Шины и их характеристики

Материнская плата

Материнская плата является основным устройством компьютера, во многом определяющим его производительность.

Материнская плата содержит следующие основные компоненты:

· шины;

· интерфейсы для подключения внутренних и внешних устройств;

· базовую систему ввода-вывода – BIOS (Basic Input/Output System);

· кэш-память;

· системные ресурсы.

Основными компонентами материнской платы, являются шины (bus) – совокупности линий (проводников на материнской плате), по которым параллельно и одновременно обмениваются данными компоненты и устройства компьютера.

Шинапредназначена для обмена данными между двумя и более устройствами. Разновидность шины, связывающая только два устройства, называется портом.

Обычно шина имеет места для подключения внешних устройств, которые при подключении сами становятся частью шины и могут обмениваться данными со всеми другими подключенными к ней устройствами.

Шина имеет собственную архитектуру, включающую следующие компоненты:

· контроллер шины;

· линии для обмена данными (шины данных);

· линии для адресации данных (шины адреса);

· линии для управления данными (шины управления).

Контроллер шины осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами.

По шине данных происходит обмен данными между процессором, внешними устройствами и оперативной памятью.

Процесс обмена данными возможен лишь в том случае, когда известен отправитель и получатель этих данных. Каждый компонент компьютера, каждый регистр ввода/вывода и ячейка оперативной памяти имеют свой адрес и входят в общее адресное пространство компьютера. Для адресации к какому-либо устройству компьютера используется шина адреса, по которой передается уникальный идентификацион­ный код (адрес).

Для того чтобы данные были записаны (прочитаны) в регистры устройств, подключенных к шине, адреса которых указанны на шине адреса, необходим ряд служебных сигналов: записи/считывание, готовности к приему или передаче данных, подтверждение приема данных и др. Все эти сигналы передаются по шине управления.

На материнской плате обычно встроены следующие шины:

· системная шина, или шина процессора, которая используется набором микросхем для пересылки данных процессору и получения данных от процессора;

· шина кэш-памяти, предназначенная для обмена информацией между процессором и кэш-памятью;

· шина памяти, используемая для обмена информацией между оператив­ной памятью и процессором;

· шины ввода/вывода, которые подразделяются на локальные шины и стандартные шины.

Локальная шина ввода/вывода – это скоростная шина, предназначенная для обмена информацией между периферийными быстродействующими устройст­вами (видеоадаптерами, сетевыми картами, картами сканера и др.) и систем­ной шиной под управлением микросхем.

Стандартная шина ввода/вывода используется для подключения к вышеперечисленным шинам более медленных устройств (мыши, клавиатуры, модемов, старых звуковых карт и др.).

Эти шины образуют иерархию, самым верхним уровнем которой является системная шина.

Основными характеристиками шины являются:

· разрядность (отдельно для шины данных и шины адреса);

· тактовая частота;

· пропускная способность;

· стандарт шинного интерфейса.

Чем выше разрядность шины данных, тем больше данных может быть передано за определенный промежуток времени и выше производительность компьютера. Если первые IBM-совместимые компьютеры имели 8-разрядную шину данных, то компьютеры с процессорами семейства Pentium имеют уже 64-разрядную шину данных.

В первых IMB-совместимых компьютерах разрядность адресной шины была равна 20, что позволяло адресовать память объемом до 1 Мб (2²⁰ байт). В современных компьютерах используется 32-разрядная адресная шина, с помощью которой можно адресовать до 4 Гбайт памяти (для процессоров семейства Pentium) и 64-разрядная адресная шина, с помощью которой можно адресовать до 1024 Тбайт памяти (для процессоров семейства Itanium).

Тактовая частота шины и количество передаваемых за один такт бит определяют пропускная способность, которая определяется количеством бит информации, передаваемых по шине за се­кунду. Для определения пропускной способности шины необходимо умножить тактовую частоту шины на ее разрядность и на количество передаваемых за один такт бит. В первых IMB-совместимых компьютерах эта скорость равнялась 7,9 Мбайт/с (8-разрядная шина ISA), в современных компьютерах максимальная в настоящее время скорость передачи данных составляет 2 Гбайт/с (шина AGP8X).

Шина определяется ал­горитмами, по которым передаются сигналы, правилами интерпретации сигналов, а также специальными микросхе­мами, обеспечивающими эту работу. Набор всех перечисленных характеристик определяет стандарт шинного интерфейса.