Шина процессора что это такое

Обновлено: 01.07.2024

Разработчики встроенного программного обеспечения, работающие над отказоустойчивостью системы, работают близко к базовому оборудованию. Таким образом, базовое понимание работы аппаратного обеспечения полезно при разработке программного обеспечения, которое напрямую взаимодействует с аппаратным обеспечением. В этой статье мы сосредоточимся на некоторых основных циклах шины процессора. Понимание операций цикла шины полезно при разработке диагностики и обработчиков исключений.

Подробно описаны следующие циклы шины процессора:

Цикл чтения шины	Описывает операции, выполняемые процессором при выполнении чтения памяти.
Запись шины Цикл	Последовательность операций записи в память описана здесь.
Ошибка шины	Процессор инициирует цикл шины, но подсистема памяти не находит адресуемую ячейку памяти.
Цикл шины чтения-модификации-записи	Этот цикл шины используется для выполнения операций блокировки в многопроцессорной системе. Это атомарное чтение, за которым следует операция записи.

Чтение цикла шины

Процессор инициирует цикл чтения шины, перемещая адрес ячейки памяти в адресных строках.
После того, как адресные линии стабилизируются, процессор устанавливает адресный стробирующий сигнал на шине. Адресный строб сигнализирует о правильности адресных строк.
Затем процессор устанавливает высокий уровень сигнала чтения/записи*, то есть чтение.
Теперь процессор выдает сигнал строба данных. Это сигнализирует памяти, что процессор готов к чтению данных.
Подсистема памяти декодирует адрес и помещает данные в строки данных.
Затем подсистема памяти выдает сигнал подтверждения данных. Это сигнализирует процессору, что теперь допустимые данные могут быть заблокированы.
Процессор фиксирует данные и сбрасывает строб данных. Это сигнализирует памяти, что данные были зафиксированы процессором.
Процессор также блокирует адресный стробирующий сигнал.
Подсистема памяти теперь блокирует сигнал подтверждения данных. Это сигнализирует об окончании цикла чтения шины.

Запись цикла шины

Процессор инициирует цикл записи шины, перемещая адрес ячейки памяти в адресных строках.
После того, как адресные линии стабилизируются, процессор устанавливает адресный стробирующий сигнал на шине. Адресный строб сигнализирует о правильности адресных строк.
Затем процессор устанавливает низкий уровень сигнала чтения/записи*, то есть запись.
Затем процессор помещает данные в строки данных.
Теперь процессор выдает сигнал строба данных. Это сигнализирует памяти, что у процессора есть допустимые данные для операции записи в память.
Подсистема памяти декодирует адрес и записывает данные в адресуемую ячейку памяти.
Затем подсистема памяти выдает сигнал подтверждения данных. Это сигнализирует процессору, что данные были записаны в память.
Затем процессор сбрасывает строб данных, сигнализируя, что данные больше недействительны.
Процессор также блокирует адресный стробирующий сигнал.
Подсистема памяти теперь сбрасывает сигнал подтверждения данных, сигнализируя об окончании цикла записи шины.

Ошибка шины

Здесь мы рассмотрим пример цикла чтения шины, который завершился сбоем из-за того, что доступ к адресу был недопустимым. Процессор прерывает цикл шины и инициирует обработку исключительной ситуации.

Процессор инициирует цикл чтения шины, перемещая адрес ячейки памяти в адресных строках.
После того, как адресные линии стабилизируются, процессор устанавливает адресный стробирующий сигнал на шине. Адресный строб сигнализирует о правильности адресных строк.
Затем процессор устанавливает высокий уровень сигнала чтения/записи*, то есть чтение.
Теперь процессор выдает сигнал строба данных. Это сигнализирует памяти, что процессор готов к чтению данных.
Подсистема памяти декодирует адрес, но обнаруживает, что памяти, соответствующей этому адресу, нет.
Затем подсистема памяти выдает сигнал ошибки шины. Это сигнализирует процессору, что была предпринята попытка доступа к недопустимому адресу.
Процессор прерывает текущий цикл шины и инициирует обработку исключения ошибки шины.
Текущий контекст процессора сохраняется, и процессор переходит в режим супервизора.
Затем процессор извлекает вектор ошибок шины, чтобы получить адрес обработчика ошибок шины.
Затем управление передается обработчику ошибок шины.

Цикл шины чтения-модификации-записи

Цикл шины чтение-модификация-запись — это не что иное, как цикл чтения, за которым следует цикл записи по тому же адресу. Этот цикл шины важен при проектировании многопроцессорных систем.Поскольку операции чтения и записи выполняются в одном цикле шины, процессор не может потерять шину во время выполнения этих операций. Этот тип цикла шины используется при работе с ресурсами, управляемыми семафорами.

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

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

Techopedia рассказывает об автобусе

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

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

Типы компьютерных шин следующие:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Есть ли что-то, называемое процессорной шиной? При решении одного из MCQ я увидел термин «процессорная шина». Эта вещь существует на самом деле?

Я провел небольшое исследование, но не смог найти ни одной статьи, в которой говорилось бы о шине процессора.

Было бы здорово, если бы кто-нибудь помог мне.

2 ответа 2

Многие термины зависят от поставщика. Различные архитектуры и поставщики ЦП используют разные термины для описания различных способов подключения ЦП и периферийных устройств, и технологии постоянно меняются.

В дальнейшем я буду использовать слово "шина", но имейте в виду, что шина может быть реализована несколькими способами в зависимости от скорости и требований, например, двухточечная, поперечная или коммутируемая топология ткани. Логически это автобус, даже если физически он им не является.

Как правило, современные шины иерархичны, и иерархия отражает способ построения компьютерной системы. Например, современный компьютер может иметь более одного логического процессора/ядра в данном кристалле или корпусе и иметь более одного кристалла или корпуса на материнской плате. Большой компьютер (например, мэйнфрейм) может иметь более одной материнской платы, соединенной объединительной платой.

Каждый раз, когда у вас есть несколько вещей, которые должны взаимодействовать друг с другом, вам нужна шина/коммутатор/что-то еще, чтобы соединить их вместе.

Вот упрощенный пример:

Каждый пакет или кристалл содержит несколько логических процессоров, соединенных какой-либо внутренней шиной. Затем они подключаются к общей шине, которая соединяет ЦП вместе с высокоскоростными/широкополосными периферийными устройствами, такими как ОЗУ (которое в наши дни все чаще выглядит как периферийное устройство), сопроцессорами, такими как графические процессоры, и быстрыми устройствами, такими как гигабитный Ethernet, Fibre Channel, InfiniBand и т. д.

Затем эта шина через интерфейсы подключается к низкоскоростным шинам, таким как PCI, USB, SCSI, I2C и т. д. Большинство устройств, которые вы обычно считаете "периферийными устройствами", подключаются к таким периферийным шинам, как эти.< /p>

Конечно, это всего лишь иллюстративный пример, не основанный на какой-либо конкретной конструкции компьютера. Разные архитектуры делают разные вещи. Крупномасштабные машины с высокой доступностью (например, современные мейнфреймы) обычно имеют «локальную» оперативную память для каждого кристалла ЦП или материнской платы, а ЦП, предназначенные для этих приложений с высокой доступностью, обычно имеют интерфейс шины объединительной платы, встроенный в каждый пакет ЦП, а также резервное соединение объединительной платы. висит на высокоскоростной шине ввода/вывода.

Итак, учитывая все это, термин "процессорная шина", вероятно, относится к шине, которая соединяет процессоры вместе. Это будет означать одно из двух:

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:

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.
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

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)

8 лучших альтернатив LastPass, которые стоит попробовать

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.

Читайте также: