Смартфоны. Антивирусы. Программы. Инструкции. Браузеры

Передача данных по системной шине компьютера. Процессоры. Современные системные шины

Скорость шины системной платы не влияет на скорость установленного процессора. В компьютере, материнская плата и процессор — это две отдельные составляющие. Тем не менее, пользовательский опыт измерений заключается в том, насколько хорошо они работают вместе.

Процессор

Основной процессор компьютера, имеет определенную скорость. На некоторых компьютерах скорость процессора может быть изменена через настройки BIOS материнской платы. Ошибки совместимости оборудования в сторону скорости процессора не меняются из-за любой другой части компьютера. Но процессор является самой быстрой частью компьютера и часто другое оборудование не может за ним угнаться. Процессор обрабатывает всю вычислительную работу компьютера за пределами крупной графической работы которая выполняется с помощью GPU.

Шина материнской платы

Шина материнской платы — это часть устройства, которая передает данные между деталями компьютера. Термин «скорость шины» относится к тому, как быстро системная шина может перемещать данные с одного компонента компьютера к другому. Чем быстрее шина, тем больше данных она может передвигать в течение определенного количества времени. К системной «шине» подключается процессор для компьютера через «северный мост», который организует обмен данными между оперативной памятью компьютера и процессором. Это самая быстрая часть шины материнской платы и обрабатывает наиболее жизненно важную нагрузку компьютера.

Знать строение компьютера обычному пользователю совершенно не обязательно. Но если вы хотите считать себя продвинутым пользователем, который без труда справляется с любой поставленной компьютерной задачей, да к тому же собирается в ближайшем будущем самостоятельно собрать свой первый системный блок, то подобные знания просто необходимы.

Функционирование компьютера невозможно без наличия в нем хотя бы одной из перечисленных ниже систем:

1. Процессора.
2. Видеоплаты.
3. Оперативного запоминающего устройства.

Но даже все эти компоненты в совокупности не смогут функционировать. Для этого необходимо организовать между ними связь, посредством которой осуществлялись бы логические и вычислительные операции. Подобные системы связи организуют системные шины компьютера. Поэтому можно сказать, что это еще один незаменимый компонент системного блока.

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.

Память эвм и ее характеристики и назначение. Пзу, озу, взу. Организация и физическое представление данных в эвм.

Постоянное и оперативное ЗУ.

ЗУ
в ЭВМ состоят из последовательности
ячеек, каждая из которых содержит
значение 1-ого байта и имеет собственный
номер (адрес), по которому происходит
обращение к ее содержимому. Все данные
в ЭВМ хранятся в двоичном виде (0,1).

ЗУ
характеризуется 2-мя параметрами:

-объем
памяти — размер в байтах, доступных для
хранения информации

-Время
Доступа к ячейкам памяти — средний
временной интервал в течении кот.
находится требуемая ячейка памяти и из
нее извлекаются данные.

Оперативное
запоминающее устройство (ОЗУ; RAM
– Random
Access
Memory)
предназначено для оперативной записи,
хранения и чтения информации (программ
и данных), непосредственно участвующей
в информационно-вычислительном процессе,
выполняемом ЭВМ в текущий период времени.
После выключения питания ЭВМ, информация
в ОЗУ уничтожается. (В ЭВМ на базе
процессоров Intel Pentium
используется 32-разрядная адресация.
Т.е число адресов 232,
то есть возможное адресное пространство
составляет 4,3 Гбайт. время доступа
0,005-0,02 мкс. 1 с = 106 мкс.

Постоянное
запоминающее устройство (ПЗУ; ROM
– Read
Only
Memory)
хранит неизменяемую (постоянную)
информацию: программы, выполняемые во
время загрузки системы, и постоянные
параметры ЭВМ. В момент включения ЭВМ
в его ОЗУ отсутствуют данные, так как
ОЗУ не сохраняет данные после выключения
ЭВМ. Но МП необходимы команды, в том
числе и сразу после включения. Поэтому
МП обращается по специальному стартовому
адресу, который ему всегда известен, за
своей первой командой. Этот адрес из
ПЗУ. Основное назначение программ из
ПЗУ состоит в том, чтобы проверить состав
и работоспособность системы и обеспечить
взаимодействие с клавиатурой, монитором,
жесткими и гибкими дисками. Обычно
изменить информацию ПЗУ нельзя. Объем
ПЗУ 128-256 Кбайт, время доступа
0,035-0,1 мкс. Так как объем ПЗУ небольшой,
но время доступа больше, чем у ОЗУ, при
запуске все содержимое ПЗУ считывается
в специально выделенную область ОЗУ.

Энергонезависимая
память CMOS
RAM
(Complementary
Metal-Oxide
Semiconductor
RAM),
в которой хранятся данные об аппаратной
конфигурации ЭВМ: о подключенных к ЭВМ
устройствах и их параметры, параметры
загрузки, пароль на вход в систему,
текущее время и дата. Питание памяти
CMOS
RAM
осуществляется от батарейки. Если заряд
батарейки заканчивается, то настройки,
хранящиеся в памяти CMOS
RAM,
сбрасываются, и ЭВМ использует настройки
по умолчанию.

ПЗУ
и память CMOS
RAM
составляют базовую систему ввода-вывода
(BIOS
– Basic
Input-Output
System).

Внешние
ЗУ. ВЗУ для долговременного хранения и
транспортировки информации. ВЗУ
взаимодействуют с сист. шиной через
контроллеры ВЗУ (КВЗУ). КВЗУ обеспечивают
интерфейс ВЗУ и сист. шины в режиме
прямого доступа к памяти, т.е. без участия
МП. ИНТЕРФЕЙС — это совокупность связей
с унифицированными сигналами и аппаратуры,
предназначенной для обмена данными
между устройствами вычислительной
системы.

ВЗУ
можно разделить по критерию транспортировки
на ПЕРЕНОСНЫЕ и СТАЦИОНАРНЫЕ. Переносные
ВЗУ состоят из носителя, подключ-ого к
порту вв/вывода (обычно ЮСБ), (флеш-память)
или носителя и привода (накопители на
ГМД, приводы СиДи и ДВД). В стационарных
ВЗУ носитель и привод объединены в
единое устройство (НЖМД). Стационарные
ВЗУ предназначены для хранения информации
внутри ЭВМ.

Перед
первым использованием или в случае
сбоев ВЗУ необходимо ОТФОРМАТИРОВАТь
— записать на носитель служебную
информацию.

Основные
Технические Характеристики ВЗУ

-Информационная
емкость определяет наибольшее кол-во
ед. данных, кот может одновременно
хранить в ВЗУ (зависит от площади объема
носителя и плотности записи.)

-Плотность
записи — число бит информации, записанных
на единице поверхности носителя.
Различают продольную плотность (бит/мм),
и поперечную плотность.//

-Время
доступа — интервал времени от момента
запроса (чтения или записи) до момента
выдачи блока (включая время поиска
инфции на носителе и время чтения или
записи.)

-Скорость
передачи данных определяет кол-во
данных, считываемых или записываемых
в единицу времени и зависит от скорости
движения носителя, плотности записи,
числа каналов и тп.

Системные шины в современных компьютерах

Стандартная локальная шина, разработанная ассоциацией VESA, получила компетентное признание в мире компьютерных технологий. Официальное ее название VL-Bus и она же является одной из самых популярных шин локального назначения со дня ее представления. Используя шину VL-Bus можно осуществлять 32-разрядную передачу информации между графическим адаптером и процессором либо винчестером.

Однако, такая магистраль связи не способна поддерживать корректную работу микропроцессора. Вследствие этого она встраивается в систему вместе с 16-разрядной шиной ISA, и таким образом выполняет функции дополнительного расширения.

Компьютерная шина, оперативка, центральный процессор и мосты

Виды компьютерных шин

История компьютерной техники насчитывает уже не одно десятилетие. Совместно с развитием новых компонентов разрабатывались и новые типы системных шин. Самым первым таким каналом связи была система ISA. Этот компонент компьютера обеспечивает передачу данных на довольно медленной скорости, но ее достаточно для одновременного функционирования клавиатуры, монитора и некоторых других компонентов.

Несмотря на то что она была изобретена более полувека назад, данная системная шина активно применялась и в настоящее время, уверенно конкурируя с более современными представителями. Это смогло осуществиться благодаря выпуску большого количества расширений, которые увеличивали ее функционал. Лишь в последние годы процессоры стали выпускаться без использования ISA.

Архитектура интерфейсов ввода-вывода

Интерфейсы памяти и ввода-вывода связаны с логикой управления шиной. Между ней и интерфейсами находятся только электрические проводники шины; следователь­но, интерфейсы должны быть спроектированы для передачи и приема сигналов, совместимых с логикой управления шиной и ее временной диаграммой. При наличии сход­ства интерфейсов памяти и ввода-вывода между ними имеются и существенные различия.

Интерфейс ввода-вывода должен выполнять следующие функции:

1. Интерпретировать сигналы адреса и выбора между памятью и вводом-выводом, чтобы определить обращение к нему, и в случае такого обращения определить, к каким регистрам происходит обращение.

2. Определять, выполняется ввод или вывод; при выводе воспринять с шины выход­ные данные или управляющую информацию, а при вводе поместить на шину входные данные или информацию о состоянии.

3. Вводить или выводить данные в подключенное устройство ввода-вывода и преобра­зовывать параллельные данные в формат, воспринимаемый устройством, или наоборот.

4. Посылать сигнал готовности, когда данные восприняты или помещены на шину данных, информируя процессор о завершении передачи.

5. Формировать запросы прерываний и (при отсутствии в логике управления шиной управления приоритетными прерываниями) принимать подтверждения прерываний и — выдавать тип прерывания.

6. Принимать сигнал сброса и реинициализировать себя и, возможно, подключенное Устройство.

Схема типичного интерфейса ввода-вывода

Главные функции интерфейса сводятся к преобразованию сигналов между системной шиной и устрой­ством ввода-вывода и реализации буферов, необходимых для удовлетворения двух на­боров временных ограничений. Значительная часть функций интерфейса выполняется блоком, находящимся на рисунке справа. Часто он реализуется в виде микросхемы, но иногда функции этого блока могут быть разбросаны по нескольким приборам. Очевид­но, его функции полностью определяются устройством ввода-вывода, с которым дол­жен взаимодействовать интерфейс.

Интерфейс можно разделить на две части, взаимодействующие с устройством и с си­стемной шиной. Первая из них определяется устройством, а вторые части всех интерфейсов в данной системе довольно похожи, так как они связаны с одной и той же ши­ной. В них должны быть шинные драйверы и приемники, схемы преобразования интер­фейсных сигналов управления в соответствующие квитирующие сигналы и схемы для дешифрирования появляющихся на шине адресов.

Квитирование — установка переключателя в положение, соответствующее полученному сигналу. Квитирование используется для надежной синхронизации работы ЭВМ и периферийного оборудования: между ними осуществляется обмен сигналами управления и сигналами состояния с целью взаимной синхронизации. Метод передачи данных с квитированием позволяет согласовать скорости выполнения операций в медленных УВВ и в быстрых ЦП.

Логику квитирования нельзя спроектировать, не зная управляющих сигналов, необходимых основному интерфейсному устройству, а эти сигналы в различных интерфейсах варьируются. Обычно эта логика должна воспринимать сигналы считывания/записи, определяющие направление передачи, и выдавать для микросхем 8286 сигналы ОЕ (Output Enable) и Т (Transmit). Через эту логику должны также проходить линии запроса прерывания, готовности и сброса. Иногда управляющие линии шины проходят через логику квитирования неизменными (т. е. подключаются прямо к основному интерфейсному устройству).

Различные типы компьютерных автобусов

Краткое описание функций шин в компьютерах 1. Совместное использование данных. Все типы шин, обнаруженные в компьютере, передают данные между подключенными к нему периферийными устройствами компьютера.

Шины передают или отправляют данные либо последовательным, либо параллельным способом передачи данных. Это позволяет одновременно обмениваться 1, 2, 4 или даже 8 байтами данных. (Байт — это группа из 8 битов). Автобусы классифицируются в зависимости от того, сколько бит они могут перемещать одновременно, что означает, что у нас есть 8-битные, 16-битные, 32-битные или даже 64-битные шины.

2. Адресация — шина имеет адресные строки, которые совпадают с адресами процессора. Это позволяет отправлять данные в определенные места памяти или из них.

3. Питание — шина обеспечивает питание различных периферийных устройств, подключенных к ней.

4. Синхронизация — шина обеспечивает системный тактовый сигнал для синхронизации подключенных к нему периферийных устройств с остальной частью системы.

Шина расширения обеспечивает простое подключение дополнительных или дополнительных компонентов и устройств на компьютере, таких как ТВ-карта или звуковая карта.

История

Первое поколение

Такие простые шины имели серьёзный недостаток для универсальных компьютеров. Всё оборудование на шине должно было передавать информацию на одной скорости и использовать один источник синхросигнала. Увеличение скорости процессора было не простым, так как требовало такого же ускорения всех устройств. Это часто приводило к ситуации, когда очень быстрым процессорам приходилось замедляться для возможности передачи информации некоторым устройствам. Хотя это допустимо для встраиваемых систем, данная проблема непозволительна для коммерческих компьютеров. Другая проблема состоит в том, что процессор требуется для любых операций, и когда он занят другими операциями, реальная пропускная способность шины может значительно страдать.

Такие компьютерные шины были сложны в настройке, при наличии широкого спектра оборудования. Например, каждая добавляемая карта расширения могла требовать установки множества переключателей для задания адреса памяти, адреса ввода-вывода, приоритетов и номеров прерываний.

Второе поколение

Компьютерные шины «второго поколения», например NuBus решали некоторые из вышеперечисленных проблем. Они обычно разделяли компьютер на две «части», процессор и память в одной и различные устройства в другой. Между частями устанавливался специальный контроллер шин (bus controller ). Такая архитектура позволила ускорять скорость процессора без влияния на шину, разгрузить процессор от задач управления шиной. При помощи контроллера устройства на шине могли взаимодействовать друг с другом без вмешательства центрального процессора. Новые шины имели лучшую производительность, но также требовали более сложных карт расширения. Проблемы скорости часто решались увеличением разрядности шины данных , с 8-ми битных шин первого поколения до 16 или 32-х битных шин во втором поколении. Также появилась программная настройка устройств для упрощения подключения новых устройств, ныне стандартизованная как Plug-n-play .

Однако новые шины, так же как и предыдущее поколение, требовали одинаковых скоростей от устройств на одной шине. Процессор и память теперь были изолированы на собственной шине и их скорость росла быстрее, чем скорость переферийной шины. В результате, шины были слишком медленны для новых систем и машины страдали от нехватки данных. Один из примеров данной проблемы: видеокарты быстро совершенствовались, и им не хватало пропускной способности даже новых шин (PCI). Компьютеры стали включать в себя (AGP) только для работы с видеоадаптерами. В году AGP снова стало недостаточно быстрым для мощных видеокарт и AGP стал замещаться новой шиной PCI Express

Увеличивающееся число внешних устройств стало применять собственные шины. Когда были изобретены приводы дисков, они присоединялись к машине при помощи карты, подключаемой к шине. Из-за этого компьютеры имели много слотов расширения. Но в 1980‑х и 1990‑х были изобретены новые шины IDE решившие эту проблему и оставив большую часть разъёмов расширения в новых системах пустыми. В наше время типичная машина поддерживает около пяти различных шин.

Шины стали разделять на внутренние (local bus ) и внешние (external bus ). Первые разработаны для подключения внутренних устройств, таких как видеоадаптеры и звуковые платы, а вторые предназначались для подключения внешних устройств, например, сканеров . IDE является внешней шиной по своему предназначению, но почти всегда используется внутри компьютера.

Третье поколение

Шины «третьего поколения» в настоящее время [когда? ] находятся в процессе выхода на рынок, включая

Современные интегральные схемы часто разрабатываются из заранее созданных частей, так называемых «intellectual property» или IP. Разработаны шины (например Wishbone) для более простой интеграции различных частей интегральных схем.

Клавиатура

Клавиатура является неотъемлемым устройством ввода любого компьютера. Клавиатура представляет собой группы клавиш для ввода символьной информации. Также многие современные клавиатуры оснащаются дополнительными клавишами, например, для управления медиаплеерами и различными программами.

Мышь предназначена для перемещения системного указателя по объектам операционной системы – окнам. Обычно мышь имеет две кнопки и колесо прокрутки. Технически мыши могут быть оптическими и лазерными. Последние имеют более высокую точность и качество работы.

Дополнительные периферийные устройства персонального компьютера выполняют роль помощников и предназначены для расширения возможностей персонального компьютера. Аудиоколонки (динамики) предназначены для воспроизведения звука, принтер – для получения бумажной копии любого электронного документа или изображения, сканер – позволяет создать электронный образ с бумажного носителя и т.д. К компьютеру можно подключить и другие периферийные специализированные и диагностические устройства, которые практически безгранично расширяют область его применения.

Персональный компьютер, несмотря на кажущуюся, на первый взгляд свою сложность достаточно прост в работе и требует лишь немного терпения и упорства пользователя в его изучении. Помните, что компьютер был создан для облегчения нашей с вами работы и повышения производительности труда, поэтому не стоит сомневаться в его способностях выполнить ту или иную задачу.