По какой шине процессор подключен к клавиатуре

Обновлено: 21.11.2024

Судха Аравиндан преподает математику в средней школе и занимается повышением квалификации в области информационных технологий более 10 лет. Судха имеет степень доктора педагогических наук в области математического образования Университета Делавэра, США, степень магистра английской литературы Университета Кералы, Индия, степень бакалавра педагогических наук в области преподавания математики Университета Кералы, Индия, и степень бакалавра наук по математике, физике и статистике Университета Кералы, Индия. Судха имеет сертификат по программированию на Java и статистическому анализу.

Компьютеры оснащены рядом портов и шин для ввода и вывода информации. Ознакомьтесь с основными компьютерными терминами, такими как процессор и память, а также с типами портов и шин, включая периферийные устройства, параллельные порты, SCSI и USB. Обновлено: 19.01.2022

Порты и шины

Кэти — игрок высокого уровня. Одна из ее игр требует одновременного нажатия левой и правой кнопок трекпада. Это сложно сделать, поэтому ей пришлось использовать внешнюю мышь. В сумке для ноутбука у нее была проводная мышь с разъемом USB. Кэти нашла на своем компьютере соответствующий USB-порт и подключила к нему мышь.

Компьютерный порт – это слот или точка подключения на компьютере, аналогичная розетке, к которой можно подключить устройство. Внешние порты соединяют материнскую плату компьютера с внешними устройствами, такими как мышь, клавиатура, принтер и флэш-накопители. Материнская плата компьютера также имеет внутренние порты. Внутренние порты соединяют материнскую плату с внутренними устройствами, такими как жесткий диск и дисковод для компакт-дисков.

Когда Кэти погружается в игру и наступает момент, когда ей нужно принять решение о том, какой из двух путей выбрать, за кулисами происходит то, что все взаимодействия, которые Кэти совершает с помощью мыши и клавиатуры, происходят в форма данных через пути, называемые шинами.

Существует два основных типа шин: системная шина и шина ввода-вывода. Системная шина, также называемая шиной памяти, обеспечивает связь между ЦП и основной памятью компьютера, расположенной на материнской плате. Ввод/вывод (I/O) или шины расширения отвечают за подключение периферийных устройств (мыши, клавиатуры, флэш-накопителей) к центральному процессору (ЦП). Системная шина и шины ввода-вывода соединены мостом, реализованным в чипсете процессора.

Произошла ошибка при загрузке этого видео.

Попробуйте обновить страницу или обратитесь в службу поддержки.

Вы должны создать учетную запись, чтобы продолжить просмотр

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть этот урок

Как участник, вы также получите неограниченный доступ к более чем 84 000 уроков по математике, английскому языку, естественным наукам, истории и многому другому. Кроме того, вы можете пройти пробные тесты, викторины и индивидуальные тренировки, которые помогут вам добиться успеха.

Получите неограниченный доступ к более чем 84 000 уроков.

Уже зарегистрированы? Войдите здесь для доступа

Ресурсы, созданные учителями для учителей

Вы в ударе. Продолжайте в том же духе!

Просто отмечаюсь. Вы все еще смотрите?

Хотите посмотреть это позже?

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы добавить этот урок в собственный курс.

Процессор

Игра, которой так увлечена Кэти, требует мощного процессора. Это связано с тем, что игры требуют высокой производительности и скорости графики, а также более высокого качества звука и разрешения видео. Центральный процессор — это мозг компьютера, который во многом похож на человеческий мозг. Каждое взаимодействие с компьютером обрабатывается центральным процессором.

  1. Извлечение: когда компьютер отслеживает, какое событие должно быть выполнено следующим по порядку. В игре, когда Кэти принимает решение, ЦП извлекает данные и отслеживает, какая кнопка мыши была нажата.
  2. Декодирование: после извлечения или получения данных инструкции из данных преобразуются программным обеспечением, а затем декодируются в двоичный код, чтобы ЦП мог их понять. Это промежуточный шаг перед выполнением инструкций.
  3. Выполнение: ЦП должен будет выполнить следующие шаги в зависимости от щелчка мыши или нажатия клавиши на клавиатуре. Именно это помогает Кэти видеть следующий шаг в игре, отображаемый на мониторе компьютера.
  4. Сохранение. После выполнения ЦП также отвечает за сохранение данных, поэтому игра отслеживает все варианты, которые делает Кэти, для действительно увлекательного игрового процесса.

Память

Игра Кэти также требует много памяти.Назначение памяти в компьютере снова похоже на человеческую память: вести запись информации или процессов, которые используются, пока используется игра или приложение. Однако память компьютера недолговечна. ОЗУ, или оперативная память, может запоминать информацию только до тех пор, пока Кэти активно взаимодействует с игрой. Данные сохраняются, но если она выйдет и начнет новую игру, большая часть информации будет потеряна.

ПЗУ, или постоянная память, — это информация, хранящаяся в компьютере, которую ЦП может читать и понимать, но не может изменять. ПЗУ обычно используется для хранения основной информации ввода-вывода, чтобы ЦП знал, как взаимодействовать со всеми периферийными устройствами.

Периферийные устройства и параллельный порт

Когда Кэти занята видеоигрой, она постоянно взаимодействует с компьютером через сенсорный экран, мышь или трекпад. Существует три основных типа периферийных устройств, которые представляют собой устройства ввода, такие как клавиатура и мышь, которые извлекают данные от пользователя и преобразуют их в двоичный код, понятный процессору. Монитор, который является устройством вывода, затем преобразует двоичный код в цифровые сигналы, которые Кэти может видеть на мониторе и понимать, что происходит в игре. Кэти иногда сохраняет выходные данные игры на внешнем диске, который является типом периферийного хранилища.

Смартфоны и носимые устройства, такие как фитнес-трекеры, смарт-часы и сканеры, — все это примеры периферийных устройств, поскольку каждое из них взаимодействует с компьютером посредством механизмов ввода, вывода или хранения данных.

Когда Кэти не играет в игры на своем компьютере, у нее есть школьная работа. Ее компьютер более старой модели, и к ее ноутбуку подключен принтер с помощью интерфейса параллельного порта. Параллельный порт имеет 25 контактов и относится к способу, которым данные отправляются параллельно, что означает одновременную отправку нескольких битов данных. Этот порт обычно использовался для принтеров и был стандартизирован как IEEE 1284.

Расширенный параллельный порт, или EPP, обеспечивал повышенную скорость, а ECP, или порт с расширенными возможностями, был двунаправленным и позволял передавать данные на компьютер и с него. Параллельный порт в настоящее время в основном устарел и заменен портом USB.

SCSI и USB

Компьютер Кэти также имеет интерфейс SCSI, представляющий собой интерфейс малых компьютерных систем. Для поддержки передачи больших объемов данных на жесткие диски, сканеры, приводы CD-DVD и принтеры иногда используется порт SCSI. Одним из недостатков SCSI является отсутствие общего программного интерфейса, поэтому скорость, ширина шины и разъемы могут различаться.

Первый SCSI использовал интерфейс параллельной шины для синхронной передачи данных. SCSI может использовать одну шину и подключать до 16 периферийных устройств. SCSI часто используется в RAID-серверах, где несколько дисков объединены в логические блоки для повышения производительности и избыточности данных.

Один из портов, которые Кэти использует чаще всего, — это порт USB или порт универсальной последовательной шины. USB является отраслевым стандартом и позволяет подключать USB-устройства, такие как флэш-накопители и смартфоны, к компьютеру. USB-порты обычно используются на шинах для передачи данных с небольших электронных устройств, таких как камера или MP3-плеер.

Существуют различные типы разъемов USB:

  • Разъем типа А имеет прямоугольный и плоский интерфейс.
  • Разъем типа B имеет форму квадрата, но со скошенными углами.
  • Тип C выглядит прямоугольным с закругленными краями и может быть подключен вверх ногами.
  • Micro-USB – это уменьшенная версия USB-разъема типа B.

Serial Attached SCSI или SAS используется для перемещения данных на большие устройства хранения и с них. Однако Serial AT Attachment используется для соединения больших устройств хранения данных с ПК. У SAS есть три типа устройств: инициаторы, цели и расширители.

  • Инициаторы — устройства-адаптеры главной шины, которые могут подключать несколько портов, которые связаны с внутренними и внешними целями.
  • Цели — диски, состоящие из двух узких портов, которые могут быть связаны с двумя разными доменами, проверяющими наличие избыточности.
  • Расширители – переключатели, используемые для увеличения количества целей, прикрепленных к инициатору.

Резюме урока

Хорошо, давайте на минуту-другую повторим, что мы узнали. Порт компьютера — это слот или точка подключения на компьютере, к которому можно подключить устройство. Существуют внешние порты, через которые устройства могут быть подключены к компьютеру (мышь, принтер), и внутренние порты, к которым периферийные устройства являются устройствами ввода, которые извлекают данные, вводимые пользователем, и преобразуют их в двоичный код, понятный ЦП.

Данные передаются между периферийными устройствами и ЦП по путям, называемым шиной. Системная шина соединяет ЦП и основную память, а шина ввода-вывода соединяет ЦП с периферийными устройствами.Процессор или центральный процессор — это мозг компьютера, который извлекает, декодирует, выполняет и сохраняет данные. ОЗУ, или оперативная память, помогает компьютеру запоминать информацию, пока приложение активно используется, а ПЗУ, или память только для чтения, хранит основные инструкции, чтобы ЦП знал, как взаимодействовать с периферийными устройствами.

Параллельный порт, стандартизованный как IEEE 1284, позволял одновременно отправлять несколько битов данных. Для передачи больших объемов данных и дисков RAID используется система SCSI для повышения производительности. USB или универсальная последовательная шина с различными разъемами (тип A, B, C и микро) в настоящее время является наиболее часто используемым портом.

В компьютерах есть много внутренних компонентов. Чтобы эти компоненты могли взаимодействовать друг с другом, они используют провода, известные как «шина».

Шина — это общий путь, по которому информация передается от одного компонента компьютера к другому. Этот путь используется для целей связи и устанавливается между двумя или более компьютерными компонентами. Мы собираемся проверить различные архитектуры компьютерных шин, которые можно найти в компьютерах.

Различные типы компьютерных шин

Компьютерные автобусы

Функции шин в компьютерах

Обзор функций шин в компьютерах

Шина расширения упрощает подключение к компьютеру дополнительных компонентов и устройств, таких как ТВ-карта или звуковая карта.

Терминология автобусов

Компьютеры имеют два основных типа шин:

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

Типы шины расширения

Вот некоторые из распространенных типов шин расширения, которые использовались в компьютерах:

  • ISA – отраслевая стандартная архитектура
  • EISA — расширенная стандартная архитектура
  • MCA – микроканальная архитектура
  • VESA – Ассоциация стандартов видеоэлектроники.
  • PCI — соединение периферийных компонентов
  • PCI Express (PCI-X)
  • PCMCIA — Ассоциация производителей карт памяти для персональных компьютеров (также называемая шиной ПК)
  • AGP — ускоренный графический порт
  • SCSI — интерфейс малых компьютерных систем

8-битные и 16-битные шины ISA

8-битные и 16-битные шины ISA

Шина ISA

Для IBM PC-AT на базе 80286 была анонсирована улучшенная конструкция шины, которая могла передавать 16-битные данные за раз. 16-разрядную версию шины ISA иногда называют шиной AT (AT-Advanced Technology).

Топ-8 лучших бесплатных приложений для аудиокниг, которыми должен пользоваться каждый

8 лучших альтернатив Adobe Photoshop (бесплатных и платных)

Топ-8 лучших альтернатив Dropbox, которые должен использовать каждый

Сравнение 8- и 16-битной шины ISA

16-битный интерфейс данных

36-контактный удлинитель AT

MCA (микроканальная архитектура)

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

Шина предлагала ряд технических улучшений по сравнению с шиной ISA. Например, MCA работал на более высокой скорости 10 МГц и поддерживал 16-битные или 32-битные данные. Он также поддерживал мастеринг шины - технологию, которая размещала мини-процессор на каждой плате расширения. Эти мини-процессоры контролировали большую часть передачи данных, позволяя центральному процессору выполнять другие задачи.

Одним из преимуществ MCA было то, что подключаемые карты настраивались программно; это означает, что они требовали минимального вмешательства пользователя при настройке.

Шина расширения MCA не поддерживала карты ISA, и IBM решила взимать с других производителей роялти за использование этой технологии. Это сделало его непопулярным, и теперь это устаревшая технология.

Автобус EISA

Слоты шины EISA (слева), куда подключались карты EISA

EISA (расширенная стандартная архитектура)

Это шинная технология, разработанная группой производителей в качестве альтернативы MCA. Архитектура шины была разработана для использования 32-битного пути данных и обеспечивала 32 адресные линии, предоставляя доступ к 4 ГБ памяти.

Как и MCA, EISA предлагала дисковую установку для карт, но по-прежнему работала на частоте 8 МГц, чтобы быть совместимой с ISA.

Слоты расширения EISA в два раза глубже, чем слоты ISA. Если карта ISA помещена в слот EISA, она будет использовать только верхний ряд разъемов. Однако полная карта EISA использует обе строки. Он предлагал мастеринг шины.

Карты EISA были относительно дорогими и обычно использовались на высокопроизводительных рабочих станциях и сетевых серверах.

Шина VESA

Его также называли локальной шиной или шиной VESA-Local. VESA (Ассоциация стандартов видеоэлектроники) была изобретена, чтобы помочь стандартизировать спецификации видео для ПК, тем самым решив проблему проприетарных технологий, когда разные производители пытались разработать свои собственные шины.

Шина VL обеспечивала 32-битный путь передачи данных и работала на частоте 25 или 33 МГц. Он работал на той же тактовой частоте, что и центральный процессор. Но это стало проблемой по мере увеличения скорости процессора, потому что чем быстрее должны работать периферийные устройства, тем дороже их производство.

Было трудно реализовать шину VL-Bus на более новых процессорах, таких как 486 и новые процессоры Pentium. В конце концов шина VL была заменена шиной PCI.

Разъемы VESA имели дополнительный набор разъемов; это сделало карты больше. Конструкция VESA была обратно совместима со старыми картами ISA.

Возможности платы локальной шины VESA:-

  • 32-битный интерфейс
  • 62/36-контактный разъем
  • Расширение локальной шины VESA 90+20 контактов

Соединение периферийных компонентов

Peripheral Component Interconnect (PCI) — это одна из последних разработок в области архитектуры шины и текущий стандарт для карт расширения ПК. Intel разработала и выпустила ее как шину расширения для процессора Pentium в 1993 году. Это локальная шина, аналогичная VESA, то есть она соединяет ЦП, память и периферийные устройства с более широким и быстрым путем передачи данных.

PCI поддерживает как 32-битную, так и 64-битную ширину данных; он совместим с процессорами 486 и Pentium. Ширина данных шины равна процессору, например, 32-разрядный процессор будет иметь 32-разрядную шину PCI и работать на частоте 33 МГц.

PCI использовался при разработке Plug and Play (PnP), и все карты PCI поддерживают PnP. Это означает, что пользователь может подключить новую карту к компьютеру, включить ее, и она «самоидентифицируется» и «самоопределяется» и начинает работать без ручной настройки с помощью перемычек.

В отличие от VESA, PCI поддерживает управление шиной. Это означает, что шина имеет некоторую вычислительную мощность, и, таким образом, ЦП тратит меньше времени на обработку данных. Большинство карт PCI рассчитаны на 5 В, но есть также карты на 3 В и на два напряжения. Используемые слоты для ключей помогают различать карты 3 В и 5 В, а также удостовериться, что карта 3 В не вставляется в разъем 5 В и наоборот.

Слоты PCI

Архитектура шины PCI

Ускоренный графический порт

Потребность в высоком качестве и очень быстром воспроизведении видео на компьютерах привела к разработке Accelerated Graphics Port (AGP). Порт AGP подключается к ЦП и работает со скоростью процессорной шины. Это означает, что видеоинформация быстрее отправляется на карту для обработки.

AGP использует основную память ПК для хранения 3D-изображений. По сути, это дает видеокарте AGP неограниченный объем видеопамяти. Чтобы ускорить передачу данных, Intel разработала порт как прямой путь к основной памяти ПК.

Скорость передачи данных варьируется от 264 Мбит/с до 528 Мбит/с, от 800 Мбит/с до 1,5 Гбит/с. Разъем AGP идентифицируется по коричневому цвету.

Ассоциация производителей карт памяти для персональных компьютеров (PC Card)

Ассоциация производителей карт памяти для персональных компьютеров была основана для создания стандартной шины для портативных компьютеров. Поэтому он в основном используется в небольших компьютерах.

Интерфейс системы малого компьютера

Сокращение от Small Computer System Interface, стандарт параллельного интерфейса, используемый компьютерами Apple Macintosh, ПК и системами Unix для подключения периферийных устройств к компьютеру.

SCSI-порт

Порт Mac LC SCSI

Универсальная последовательная шина (USB)

Это стандарт внешней шины, поддерживающий скорость передачи данных 12 Мбит/с. К одному порту USB можно подключить до 127 периферийных устройств, таких как мыши, модемы и клавиатуры. USB также поддерживает горячее подключение или вставку (возможность подключения устройства без выключения ПК) и plug and play (вы подключаете устройство и начинаете использовать его без настройки).

У нас есть две версии USB.

USB 1x

Первоначальный стандарт USB 1.0, выпущенный в 1996 году, обеспечивал скорость передачи данных 1,5 Мбит/с. За стандартом USB 1.1 последовали две скорости передачи данных: 12 Мбит/с для таких устройств, как дисководы, которым требуется высокая пропускная способность, и 1,5 Мбит/с для таких устройств, как джойстики, которым требуется гораздо меньшая пропускная способность.

USB 2x

В 2002 г. была представлена ​​новая спецификация USB 2.0, также называемая Hi-Speed ​​USB 2.0. Это увеличило скорость передачи данных с ПК на USB-устройство до 480 Мбит/с, что в 40 раз быстрее, чем в спецификации USB 1.1. Благодаря увеличенной пропускной способности периферийные устройства с высокой пропускной способностью, такие как цифровые камеры, устройства для записи компакт-дисков и видеооборудование, теперь можно подключать через USB.

IEEE 1394

IEEE 1394 — это очень быстрый стандарт интерфейса внешней последовательной шины, поддерживающий скорость передачи данных до 400 Мбит/с (в 1394a) и 800 Мбит/с (в 1394b). Это делает его идеальным для устройств, которым необходимо передавать большие объемы данных в режиме реального времени, таких как видеоустройства. Он был разработан Apple под названием FireWire.

К одному порту 1394 можно подключить 63 внешних устройства.

  • Он поддерживает plug and play.
  • Поддерживает горячее подключение.
  • Подает питание на периферийные устройства.

Карта расширения IEEE 1394

Архитектура шины

Ваше мнение здесь

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. Каковы характеристики автобуса?

Ответ: В компьютерах шина определяется как набор физических соединений, то есть проводов или кабелей, которые используются для передачи данных. Они могут совместно использоваться несколькими аппаратными компонентами для связи друг с другом. Таким образом, компьютерная шина характеризуется количеством данных или информации, которые она может передать за один раз. Это количество выражается в битах и ​​соответствует количеству физических линий, по которым данные передаются одновременно. Например, 32-битная шина может передавать 32 бита параллельно.

Вопрос: что такое адресная шина?

Ответ: адресная шина — это ряд проводов, используемых для передачи данных между устройствами, которые идентифицируются аппаратным адресом физической памяти (физический адрес), который хранится в виде двоичных чисел для включения шины данных. для доступа к хранилищу памяти.

Вопрос. Как один USB-порт может поддерживать 127 устройств?

Ответ. К одному порту USB можно подключить до 127 периферийных устройств. Этого можно добиться, используя USB-концентратор. Концентратор подключается к одному USB-порту на вашем компьютере, но обеспечивает несколько USB-подключений для других ваших устройств. Если вы свяжете несколько этих USB-портов, вы сможете подключить необходимое количество USB-устройств. Таким образом, вы получите целых 127 устройств.

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

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

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

Предыстория и номенклатура

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

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

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

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

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

С учетом этих изменений классические термины «система», «расширение» и «периферия» больше не имеют одинаковых значений. Другие распространенные системы категоризации основаны на основной роли шины, соединении устройств внутри или снаружи, например, PCI 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 можно использовать единую механическую и электрическую систему для соединения многих компонентов системы, а в некоторых случаях и всех их.

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

Мини и микро

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

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

В некоторых случаях, особенно в IBM PC, несмотря на то, что может использоваться похожая физическая архитектура, инструкции для доступа к периферийным устройствам (in и out) и памяти (mov и др.) 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 платы 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 больше 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 соединений, что позволяет использовать их как в качестве внутренних шин, так и для соединения разных машин вместе. Это может привести к сложным проблемам при попытке обслужить различные запросы, поэтому большая часть работы в этих системах касается разработки программного обеспечения, а не самого оборудования.В целом, эти шины третьего поколения, как правило, больше похожи на сеть, чем на первоначальную концепцию шины, с более высокими затратами на протокол, чем в ранних системах, а также позволяют нескольким устройствам использовать шину одновременно.

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

Исследуйте мир информатики

Компьютерная шина

Шина данных | Адресная шина | Шина управления

Автобусная архитектура | Ширина шины | Скорость автобуса

Введение в компьютерную шину

Компьютерная шина — это коммуникационный канал, используемый в компьютерной системе для 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 системные компоненты, такие как микропроцессор (ЦП) и слоты 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 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.

Читайте также: