Структура и стандарты шин ПК

Шиной (Bus) называется вся совокупность линий (проводни­ков на материнской плате), по которым обмениваются информа­цией компоненты и устройства ПК. Шина предназначена для об­мена информацией между двумя и более устройствами. Шина, свя­зывающая только два устройства, называется портом. На рис. 2.5 дана схема шины.

Шина имеет места для подключения внешних устройств — сло­ты, которые в результате становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключенными к ней устройствами.

Шины в ПК различаются по своему функциональному назна­чению:

• системная шина (или шина CPU) используется микросхема­ми Cipset для пересылки информации к CPU и обратно (см. также рис. 2.4);

• шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью (см. также рис. 2.4);

• шина памяти используется для обмена информацией между оперативной памятью RAM и CPU;

• шины ввода/вывода информации подразделяются на стандарт­ные и локальные.

Локальная шина ввода/вывода — это скоростная шина, предназначенная для обмена информацией между быстро­действующими периферийными устройствами (видеоадаптерами, сетевыми картами, картами сканера и др.) и системной шиной под управлением CPU. В настоящее время в качестве локальной шины используется шина PCI. Для ускорения ввода/вывода ви­деоданных и повышения производительности ПК при обработке трехмерных изображений корпорацией Intel была разработана шина AGP (Accelerated Graphics Port).

Стандартная шина ввода/вывода используется для подключения к перечисленным выше шинам более медленных устройств (например, мыши, клавиатуры, модемов, старых звуковых карт). До недавнего времени в качестве этой шины ис­пользовалась шина стандарта ISA. В настоящее время — шина USB.

Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реали­зовать важнейшие ее свойства — возможность параллельного под­ключения практически неограниченного числа внешних устройств и обеспечение обмена информацией между ними. Архитектура любой шины имеет следующие компоненты:

• линии для обмена данными (шина данных);

• линии для адресации данных (шина адреса);

• линии управления данными (шина управления);

• контроллер шины.

Контроллер шины осуществляет управление процессом об­мена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы либо в виде совместимого набора Микросхем — Chipset.

Шина данных обеспечивает обмен данными между CPU, картами расширения, установленными в слоты, и памятью RAM. ^Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть пе­редано за один такт и тем выше производительность ПК. Компью­теры с процессором 80286 имеют 16-разрядную шину данных, с CPU 80386 и 80486 — 32-разрядную, а компьютеры с CPU семей­ства Pentium — 64-разрядную шину данных.

Шина адреса служит для указания адреса к какому-либо устройству ПК, с которым CPU производит обмен данными. Каж­дый компонент ПК, каждый регистр ввода/вывода и ячейка RAM имеют свой адрес и входят в общее адресное пространство PC. По шине адреса передается идентификационный код (адрес) отпра­вителя и (или) получателя данных.

Для ускорения обмена данными используется устройство про­межуточного хранения данных — оперативная память — RAM. При этом решающую роль играет объем данных, которые могут вре­менно храниться в ней. Объем зависит от разрядности ад­ресной шины (числа линий) и тем самым от максимально возможного числа адресов, генерируемых процессором на адрес­ной шине, т.е. от количества ячеек RAM, которым может быть присвоен адрес. Количество ячеек RAM не должно превышать 2ⁿ. где n — разрядность адресной шины. В противном случае часть ячеек не будет использоваться, поскольку процессор не сможет адресоваться к ним.

В двоичной системе счисления максимально адресуемый объем памяти равен 2ⁿ, где n — число линий шины адреса.

Процессор 8088, например, имел 20 адресных линий и мог. таким образом, адресовать память объемом 1 Мбайт (220=1 048 576 байт= 1024 Кбайт). В ПК с процессором 80286 разрядность адрес­ной шины была увеличена до 24 бит, а процессоры 80486, Pentium Pentium ММХ и Pentium II имеют уже 32-разрядную шину адре­са, с помощью которой можно адресовать 4 Гбайт памяти.

Шина управления передает ряд служебных сигналов: за­писи/считывания, готовности к приему/передаче данных, под­тверждения приема данных, аппаратного прерывания, управле­ния и других, чтобы обеспечить передачу данных.