X, 4X и 8X.

Он также использует специальную сигнализацию, позволяющую передавать через порт в два раза больше данных с той же тактовой частотой.

SCSI — Интерфейс малых компьютерных систем.

Small Computer System Interface – это стандартный параллельный интерфейс, используемый для подключения периферийных устройств к компьютеру на компьютерах Apple Macintosh, ПК и системах Unix.

Наиболее распространенные типы компьютерных шин

Большинство перечисленных автобусов сегодня не используются или используются редко.

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 отправки 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, соединяющие различные аппаратные компоненты в компьютерной системе. По компьютерной шине передаются данные , управляющие сигналы , адреса памяти и подается питание на эти компоненты.

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

Что такое компьютерная шина?

В этой статье мы подробно рассмотрим, 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, которая используется 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.

Разъемы PCI и PCI Express используются для подключения дополнительных карт, 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 шины 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 машинный код инструкций в двоичном формате, 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.

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 для обработки, 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 несколько 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 данных авионики 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.

В этой статье вы узнаете о различных типах компьютерных шин, топологиях, особенностях и функциях компьютерных шин и многих других важных понятиях.

Компьютерная шина также известна как локальная шина, шина данных или адресная шина. Шина представляет собой связь между компонентами или устройствами, подключенными к компьютеру.

Например, шина передает данные через материнскую плату между ЦП (центральным процессором) и системной памятью.

Что такое компьютерная шина?

Типы компьютерных шин

Шина — это система связи в компьютерной архитектуре, которая передает данные между компонентами внутри компьютера или между компьютерами.

Этот термин охватывает все компоненты, связанные с аппаратным обеспечением (провода, оптическое волокно и т. д.) и программным обеспечением, включая протокол связи.

Ниже приведены несколько моментов для описания компьютерной шины:-

  • Шина – это группа линий/проводов, по которым передаются компьютерные сигналы.
  • Шина — это средство совместной передачи.
  • Строки предназначены для предоставления описательных имен. - несет одиночный электрический сигнал, например. 1-битный адрес памяти, последовательность битов данных или управление временем, которое включает или выключает устройство.
  • Данные могут передаваться из одного местоположения компьютерной системы в другое (между различными модулями ввода-вывода, памятью и ЦП).
  • Шина — это не только кабель, но и аппаратное обеспечение (архитектура шины), протокол, программа и контроллер шины.

Из каких компонентов состоит автобус?

Каждая шина имеет три отдельных канала связи.

Ниже приведены три компонента автобуса: –

  • Адресная шина — это односторонний путь, который позволяет информации передаваться только в одном направлении, несет информацию о том, где данные хранятся в памяти.
  • Шина данных — это двусторонний путь, по которому фактические данные (информация) передаются в основную память и из нее.
  • Шина управления содержит управляющие и синхронизирующие сигналы, необходимые для координации всех действий компьютера.

Функции компьютерной шины

Ниже приведены некоторые функции компьютерной шины:-

Структура и топология компьютерных шин

Строки сгруппированы, как указано ниже –

  • Линия питания обеспечивает электроэнергией подключенные компоненты.
  • Линии данных, несущие данные или инструкции между модулями системы
  • Адресные строки указывают получателя данных шины.
  • Линии управления контролируют синхронизацию и работу шины и модулей, связанных с шиной.

Какие существуют типы компьютерных шин?

Компьютеры обычно имеют два типа шины:-

  • Системная шина. Это шина, которая соединяет ЦП с основной памятью материнской платы.Системная шина также называется внешней шиной, шиной памяти, локальной шиной или главной шиной.
  • Несколько шин ввода-вывода (I/O — это аббревиатура ввода-вывода), соединяющих различные периферийные устройства с ЦП. Эти устройства подключаются к системной шине через «мост», реализованный на чипсетах процессоров. Другие названия шины ввода-вывода включают «шина расширения», «внешняя шина» или «хост-шина».

Ниже приведены некоторые типы шин расширения:-

ISA – отраслевая стандартная архитектура

Шина промышленной стандартной архитектуры (ISA) до сих пор остается одной из старейших шин, используемых сегодня.

Несмотря на то, что ISA был заменен более быстрыми шинами, к нему по-прежнему подключается множество устаревших устройств, таких как кассовые аппараты, станки с ЧПУ и сканеры штрих-кодов.

С момента расширения до 16 бит в 1984 году ISA практически не изменилась. Были добавлены дополнительные высокоскоростные шины, чтобы избежать проблем с производительностью.

EISA — расширенная стандартная архитектура

Обновление до ISA – это расширенная стандартная архитектура или EISA. Это удвоило количество каналов данных с 16 до 32 и позволило использовать шину более чем одному ЦП.

Хотя он глубже, чем слот ISA, его ширина позволяет подключать к нему более старые устройства.

Если вы сравните контакты карты ISA и карты EISA (золотая часть карты, которая входит в слот), вы обнаружите, что контакты EISA длиннее и тоньше. Это быстрый способ определить, какая у вас карта: ISA или EISA.

MCA — Архитектура микроканала

IBM разработала эту шину в качестве замены ISA при разработке ПК PS/2, выпущенного в 1987 году.

Шина обеспечивает некоторые технологические улучшения по сравнению с шиной ISA. Например, MCA работал на скорости на 10 МГц быстрее и поддерживал 16-битные или 32-битные данные.

Одним из преимуществ MCA было то, что подключаемые карты представляли собой настраиваемое программное обеспечение; это означает, что им требовалось минимальное вмешательство пользователя во время настройки.

VESA – Ассоциация стандартов видеоэлектроники

Локальная шина Ассоциации стандартов видеоэлектроники (VESA) была создана, чтобы разделить нагрузку и позволить шине ISA обрабатывать прерывания, а порту ввода/вывода (ввод/вывод) и шине VL работать с прямым доступом к памяти ( DMA) и память ввода-вывода.

Это было только временное решение из-за его размера и других соображений. Шину PCI было легко обогнать шину VL.

Карта VESA имеет ряд дополнительных контактов и длиннее, чем карты ISA или EISA.

Он был создан в начале 90-х, имеет 32-разрядную шину и представлял собой временное исправление, предназначенное для повышения производительности ISA.

PCI — соединение периферийных компонентов

Шина PCI была разработана для решения проблем, связанных с ISA и шиной VL. PCI имеет 32-битный путь данных и будет работать на половине скорости шины системной памяти.

Одним из усовершенствований было предоставление подключенным компьютерам прямого доступа к машинной памяти. Это повысило эффективность компьютера и уменьшило способность ЦП создавать помехи.

Современные компьютеры в основном оснащены слотами PCI. PCI считается гибридом между ISA и VL-Bus, который обеспечивает прямой доступ к системной памяти подключенных устройств.

При этом используется мост для подключения к передней шине и ЦП, что обеспечивает более высокую производительность при одновременном снижении вероятности помех ЦП.

PCI Express (PCI-X)

Последним добавленным слотом является PCI Express (PCIe). Он был разработан для замены шин AGP и PCI. Он имеет 64-битный путь передачи данных и базовую скорость 133 МГц, но включение полнодуплексной архитектуры стало основным улучшением производительности.

Это позволило карте двигаться в обоих направлениях на полной скорости одновременно. Слоты PCI Express работают со скоростями 1X, 4X, 8X и 16X, обеспечивая PCI самую высокую скорость передачи среди всех форм слотов. Множитель определяет максимальную скорость передачи.

PCI Express имеет обратную совместимость, что позволяет устанавливать карту 1X в слот 16X.

PCMCIA — Ассоциация производителей карт памяти для персональных компьютеров (также называемая шиной ПК)

Ассоциация производителей карт памяти для персональных компьютеров была создана для того, чтобы предоставить портативным компьютерам стандартную шину.

Но в основном он используется в небольших компьютерах.

AGP — ускоренный графический порт

Ускоренная графическая шина (AGP) была разработана для удовлетворения растущих графических потребностей компьютеров. Путь данных имеет длину 32 бита и работает на максимальной скорости шины.

Это удвоило пропускную способность PCI и уменьшило потребность в совместном использовании шины с другими компонентами. Это означает, что AGP работает на частоте 66 МГц на обычной материнской плате вместо 33 МГц шины PCI.

Базовая скорость AGP составляет 66 МГц, что удваивает скорость PCI. Вы также можете получить слоты, работающие на скоростях 2X, 4X и 8X.

Он также использует специальную сигнализацию, позволяющую передавать через порт в два раза больше данных с той же тактовой частотой.

SCSI — Интерфейс малых компьютерных систем.

Small Computer System Interface – это стандартный параллельный интерфейс, используемый для подключения периферийных устройств к компьютеру на компьютерах Apple Macintosh, ПК и системах Unix.

Наиболее распространенные типы компьютерных шин

Большинство перечисленных автобусов сегодня не используются или используются редко.

Читайте также: