Семинар № 4. Шина, принцип работы, современные, широко применяемые виды. Выполнили: студенты 2 курса, специальности Информационные ситемы Кусаинова Сауле Тырышкина Евгения Кудайберген Даниал Кунтубаев Темирлан Калтаев Амир Проверил: Жумартов М. А.
Компьютерная(системная) шина (от англ. computer bus) служит для передачи данных между отдельными функциональными блоками компьютера и представляет собой совокупность сигнальных линий, которые имеют определенные электрические характеристики и протоколы передачи информации. Она представляет собой «паутину» , соединяющую между собой все устройства и отвечающую за передачу информации между ними. Системная шина — это набор проводников (металлизированных дорожек на материнской плате), по которым передается информация в виде электрических сигналов.
Системная шина процессора предназначена для обмена информацией микропроцессора с любыми внутренними устройствами микропроцессорной системы (контроллера или компьютера). В качестве обязательных устройств, которые входят в состав любой микропроцессорной системы, можно назвать ОЗУ, ПЗУ, таймер и порты ввода вывода.
Шина входит в состав материнской платы, на которой располагаются ее проводники и разъемы (слоты) для подключения плат адаптеров устройств (видеокарты, звуковые карты, внутренние модемы, накопители информации, устройства ввода/вывода и т. д. ) и расширений базовой конфигурации (дополнительные пустующие разъемы).
К шине можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. Присоединители к шине, различные разъёмы, как правило унифицированы и позволяют подключить различные устройства к шине. При подключении различных устройств к системной шине возникает вопрос - как различать эти устройства между собой? Единственный способ сделать это использовать индивидуальный адрес для каждого устройства, подключенного к системной шине микропроцессора. Т. к. адресация производится к каждой ячейке устройства индивидуально, то возникает понятие адресного пространства, занимаемого каждым устройством и адресного пространства микропроцессорного устройства в целом.
Управление передачей по шине реализуется как на уровне прохождения сигнала (мультиплексоры, демультиплексоры, буферы, регистры, шинные формирователи), как и со стороны ядра операционной системы — в таком случае в его состав входит соответствующий драйвер. Чем выше тактовая частота системной шины, тем быстрее будет осуществляться передача информации между устройствами и, как следствие, увеличится общая производительность компьютера, т. е. повысится скорость компьютера.
Ранние компьютерные шины представляли собой параллельные электрические шины с несколькими подключениями, но сейчас данный термин используется для любых физических механизмов, предоставляющих такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины. Современные компьютерные шины используют как параллельные, так и последовательные соединения и могут иметь параллельные (англ. multidrop) и цепные (англ. daisy chain) топологии. В случае USB и некоторых других шин могут также использоваться хабы (концентраторы).
Системная шина включает в себя три многоразрядные шины: ● шину данных, ● шину адреса, ● шину управления.
Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении. Шина управления. По шине управления передаются сиг налы, определяющие характер обмена информацией по ма гистрали. Сигналы управления определяют какую операцию считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т. д.
Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина). Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 32 бит.
Шины могут различаться разрядностью, способом передачи сигнала (последовательные или параллельные), пропускной способностью, количеством и типами поддерживаемых устройств, протоколом работы, назначением. Шины могут быть синхронными (осуществляющими передачу данных только по тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в произвольные моменты времени), а также использовать различные схемы арбитража (то есть способа совместного использования шины несколькими устройствами).
В персональных компьютерах используются системные шины стандартов ISA, EISA, VESA, VLB и PCI. ISA, EISA, VESA и VLB, которые в настоящее время являются устаревшими и не выпускаются на современных материнских платах. Сегодня самой распространенной является шина PCI. Существуют и специализированные шины, например внутренние шины процессоров или шина для подключения видеоадаптеров — AGP.
Однако современные компьютеры располагают комбинированными системными шинами, например, ISA (Industry Standart Architecture стандартная промышленная архитектура) и PCI или EISA ( Extanded Industry Standart Architecture ) и PCI ( Peripheral Component Interconnect ). Одна из шин называется первичной системной (EISA, ISA), а другая (PCI) вторичной системной.
ISA Шина ISA была единственной периферийной шиной для компьютеров 1980 -х годов, но в начале 1990 -х ее возможностей уже явно не хватало для подключения скорост ных устройств. Поскольку для этой шины было выпущено большое количество плат расширения, она довольно долго существовала параллельно с шиной PCI. Лишь в платах последних лет выпуска разъемов для ISA нет.
PCI Шина PCI — наиболее популярный способ для подключения различных плат рас ширения. Она была разработана в 1992 году компанией Intel для замены медленной шины ISA. Пожалуй, наиболее важное преимуще ство этой шины — поддержка технологии Plug and Play, позволяющей автоматически настраивать все подключаемые устройства. В 2004 году появились первые платы с шиной PCI Express, призванной заменить PCI, но в ближайшие годы эти шины будут существовать совместно, поскольку для PCI разработано очень много устройств.
AGP В компьютерах 1980 х годов видеоадаптер подключался к шине ISA, в 1990 х го дах — к. PCI. Однако развитие видеоадаптеров с возможностями обработки трехмерной графики привело к тому, что скоростные ресурсы шины PCI быстро исчерпались. В связи с этим в 1996 году компания Intel представила шину AGP, предназначенную специально для подключения видеоадаптера. Шина AGP — это скоростной вариант PCI, специально оптимизированный для трехмерных графических ускорителей.
PCI Express Шина PCI обладала неплохими для своего времени характеристиками и довольно долго была основной для подключения различных плат расширения: сетевых, звуковых плат, модемов и др. Системные платы с шиной PCI Express, созданные на чипсете Intel 915, впервые появились в 2004 году. Благодаря высоким скоростным характеристикам эта шина позволяет заменить не только PCI, но и AGP; именно видеоадаптеры стали первыми устройствами, для которых производители перешли на массовое использование шины PCI Express.
Вопросы для самопроверки: 1. Что такое системная шина?
Системная шина представляет собой совокупность сигнальных линий, которые имеют определенные электрические характеристики и протоколы передачи информации
2. Для чего служит системная шина?
Системная шина служит для передачи данных между отдельными функциональными блоками компьютера
3. Назовите обязательные устройства, которые входят в состав любой микропроцессорной системы?
В качестве обязательных устройств, которые входят в состав любой микропроцессорной системы, можно назвать ОЗУ, ПЗУ, таймер и порты ввода-вывода.
4. При подключении различных устройств к системной шине возникает вопрос как различать эти устройства между собой?
Единственный способ сделать это использовать индивидуальный адрес для каждого устройства, подключенного к системной шине микропроцессора. Т. к. адресация производится к каждой ячейке устройства индивидуально, то возникает понятие адресного пространства, занимаемого каждым устройством и адресного пространства микропроцессорного устройства в целом.
5. Как реализуется управление передачей по шине ?
Управление передачей по шине реализуется как на уровне прохождения сигнала (мультиплексоры, демультиплексоры, буферы, регистры, шинные формирователи), как и со стороны ядра операционной системы — в таком случае в его состав входит соответствующий драйвер.
6. Что представляли собой ранние компьютерные шины?
Ранние компьютерные шины представляли собой параллельные электрические шины с несколькими подключениями, но сейчас данный термин используется для любых физических механизмов, предоставляющих такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины.
7. Какие многозарядные шины включает в себя системная шина?
Системная шина включает в себя три многоразрядные шины: ● шину данных, ● шину адреса, ● шину управления.
8. Назовите функции шины управления?
По шине управления передаются сиг налы, определяющие характер обмена информацией по ма гистрали. Сигналы управления определяют какую операцию считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т. д.
9. На какие виды делятся шины по способу передачи?
Шины могут быть синхронными (осуществляющими передачу данных только по тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в произвольные моменты времени), а также использовать различные схемы арбитража (то есть способа совместного использования шины несколькими устройствами).
10. В связи с каким событием в 1996 году компания Intel представила шину AGP, предназначенную специально для подключения видеоадаптера?
развитие видеоадаптеров с возможностями обработки трехмерной графики привело к тому, что скоростные ресурсы шины PCI быстро исчерпались. В связи с этим в 1996 году компания Intel представила шину AGP, предназначенную специально для подключения видеоадаптера.
Скачать презентацию Семинар 4 Шина принцип работы современные широко
IS_2_kurs_AKS-prezentatsia.pptx