Системная шина: что такое в компьютере, частота, функции и другое

Учебное пособие для студентов высших учебных заведений

Если процессор – это сердце персонального компьютера, то шины – это артерии и вены, по которым текут электрические сигналы. Строго говоря, это каналы связи, применяемые для организации взаимодействия между устройствами компьютера. Неопытные пользователи часто путают шины и разъемы, куда вставляются платы расширения — это интерфейсы (слоты, разъемы), с помощью которых осуществляется подключение к шинам, которых зачастую вообще не видно.
^

Микропроцессор, память и некоторые другие устройства ПК, связанны между собой шинами, которые делятся на 3 типа – шина адреса, шина данных и шина управления. Иногда по одним и тем же проводникам в разные моменты времени передаются и адрес и данные – в этом случае говорят, что шина мультиплексирована. Каждый из этих типов шин имеет уникальное место и собственный код, называемый адресом (памяти или ввода/вывода). Микропроцессор использует управляющую и адресную шины для чтения и записи на шину данных. Все операции чтения и записи осуществляются микропроцессором синхронно с системными часами.

Адресная шина состоит из нескольких соединений – по одному для каждого бита адреса, и используются для доступа к устройствам и памяти. Каждый элемент, подсоединенный к адресной шине, может распознавать уникальную комбинацию электронных сигналов, называемых адресом. Микропроцессор выдает сигналы и затем использует шину данных для передачи данных. Когда микропроцессор должен прочитать данные из памяти, он сообщает требуемое расположение этих данных в памяти на адресную шину и затем считывает их с шины данных.

Шина данных представляет собой группу из восьми сигналов, каждый из которых несет 1 бит данных, и все восемь сигналов составляют 1 байт. Шина данных используются для доступа к устройствам и памяти.

Управляющая шина включает сигналы, показывающая, например, когда данные доступны для чтения. Управляющей шиной указывается точная синхронизация сообщения адреса и чтения данных.

• master — главный, способный управлять шиной, т.е. инициировать запись/чтение и т.д. Обычно это контроллер шины.
• slave — подчиненный. Это устройства, которые могут только отвечать на запросы. Кроме того, есть еще «интеллектуальные слуги» (intelligent slaves).

Наличие свободных разъемов шины обеспечивает возможность добавление к компьютеру новых устройств. Шина входит в состав материнской (системной) платы компьютера и осуществляет обмен данными между процессором и оперативной памятью и контроллерами внешних устройств компьютера: клавиатуры, монитора, дисков и т.д.

Слот расширения . Это стандартный соединитель, содержащий контакты для шины управления, шины данных и адресной шины. Конфигурация этого соединителя хорошо документирована. С функциональной точки зрения, размещения и число слотов расширения несущественно и для всех сигналов, связанных с этими слотами, обычно используется термин ’’шина расширения’’. Т.о. шина расширения состоит из всех электрических соединений и сигналов, необходимых для «расширения» ПК посредством слотов расширения.
^

Разновидности

• Данных – предназначена для обмена информацией между центральным процессором и внутренними устройствами компьютера.
• Адреса – используется для пересылки обрабатываемых данных между узлами устройства, по ней информация передаётся в ЦП, считывается из него.
• Управления – магистраль для отправки управляющих сигналов, которые обеспечивают взаимодействие блоков компьютера между собой, с периферийными устройствами.

FSB различает четыре основных типа сигналов для управления работой устройств: запись, чтение, обмен с памятью, периферией.

Основная функция системной шины состоит в организации взаимодействия, информационного обмена между ЦП и внутренними компонентами ПК. Их архитектура зависит от модели материнской платы, используемого на ней набора логики, разрядности, типа процессора.

Северный мост определяет частоту системной шины, максимальный объём оперативной памяти, её стандарт. На материнских платах с интегрированным видеоядром к функциям FSB добавляется управление видеоадаптером.

Первостепенное деление системных шин

Деление шин основывается на нескольких факторах. Первенствующим показателем является месторасположение. Согласно этому показателю шины бывают:

1. Внутренними, которые обеспечивают взаимосвязь внутренних компонентов системного блока, таких как процессор, ОЗУ, материнская плата. Такая системная шина называется еще локальной, так как служит для связи местных устройств.
2. Внешними, которые служат для подключения наружных устройств (адаптеров, флеш-накопителей) к материнской плате.

В самом общем случае системной шиной можно назвать любое устройство, которое служит для объединения в одну систему нескольких устройств. Даже сетевые подключения, например, сеть Интернет, в некотором роде является системной шиной.

Что такое шина компьютера

Как я уже сказал — шина — это устройство, которое позволяет связать между собой несколько компонентов компьютера. Но к одной шине могут быть подключены несколько устройств и у каждой шины есть свой набор слотов для подключения кабелей или карт.

Фактически, шина — это набор электрических проводов, собранных в пучок, среди них есть провода питания, а также сигнальные провода для передачи данных. Шины также могут быть сделаны не в виде внешних проводов, а вмонтированы в схему материнской платы.

По способу передачи данных шины делятся на последовательные и параллельные. Последовательные шины передают данные по одному проводнику, один бит за один раз, в параллельных шинах передача данных разделена между несколькими проводниками и поэтому можно передать большее количество данных.

Сравнение между 8 и 16-битной шиной ISA

8-битная ISA-карта (XT-Bus)	16-битный ISA (AT –Bus карта)
8-битный интерфейс данных	16-битный интерфейс данных
Автобус 4,77 МГц	Автобус 8 МГц
62-контактный разъем	62-контактный разъем
36-контактный удлинитель AT

Сравнение 8-битной и 16-битной шины ISA, используемой в ранних компьютерах.

Что такое шина компьютера

Как я уже сказал — шина — это устройство, которое позволяет связать между собой несколько компонентов компьютера. Но к одной шине могут быть подключены несколько устройств и у каждой шины есть свой набор слотов для подключения кабелей или карт.

Фактически, шина — это набор электрических проводов, собранных в пучок, среди них есть провода питания, а также сигнальные провода для передачи данных. Шины также могут быть сделаны не в виде внешних проводов, а вмонтированы в схему материнской платы.

По способу передачи данных шины делятся на последовательные и параллельные. Последовательные шины передают данные по одному проводнику, один бит за один раз, в параллельных шинах передача данных разделена между несколькими проводниками и поэтому можно передать большее количество данных.

Обзор шин пк.

Все компоненты ПК объединены между
собой проводниками (кабелями) позволяющими
обмениваться данными, адресной
информацией, управлять режимами работы,
подключать питание и т.д.

Группы проводников, объединённые по
определённым признакам носят название
шин или магистралей.

В архитектуре ПК выделяют системные
шины (шины расширения — Expansion Bus) и
локальные шины. Основной обязанностью
системной шины является передача
информации между базовым МП и остальными
электронными компонентами компьютера.

Локальные шины вводятся для повышения
производительности ПК при работе с
устройствами, требующими передачи
больших объёмов информации (например,
накопителей, видеоадаптеров). Локальные
шины связывают между собой процессор
непосредственно с контроллерами
периферийных устройств.

Как следует из названия системные шины
(шины расширения) предназначены для
подключения различных адаптеров
периферийных устройств, расширяющих
возможности компьютера.

Интерфейсы шин начали свою историю с
8-битной шины ISA. Открытость этой шины
обеспечила появление широкого спектра
плат расширения, позволяющих использовать
PC в различных случаях, вплоть до применения
в качестве управляющего компьютера в
различных системах автоматизации.

С появлением АТ-286 шина ISA была
модифицирована, что позволило повысить
её производительность. Шина EISA явилась
откликом на потребность в
высокопроизводительном обмене для
серверов. Это довольно дорогая шина и
распространена не так широко. В шину
EISA можно установить и ISA – адаптеры.

Шина МСА, выдвинутая фирмой IBM как
прогрессивная альтернатива ISA, не была
поддержана производителями блоков PC,
так её спецификация не была открытой.
В результате она практически отмерла
вместе с семейством ПК IBM PS/2.

C появлением МП i486 появилась потребность
в повышении производительности
вычислительной системы, т.о. родилась
локальная шина VLB. Принципиальная
привязка к шине процессора 486 не обеспечила
ей долгого существования — пришла пора
Pentium.

С процессорами 486 появилась и другая
скоростная шина PCI. Она является новым
этажом в архитектуре PC , к которому
подключается шина типа ISA/EISA.

Шина PCI является в настоящее время
стандартной для ПК и используется с
процессорами 4,5 и 6 поколений.

Развитием шины PCI, нацеленным на дальнейшее
повышение производительности обмена,
является порт AGP, специально предназначенный
для подключения мощных графических
адаптеров.

Местоположение шин в архитектуре
современных ПК иллюстрирует рис.26.1.

Примеры внутренних компьютерных шин

Список примеров в этой статье или её разделе не основывается на авторитетных источниках непосредственно о предмете статьи или её раздела.

Добавьте ссылки на источники, предметом рассмотрения которых является тема настоящей статьи (или раздела) в целом, содержащие данные элементы списка как примеры. В противном случае раздел может быть удалён.