Какие сигналы принимаются на шинах процессора

Обновлено: 21.11.2024

Шина управления – это компьютерная шина, которая используется ЦП для связи с устройствами, входящими в состав компьютера. Это происходит через физические соединения, такие как кабели или печатные платы.

ЦП передает различные управляющие сигналы компонентам и устройствам для передачи управляющих сигналов ЦП с помощью управляющей шины. Одной из основных целей шины является минимизация линий, необходимых для связи. Индивидуальная шина позволяет осуществлять связь между устройствами по одному каналу данных. Шина управления является двунаправленной и помогает ЦП синхронизировать управляющие сигналы с внутренними устройствами и внешними компонентами. Он состоит из линий прерывания, линий разрешения байтов, сигналов чтения/записи и строк состояния.

Techopedia рассказывает о шине управления

Хотя ЦП может иметь свой собственный набор управляющих сигналов, некоторые элементы управления являются общими для всех ЦП:

Линии запроса прерывания (IRQ): аппаратная линия, используемая устройствами для прерывания сигналов ЦП. Это позволяет ЦП прервать свою текущую работу для обработки текущего запроса.
Линия управления системными часами: обеспечивает внутреннюю синхронизацию для различных устройств на материнской плате и ЦП.

Большинство системных шин состоят из 50–100 отдельных линий связи. Системная шина состоит из трех типов шин:

Шина данных. Переносит данные, которые необходимо обработать.
Адресная шина: определяет, куда должны отправляться данные.
Шина управления: определяет обработку данных.

Обмен данными между ЦП и шиной управления необходим для эффективной и функциональной работы системы. Без шины управления ЦП не может определить, получает ли система данные или отправляет их. Это управляющая шина, которая регулирует, в каком направлении должна идти запись и чтение информации. Шина управления содержит линию управления для инструкций записи и линию управления для инструкций чтения. Когда ЦП записывает данные в оперативную память, он передает сигнал в командную строку записи. CPU также отправляет сигнал в командную строку чтения, когда ему нужно прочитать. Этот сигнал позволяет ЦП получать или передавать данные из основной памяти.

Привет, я Джон, генеральный директор OurPCB. Я ответственный, умный и опытный бизнес-профессионал с большим опытом работы в электронной промышленности.

Приходилось ли вам когда-нибудь исследовать, что происходит на вашем компьютере? Как различные компоненты вашего компьютера, например, память, центральный процессор, жесткий диск и т.д. Общаться друг с другом для выполнения различных задач? Что происходит внутри вашего USB-шнура (универсальная последовательная шина) при подключении к компьютеру для передачи файлов с телефона или на другие устройства, например флешки, внешний жесткий диск и т. д.? Это небольшое исследование призвано пробудить ваш интерес и рассказать вам о том, как компьютеры и другие устройства взаимодействуют друг с другом, а также об обмене данными между ними.

1、Шина данных

1.1 Что такое шина данных?

От слова "Шина данных" веб-словарь определил автобус как транспортное средство, перевозящее много пассажиров из одного места в другое, но в данном случае речь идет о данных. Шина — это соединение, требующее передачи данных или канала связи между двумя или более устройствами. Отличительной иллюстрацией является коммуникационная шина между процессором и блоком памяти компьютерной системы.

Структура шины включает в себя несколько линий связи или трактов, и в физическом представлении она будет состоять из различных проводов (т. е. сигнальных линий).

Информация, передаваемая шиной, связана с тем, где инициируются данные или куда они будут отправлены. Каждая из линий шинных каналов/передает один бит информации. Следовательно, чем больше линий содержит шина, тем больше данных она может получить/адресовать.

Это называется размером или шириной шины, и от него в значительной степени зависит объем/количество данных, которые могут быть переданы за один раз. 8-битная шина разделяет 8 бит данных.

В зависимости от типа шины информация может передаваться либо последовательным способом (т. е. последовательность битов, передаваемых по линии), либо аналогичным способом, что означает одновременную передачу данных/информационных битов по нескольким линиям.< /p>

Рисунок 1. Технология шины данных

32-бит был первым стандартом для шины данных, но новейшие системы шин данных могут передавать гораздо большие объемы данных.Шина данных может передавать данные к компьютеру или центральному процессору (ЦП), который является компьютерным мозгом, и обратно. Шина данных также может передавать информацию между двумя компьютерами.

Частое использование термина "шина данных" в мире информационных технологий (ИТ) в среднем аналогично использованию термина "электрическая шина" в мире электроники. Электронная шина — это канал для передачи тока, примерно так же, как шина данных обеспечивает способ передачи данных. Современные вычислительные системы стали более сложными, поскольку данные часто находятся в пути, проходя через части, компоненты платы ЦП и периферийные/физические структуры.

Шины данных являются важными инструментами для облегчения передачи данных, которые удовлетворяют существенную потребность в передаче данных в потребительских и других системах. С новыми сетевыми структурами и дизайном данные также циркулируют между различным оборудованием и подключенной более широкой кабельной или виртуальной системой.

2、Внешняя шина данных

К настоящему моменту вы узнали, что информация передается по компьютеру и его компонентам с помощью двоичного кода (т. е. нулей и единиц), проходящего через шину (шину данных). Внешняя шина данных (также называемая внешней шиной или шиной данных) — это данные на компьютере. К нему подключаются все компоненты адресации данных или любые другие дополнительные устройства передачи данных; следовательно, любая информация/данные, отправленные по этой шине, доступны для всех устройств, подключенных к компьютеру.

Первичная/ЦП/материнская плата – это основная печатная плата компьютера, которая содержит внешнюю шину данных, подключенную к устройствам расширения, не входящим в основную конструкцию материнской платы. Слоты расширения представляют собой наклонную поверхность, соединяющую два внешних устройства с материнской платой компьютера через внешнюю шину.

Платы расширения, также называемые дочерними платами, – это мини-схемные платы, устанавливаемые в слоты шины расширения на материнской плате. Другими формами являются слоты, которые содержат и вмещают память компьютера.

Различные разъемы на материнской плате обеспечивают доступ к шине данных для периферийных устройств, например принтеров, сканеров, модемов и т. д., а также некоторых внешних устройств, таких как клавиатуры, мыши.

Изображение 2. Устройство шины данных

Чтобы полностью понять, как компьютер передает данные между своими компонентами, представьте каждое устройство на шине данных, подключенное к шине, как набор переключателей включения/выключения. Глядя на то, какие проводники имеют питание, а какие нет, устройство может считывать данные по мере того, как оно получает данные, отправленные другим устройством. Режим включения-выключения линии представлен значением 0, которое «включено», и значением «выключено». Провода упрощают код двоичных чисел, который компьютер интерпретирует, а затем отправляет его другому компоненту системы или пользователю через устройство вывода, например, монитор, принтер, динамик, факс и т. д. Связь происходит, когда система прикладывает достаточное напряжение к любому проводнику или считывает его с него.

Зашифрованные сообщения могут передаваться на любые подключенные устройства, подключенные к внешней шине данных, или из них. Думайте о шине данных как о гигантском шоссе с параллельными полосами. По этой аналогии биты — это машины, которые едут друг за другом, перевозя часть закодированного сообщения. Микропроцессоры компилируют закодированные сообщения в данные, которые выполняют задачи, значимые для пользователя компьютера.

Изображение 3. Компьютерные шины

3、Адресная шина

Данные, как определено ранее, переносят данные в компьютерную систему, а адресная шина определяет, куда данные должны быть переданы. Итак, в этом мы осветим. Я определяю адресную шину как структуру компьютерной шины, используемую для передачи данных между устройствами, которые описываются аппаратным адресом физической памяти, который представлен в виде двоичных чисел (т. е. 0 и 1) чтобы разрешить шине данных доступ к хранилищу памяти.

Центральный процессор использует адресную шину или другой тип доступа к памяти, называемый прямым доступом к памяти, который позволяет некоторым устройствам определять адрес для передачи команд чтения/записи. Центральный процессор выполняет запись и чтение всех адресных шин в виде битов.

Адресная шина была встроена в материнскую плату компьютера, чтобы сделать компьютер совместимым, менее дорогостоящим и позволить подключить к компьютеру гораздо больше устройств.

Изображение 4: Шина ISA

Адресная шина оценивается по объему памяти, которую система способна восстановить.Система с 32-разрядной адресной шиной может адресовать 4096 мегабайт (эквивалентно 4 гигабайтам) пространства памяти. Компьютеры с 64-битной адресной шиной при условии наличия операционной системы, поддерживающей адресную шину, будут адресовать 16 384 пебибайта (эквивалент 16 эксбибайтов) ячеек памяти, что считается чрезвычайно большим.

Согласно другому выпуску, адресная шина считается набором линий или проводов, используемых для передачи адресов памяти или включенных и выключенных (ввода/вывода) устройств. Это основная характеристика ненаправленного атрибута. Примером этого является микропроцессор Intel 88085 с 16-битной адресной шиной.

Следствием этого является то, что этот микропроцессор (Intel 88085) может передавать до 16 бит адреса (т. е. он может адресовать 665 5536 различных ячеек памяти). Эта шина объединяет несколько сигналов в один знак 8-битной шины данных. Таким образом, старшие биты адреса проходят через адресную шину ((A7-A0). Более того, LSB проходит через мультиплексированную шину данных (AD0-AD7)).

4、Шина управления

Помните, мы говорили о трех основных типах компьютерных шин: шине данных, адресной шине и шине управления. После отправки шины данных и местоположения данные известны по адресной шине; затем для правильного выполнения данных требуется управляющая шина.

Шина управления — это особый вид компьютерной шины, которую центральный процессор использует для связи с другими компонентами и устройствами, подключенными к компьютерной системе. Такой вид связи возможен благодаря кабельным соединениям и схемам/печатным платам.

Шина управления наиболее важна в том смысле, что позволяет управлять всеми подключенными устройствами. А также компоненты компьютерной системы, с помощью разновидностей управляющего сигнала, передаваемого центральным процессором, становятся возможными благодаря этой управляющей шине. Не забываем, что одна из основных задач шины — минимизировать количество линий, необходимых для связи в компьютерной системе.

В отличие от отдельной шины, которая позволяет обмениваться данными между устройствами по одной линии данных (т. е. однонаправленной), шина управления в значительной степени является двунаправленной, поскольку она обеспечивает двустороннюю связь по шине данных между компьютерными компонентами. И его устройства, и также помогает центральному процессору координировать и унифицировать управляющие сигналы во внутренних инструментах и внешних функциях. Шина управления состоит из линий прерывания, линий разрешения байтов, сигналов чтения/записи и линий состояния.

Подсказка: некоторые элементы управления являются общими для всех центральных процессоров

Линии запроса прерывания (IRQ): это определенный тип аппаратной линии, используемой устройствами для прерывания текущего потока данных, которые должны быть внедрены в центральный процессор. Это позволяет компьютеру выполнять так много задач одновременно, прерывая текущий процесс, чтобы быстро получить задание из-за его высокого приоритета. Большинство системных шин содержат от 50 до 100 отдельных линий связи.

Связь между центральным процессором компьютера и шиной управления имеет большое значение для правильной и эффективной работы компьютерной системы.

Центральный процессор не может знать, отправляет ли система данные или получает их без управляющей шины. Куда должна идти информация для записи и чтения, управляется и регулируется управляющей шиной. В шине управления имеется выделенный путь/линия управления для инструкций по команде записи и отдельный путь/линия для управления командой чтения. Сигнал передается в командную строку записи немедленно. Центральный процессор записывает данные или команду, адресованные в память центрального компьютера, и также посылает сигнал центральным процессором, когда ему необходимо прочитать из системной памяти. Этот сигнал позволяет ЦП получать или передавать данные из основной памяти.

С помощью шины управления микропроцессор обрабатывает данные о том, что делать с выбранной ячейкой памяти. Некоторые управляющие сигналы включают чтение, запись и выборку кода операции. Команды. Подчеркнем здесь, что микропроцессор выполняет разного рода операции с помощью этой же управляющей шины. Шина управления предназначена для всех сигналов синхронизации и управляется в соответствии с управляющим сигналом с шины управления.

5、Расписание шины данных

Настоящее раскрытие в основном относится к электронным коммуникациям. Более конкретно, настоящее раскрытие относится к системам и способам кодирования DBI на основе скорости работы.

Инверсия шины данных (DBI) применяется для повышения целостности питания и сигнала и одновременного снижения энергопотребления.Мы не можем переоценить инверсию шины данных, когда нам нужно передать большое количество данных с максимально возможной скоростью.

Изображение 5: Расписание шины данных

Заключение

Простые шинные системы имели серьезные недостатки при использовании для компьютеров общего назначения. Все устройства, размещенные непосредственно на шине, должны были работать с одинаковой скоростью, определяемой шиной, поскольку все они использовали единую тактовую систему. Это стало сложной задачей, когда целью было увеличение скорости центрального процессора. Потому что для этого нужно увеличить скорость всех устройств на шине.

Тогда стало почти непрактично или экономически невыгодно, чтобы все компьютерные компоненты/устройства имели ту же скорость, что и ЦП. Таким образом, ЦП должен ждать или работать на очень низкой тактовой частоте, чтобы общаться с другими устройствами в компьютерной системе. Хотя эта проблема приемлема для встраиваемых систем, она недолго оставалась допустимой для компьютеров общего назначения и расширяемых пользователем компьютеров. Такие шинные системы также сложно настроить, если они построены из стандартных готовых инструментов/оборудования.

Изображение 6: Контроллер локальной шины

Микропроцессор обычно представляет собой один чип, который имеет множество электрических соединений на своих выводах.

Его можно использовать для выбора «адреса» в основной памяти и другого набора контактов для чтения. Запишите данные, хранящиеся 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 упоминается только как системная шина. 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, образующего шину расширения или локальную шину.

Однако различия в производительности ЦП и периферийных устройств сильно различаются. Некоторые решения, как правило, необходимы для обеспечения того, чтобы периферийные устройства не снижали общую производительность системы и прямой доступ к памяти. Большинство современных систем при необходимости сочетают оба решения. По мере роста числа потенциальных периферийных устройств использование карты расширения для каждого периферийного устройства становилось все более нецелесообразным.

Это привело к появлению шинных систем, специально предназначенных для поддержки нескольких периферийных устройств. Однако эти высокопроизводительные системы, как правило, слишком дороги для реализации в недорогих устройствах, таких как мышь. Это привело к параллельной разработке некоторых низкопроизводительных шинных систем для этих решений. Наиболее распространенным примером является стандартизированная универсальная последовательная шина (USB).

Шина данных

Сигналы управления и состояния

Эти сигналы используются для определения характера операции. Имеется 3 управляющих сигнала и 3 сигнала состояния.

Три управляющих сигнала: RD, WR и ALE.

RD — этот сигнал указывает, что выбранное устройство ввода-вывода или памяти должно быть прочитано и готово к приему данных, доступных на шине данных.

WR — этот сигнал указывает, что данные на шине данных должны быть записаны в выбранную память или место ввода-вывода.

ALE — это положительный импульс, генерируемый, когда микропроцессор запускает новую операцию. Когда импульс становится высоким, он указывает адрес. Когда импульс уменьшается, это указывает на данные.

Три сигнала состояния: IO/M, S0 и S1.

Этот сигнал используется для различения операций ввода-вывода и операций с памятью, т. е. высокий уровень указывает на операцию ввода-вывода, а низкий уровень указывает на работу с памятью.

S1 и S0

Эти сигналы используются для определения типа текущей операции.

Электропитание

Есть 2 сигнала питания — VCC и VSS. VCC указывает на источник питания +5 В, а VSS указывает на сигнал заземления.

Сигналы часов

Есть 3 тактовых сигнала, то есть X1, X2, CLK OUT.

X1, X2 — кристалл (RC, LC N/W) подключен к этим двум контактам и используется для установки частоты внутреннего тактового генератора. Эта частота внутренне делится на 2.

CLK OUT — этот сигнал используется в качестве системных часов для устройств, подключенных к микропроцессору.

Прерывания и внешние сигналы

Прерывания – это сигналы, генерируемые внешними устройствами для запроса микропроцессора на выполнение задачи. Существует 5 сигналов прерывания, т. е. TRAP, RST 7.5, RST 6.5, RST 5.5 и INTR.Мы подробно обсудим прерывания в разделе прерываний.

INTA — это сигнал подтверждения прерывания.

RESET IN — этот сигнал используется для сброса микропроцессора путем установки счетчика программ на ноль.

RESET OUT — этот сигнал используется для сброса всех подключенных устройств при сбросе микропроцессора.

ГОТОВ — этот сигнал указывает, что устройство готово отправлять или получать данные. Если READY имеет низкий уровень, ЦП должен ждать, пока READY станет высоким.

HOLD — этот сигнал указывает, что другой мастер запрашивает использование шины адреса и данных.

HLDA (подтверждение HOLD) — указывает, что ЦП получил запрос HOLD и освободит шину в следующем такте. HLDA устанавливается на низкий уровень после удаления сигнала HOLD.

Сигналы последовательного ввода/вывода

Существует 2 последовательных сигнала, то есть SID и SOD, и эти сигналы используются для последовательной связи.

SOD (линия последовательных выходных данных) — выходной SOD устанавливается/сбрасывается, как указано в инструкции SIM.

SID (строка последовательных входных данных) — данные в этой строке загружаются в аккумулятор всякий раз, когда выполняется инструкция RIM.

Шина управления — это то, что центральный процессор компьютера (ЦП) использует для связи с другими устройствами внутри машины через набор физических соединений, таких как кабели или печатные схемы. Это разнообразный набор сигналов, включая чтение, запись и прерывание, которые позволяют ЦП направлять и контролировать действия различных частей компьютера. Это один из трех типов шин, составляющих системную или компьютерную шину. Его точный состав зависит от процессора.

Шина расширения позволяет материнской плате компьютера взаимодействовать с жестким диском.

Вообще цель любой шины — уменьшить количество путей, необходимых для связи между компьютерными компонентами. Шина обеспечивает связь между компонентами по одному каналу данных и характеризуется тем, сколько информации она может передать за один раз. Количество данных выражается в битах и соответствует количеству физических линий, по которым передается информация. Например, ленточный кабель с 32 проводами может передавать 32 бита параллельно.

Большинство современных компьютеров имеют большое количество шин, которые соединяют самые разные области.

Каждый компьютер обычно имеет внутреннюю шину и шину расширения. Внутренняя или передняя шина облегчает связь между ЦП и центральной памятью, а шина расширения или ввода/вывода связывает компоненты материнской платы, такие как жесткие диски и порты. Большинство системных шин обычно состоят из от 50 до 100 отдельных физических линий связи. Эти линии подразделяются на три подузла или типа шин: шина адреса или памяти, шина данных и шина команд или управления.

Шина управления является двунаправленной; он передает командные сигналы от ЦП и ответные сигналы от оборудования. Это помогает ЦП синхронизировать свои командные сигналы с компонентами компьютера и более медленными внешними устройствами. В результате шина управления состоит из линий управления, каждая из которых посылает определенный сигнал, например чтение, запись и прерывание. Линии управления, составляющие шину управления, различаются между процессорами, но большинство из них включают в себя линии системных часов, линии состояния и линии включения байтов.

Например, ЦП компьютера будет использовать шину данных для передачи информации в центральную память и из нее. Шина управления позволяет ЦП определять, отправляет ли система эти данные или получает их, и когда. Это связано с тем, что шина управления имеет линию управления для чтения и одну для записи, которые определяют направление потоков информации (из памяти в ЦП или из ЦП в память). Если центральному процессору необходимо записать какие-либо данные в центральную память, он отправит сигнал (подтверждает) на линию управления записью шины управления. Отправка сигнала на линию управления чтением позволяет ЦП получать данные из памяти.

Другие типы шин, из которых состоит системная шина, — это шины данных и адресные шины. Шина данных перемещает инструкции и информацию между всеми функциональными компонентами компьютера. Он двунаправленный и может передавать только в одном направлении за раз. Шина данных передает информацию между ЦП и памятью, а также между памятью и блоком ввода/вывода.

Адресная шина является однонаправленной и функционирует как карта памяти.Когда компьютерной системе необходимо получить доступ к определенной ячейке памяти или устройству ввода/вывода, она устанавливает соответствующий адрес на адресной шине. Этот адрес распознается соответствующей схемой, которая затем дает указание соответствующей памяти или устройству прочитать или отправить данные по шине данных. Будет отвечать только то устройство или ячейка памяти, которая соответствует адресу на адресной шине.

Центральный процессор использует шину управления для связи с другими устройствами внутри компьютера через физические соединения, включая печатные схемы.

Читайте также: