Системная шина — важнейший элемент компьютера

Лекция 4. Системная шина.

Системная шина предназначена для передачи информации между процессором и остальными электронными компонентами компьютера.

По системной шине осуществляется адресация устройств и происходит обмен специальными служебными сигналами. Упрощенно системную шину можно представить как совокупность сигнальных линий, объединенных по назначению (данные, адреса, управление).

Системная шина представляет собой набор проводников электрических сигналов и систему протоколов соединения устройств при помощи этих проводников. Тип и характеристики протоколов передачи информации по системной шине определяют скорость передачи информации между отдельными устройствами материнской платы. Системные шины персональных компьютеров стандартизируются как по числу контактов и разрядности (числу проводников, используемых для одновременной передачи данных), так и по протоколам общения устройств через проводники. Системная шина соединяет все устройства компьютера в единое целое и обеспечивает их взаимодействие, взаимоуправление и работу с центральным процессором.

Сейчас определение системной шины устарело, а функции ее выполняет чипсет компьютера.

Чипсет (англ. chipset) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет, размещаемый на материнской плате, выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других.

Конструктивно чипсет состоит из северного моста, южного моста и соединяющей их внутренней шины.

Северный мост (Northbridge) — это системный контроллер, являющийся одним из элементов чипсета материнской платы, отвечающий за работу с оперативной памятью (RAM), видеоадаптером и процессором (CPU). Северный мост отвечает за частоту системной шины, тип оперативной памяти и ее максимально возможный объем. Одной из основных функций северного моста является обеспечение взаимодействия системной платы и процессора, а также определение скорости работы. Частью северного моста во многих современных материнских платах является встроенный видеоадаптер. Таким образом, функциональная особенность северного моста являет собой еще и управление шиной видеоадаптера и ее быстродействием. Также северный мост обеспечивает связь всех вышеперечисленных устройств с южным мостом.

Северный мост получил свое название благодаря «географическому» расположению на материнской плате. Внешне это квадратной формы микрочип, расположенный под процессором, но в верхней части системной платы. Как правило, северный мост использует дополнительное охлаждение. Обычно это пассивный радиатор, реже — радиатор с активным охлаждением в виде небольшого кулера.

Южный мост (Southbridge) — это функциональный контроллер, известен как контроллер ввода-вывода или ICH (In/Out Controller Hub). Отвечает за так называемые «медленные» операции, к которым относится отработка взаимодействия между интерфейсами IDE, SATA, USB, LAN, Embeded Audio и северным мостом системы, который, в свою очередь, напрямую связан с процессором и другими важными компонентами, такими как оперативная память или видеоподсистема. Также южный мост отвечает за обработку данных на шинах PCI, PCIe и ISA (в старых моделях системных плат).

Список обслуживаемых систем материнской платы южным мостом довольно велик. Помимо вышеприведенных IDE, SATA, USB, LAN и прочего, южный мост отвечает еще и за SM шину (используется для управления вентиляторами на плате), DMA-контроллер, IRQ-контроллер, системные часы, BIOS, системы энергообеспечения APM и ACPI, шину LPC Bridge.

Системная шина

Системная шина – это совокупность путей передачи данных, которые обеспечивают взаимосвязанную работу между остальными элементами компьютера: процессором, видеоадаптером, жесткими дисками и другими компонентами. Данное устройство состоит из нескольких уровней:

• механического;
• электрического или физического;
• логического и уровня управления.

Что собой представляет шина компьютера, каковы функции общей шины магистрали

Рубрика	Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	21.02.2015
Размер файла	225,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Что собой представляет шина компьютера, каковы функции общей шины магистрали

Компьютерная шимна (англ. computer bus) в архитектуре компьютера — подсистема, служащая для передачи данных между функциональными блоками компьютера. В устройстве шины можно различить механический, электрический (физический) и логический (управляющий) уровни.

В отличие от соединения точка-точка, к шине обычно можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. Каждая шина определяет свой набор коннекторов (соединений) для физического подключения устройств, карт и кабелей.

Компьютерные шины ранних вычислительных машин представляли собой жгуты (пучки соединительных проводов — сигнальных и питания, для компактности и удобства обслуживания увязанных вместе), реализующие параллельныеэлектрические шины с несколькими подключениями. В современных вычислительных системах 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).

Некоторые виды скоростных шин (Fibre Channel, InfiniBand, скоростной Ethernet, SDH) для передачи сигналов используют не электрические соединения, а оптические.

Присоединители к шине, разнообразные разъёмы, как правило, унифицированы и позволяют подключить различные устройства к шине.

Управление передачей по шине реализуется как на уровне прохождения сигнала (мультиплексоры, демультиплексоры, буферы, регистры, шинные формирователи), так и со стороны ядра операционной системы — в таком случае в его состав входит соответствующий драйвер.

Шины бывают параллельными (данные переносятся по словам, распределенные между несколькими проводниками) и последовательными (данные переносятся побитово). компьютерный шина диск

Большинство компьютеров имеет как внутренние, так и внешние шины. Внутренняя шина подключает все внутренние компоненты компьютера к материнской плате (и, следовательно, к процессору и памяти). Такой тип шин также называют локальной шиной, поскольку она служит для подключения локальных устройств. Внешняя шина подключает внешнюю периферию к материнской плате.

Сетевые соединения, такие, как Ethernet, обычно не рассматриваются как шины, хотя разница больше концептуальная, чем практическая. Появление технологийInfiniBand и HyperTransport ещё больше размыло границу между сетями и шинами.

Перечислите основные блоки современного компьютера

Основные блоки современного компьютера

— Чипсет и фирма-производитель

— Поддерживаемый диапазон частот системной шины

— Количество и номенклатура слотов для подключения внутренних устройств

— Контроллеры и разъемы (порты) для подключения внешних устройств

— Тип ядра и технология производства

— Частота системной шины

— Скорость чтения данных и спецификация

— Среднее время доступа

— Скорость вращения диска

— Стандарт интерфейса винчестера

— Обслуживание жесткого диска

— Объем оперативной памяти

— Тип используемой памяти

— Частота работы графического чипа и памяти

— Поддержка режима AGP2x/4x/8х

— Поддержка 32-битного цвета

— Поддержка аппаратного сглаживания текстур и спецэффектов

— Поддержка ввода-вывода видео

— Поддержка приема телепрограмм

— Поддержка цифрового интерфейса вывода (DV)

— Аппаратные декодеры MPEG-2 (DVD)

— Частота оцифровки звука

— Наличие полного дуплекса (full-duplex)

— Поддержка объемного 3D-звука

— Поддержка нескольких колонок

— Поддержка звука АС-3 (Dolby Digital)

— Поддержка аппаратного декодирования МРЗ

— Профессиональные звуковые платы

— Устройства для чтения и записи компакт-дисков

Перечислить основные службы интернета. Структура взаимодействия серверов и пользователей с помощью этих служб

В Интернет имеется ряд протоколов, построенных на базовых протоколах TCP/IP и предлагающих разнообразные услуги. Таким образом, говоря, о прикладных протоколах, услугах и возможностях, предоставляемых в Интернет, мы говорим об одном и том же. Перечислим эти основные направления использования сети Интернет.

Всего несколько лет назад одним из самых распространенных в Интернет был служба Telnet. Она позволяет превратить ваш компьютер в удаленный терминал другого компьютера. Поэтому данный сервис еще называют эмуляцией удаленного терминала.

Терминал от обычного компьютера отличается тем, что не выполняет собственные вычисления. Все, что вводится на клавиатуре терминала, передается удаленному компьютеру, а получаемые результаты передаются обратно и выводятся на монитор терминала. В качестве удаленных компьютеров, в основном, используются машины, работающие под управлением операционной системы UNIX. Поэтому для работы в режиме удаленного терминала требуется знание основных команд данной операционной системы. С развитием графических операционных систем, таких, как Windows, командный режим работы стал менее популярен, и сервис Telnet в последнее время большинство пользователей не применяют. Многие информационные системы, ранее доступные исключительно с помощью Telnet, сегодня доступны из Всемирной паутины, о которой речь пойдет ниже.

Электронная почта e-mail долгое время оставалась самым распространенным и дешевым средством обмена информацией. В качестве средства передачи сообщений она практически не отличается от обычной почты, но действует значительно быстрее. Принцип работы с электронной почтой очень похож на работу с обычной корреспонденцией. С помощью специальной программы вы подготавливаете письмо и кладете его в папку для исходящих посланий. Таким образом вы можете подготовить любое количество писем.

После этого вы соединяетесь с почтовым отделением, которое располагается на компьютере поставщика услуг сети Интернет, и обмениваетесь почтой: вы пересылаете подготовленные вами письма, а получаете пришедшую на ваш адрес корреспонденцию, которая помещается в папку для приходящей почты, расположенную на вашем компьютере. После этого вы отключаетесь от сети и просматриваете пришедшую почту. Если вы захотите ответить на какое-нибудь письмо, то подготовите ответ и поместите его в папку исходящих писем.

Пересылка писем из почтового отделения по сети Интернет осуществляется без вашего участия. Однако следует помнить, что письмо в конце концов попадает в почтовое отделение получателя, а чтобы адресат смог получить его, ему нужно подключиться к своему почтовому отделению. Таким образом работает пересылка файлов с помощью протокола UUCP. Долгое время этот протокол был единственным сервисом Интернета в нашей стране. Однако в настоящее время лучше использовать современную электронную почту, работающую по протоколам SMTP англ. Simple Mail Transfer Protocol — простой протокол пересылки почты и РОРЗ англ. Post Office Protocol — протокол почтового офиса. Сервер SMTP занимается рассылкой писем в Интернет.

Все письма, которые пишут абоненты узла Интернет, сначала попадают на этот сервер. Сервер РОРЗ осуществляет прием писем из Интернет. В отличие от UUCP, который не построен на базе TCP/IP и, строго говоря, не является протоколом сети Интернет, данные два протокола являются стандартными протоколами Интернет, построенными на основе TCP/IP. Кроме того, некоторые технические особенности реализации протоколов SMTP и РОРЗ обеспечивают более быструю пересылку писем по сравнению с UUCP-почтой. Следует отметить, что вы можете послать электронное письмо не пользователю Интернет.

В настоящее время практически все компьютерные сети имеют выход в Интернет. Они соединяются шлюзами, то есть компьютерами, которые одновременно подключены к Интернет и к другой сети. Чтобы переслать письмо пользователю другой сети достаточно правильно — указать адрес. Письмо автоматически будет передано почтовому серверу, который отошлет его дальше получателю. Адреса электронной почты состоят из двух частей, разделенных символом @. Справа от символа @ располагается адрес компьютера, на котором располагается почтовое отделение абонента. Этот адрес формируется так же, как и любое другое доменное имя в Интернет. Слева от символа @ расположено имя абонента. Примером почтового адреса может служить: myname@mail.ifmo.ru.

В Интернете очень популярны группы новостей USENET. Их иногда называют телеконференциями или электронными досками объявлений. Эта служба работает примерно так же, как и электронная почта, но получаемые письма доступны для общего обозрения. Для удобства дискуссий образованы различные группы, участники которых посылают и принимают сообщения по определенной тематике. Группы новостей позволяют обмениваться мнениями с единомышленниками, живущими в любой точке земного шара. Часто можно найти ответы на ваши вопросы, подключившись к соответствующей группе новостей и попросив совета у других участников.

Списки рассылки maillists — простая, но в то же время весьма полезная служба Интернет. Это практически единственная служба, не имеющая собственного протокола и программы-клиента и работающая исключительно через электронную почту. Идея работы списка рассылки состоит в том, что существует некий адрес электронной почты, который на самом деле является общим адресом многих людей — подписчиков этого списка рассылки. Вы посылаете письмо на этот адрес и ваше сообщение получат все люди, подписанные на этот список рассылки.

Интернет является крупнейшим хранилищем файлов в мире. Служба FTP англ. File Transfer Protocol — протокол передачи файлов позволяет вам получать и передавать файлы. Этот сервис остается одним из основных способов распространения бесплатных программ и различных дополнений и исправлений к коммерческим версиям программ.

В последнее время наиболее популярным сервисом в Интернет стал сервис WWW англ. World Wide Web — всемирная паутина. В основу данной системы положено понятие гипертекста, то есть множества отдельных текстов, которые имеют ссылки друг на друга. Эти тексты также называются документами, статьями или страницами. Слова, находящиеся в одном документе, как бы «привязаны» к другим документам. Например, если в оглавлении книги вместо номеров страниц поста вить ссылки на соответствующие части текста и дать возможность быстрого перехода по ссылкам, то такую книгу будет удобнее читать Рис. 1.

Рис. 1. Структура гипертекстового документа

Так как ссылки могут указывать на любой ресурс сети Интернет, находящийся в любом месте земного шара, данная система и названа Всемирной паутиной. Для работы со Всемирной паутиной используется специальный протокол HTTP англ. Hyper Text Transfer Protocol — протокол передачи гипертекста. Гипертекстовые документы создаются с помощью специального языка HTML англ. Hyper Text Markup Language — язык разметки гипертекста. Документ во Всемирной паутине, составленный на языке HTML и доступный для просмотра пользователем, называется Web-страницей. Набор Web-страниц, физически расположенных в одном узле сети Интернет, связанных между собой и предназначенных для решения единых для всех целей, называется Web-сайтом англ. site — местоположение. Технология WWW была разработана Европейской лабораторией физики элементарных частиц European Particle Physics Laboratory. Принцип работы со Всемирной паутиной похож на работу с энциклопедией: вы читаете статьи, находите интересующие вас ссылки и читаете другие статьи. Кроме собственно текста в документах WWW могут находиться графические изображения, звуки и даже видеоклипы. Данный сервис бурно развивается, и многая информация, ранее распространяемая с помощью других средств Интернет, теперь доступна из Всемирной паутины.

Отдельно следует отметить поисковые системы, работающие во Всемирной паутине. Переходить по многочисленным ссылкам для поиска нужной информации достаточно сложно, и специальные поисковые системы облегчают задачу нахождения нужного места во Всемирной паутине. С ростом объемов информации в Интернет значение поисковых систем будет постоянно возрастать.

Достаточно популярной службой в сети Интернет является IRC англ. Internet Chat Relay — беседа через Интернет. Эта система чем-то похожа на группы новостей, но обмен сообщениями в ней ведется без задержек. Подключившись к группе обсуждающих ту или иную проблему, вы набираете свое сообщение на клавиатуре и оно мгновенно становится доступно другим участникам разговора. Точно так же и вы видите сообщения других собеседников сразу после того, как они их набрали на клавиатуре своего компьютера.

Другой службой для интерактивного общения в Интернет является ICQ англ. I seek you — я тебя ищу. Эта служба появилась сравнительно недавно, но на сегодняшний день имеет уже несколько миллионов пользователей. Любой пользователь сети Интернет может записать себе с официального сервера http://www.mirabilis.com программу, позволяющую регистрироваться и далее работать с этим сервисом. При регистрации пользователю выдается какой-то идентификационный номер например, 9863924 и далее появляется возможность использовать следующие сервисы, предоставляемые пакетом:

* отправка сообщений в режиме реального времени пользователям Интернет, также имеющим свой номер в службе ICQ;

* чат chat — разговоры с пользователями Интернет, также имеющими свой номер и доступными для беседы;

* оправка файлов, компьютерные игры, пересылка адресов и многое другое.

Кроме перечисленных в данном разделе существует еще ряд сервисов в Интернет, основанных на базовых протоколах TCP/IP. Некоторые из них только в стадии зарождения, а другие слишком слабо распространены, чтобы упоминать о них. Наиболее перспективной областью использования Интернета является электронная коммерция. Можно осуществлять сделки непосредственно с помощью Интернета, управляя средствами на своем счету в банке. Другим интересным направлением является использование Интернета для телефонных переговоров, для получения радио и телевизионных передач. Интернет бурно развивается, и через несколько лет некоторые непривычные сегодня услуги прочно войдут в нашу повседневную жизнь.

Шины

Шина компьютера — это физическое соединение между функциональными блоками, служащее для передачи данных между ними.

В шине различают три уровня: механический, физический и логический. Особенностью шины является возможность подключения сразу нескольких устройств. Например, на рисунке (1) представлены несколько разъёмов одной шины — PCI-Express. Как видно, разъёмы предназначены для разных устройств, работающих на одной шине.

Самая известная шина среди простых пользователей, хотя они могут даже о ней не знать, — это USB (Universal Serial Bus). Её конструктивная особенность позволяет, например, использовать концентраторы (USB-hub), что увеличивает физическое количество разъёмов для USB-устройств.

Шины также делятся на параллельные и последовательные. Параллельные передают данные примерно так: каждому биту свой канал. Последовательные же наоборот: все по одному каналу. Биты здесь выстраиваются в очередь.

Кроме того, шины делят на внешние и внутренние. И как не сложно догадаться, внутренние шины (ещё их называют локальными) подключают все внутренние устройства компьютера к материнскиой плате. Внешние подключают периферийные (внешние) устройства к материнской плате.

Контроллер прямого доступа к памяти

DMA — Direct Memory Access, механизм, использующийся для
непосредственного обмена данными между устройством и оперативной
памятью компьютера, минуя центральный процессор.
Контроллер DMA — Используется для уменьшения нагрузки на
центральный процессор в случае длительного обмена большим потоком
данных с устройствами. К таким устройствам могут быть причислены:
• Жёсткие диски (IDE, ATA, SCSI).
• Приводы для гибких магнитных накопителей (FDD).
• Оптические приводы (CD, DVD).
• Звуковые карты (DSP, MIDI).
• Различные мультимедиа-устройства.
Контролер ПДП управляет инициированной процессором или
периферийным устройством передачей данных; задает размер блока
данных для передачи; формирует адреса ячеек памяти используемых
при передаче; определяет количество передаваемых данных.

Контроллер -DMA
I8237A
прием запроса на прямую передачу данных
DREQ (DMA Request) от контроллера
периферийного устройства;
— формирование запроса на захват шины
HRQ (Hold Request);
— прием от процессора сигнала
подтверждения HLDA (Hold Acknowledge) ,
разрешающего захват шины;
— формирование сигнала DACK
(DMA Acknowledge), кот. сообщает
контроллеру пер-ного уст-ва о
начале выполнения циклов DMA;
— формирование на шине адреса ячейки
памяти (A15-A0), с кот. будет производиться
операция обмена данными (чтения или записи
— формирование на шине сигналов упр-я
выполнением оп-ции обмена
(MEMR/IOW , MEMW/IOR)
ув. или ум. адреса ячейки памяти после
выполнения операции обмена;
— повторение циклов DMA;
— снятие запросов на DMA.