Т2. Шины персонального компьютера

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.

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

Рисунок 4 - Структура шины

Шины в ПК различаются по своему функциональному назна­ чению:

· системная шина (или шина CPU ) используется микросхема­ми Cipset для пересылки информации к CPU и обратно;

· шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью;

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

· шины ввода/вывода информации подразделяются на стандарт­ ные 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 .

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 реали­ зовать важнейшие ее свойства — возможность параллельного под­ ключения 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 об­ мена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы либо в виде совместимого набора микросхем — Chipset .

Основные характеристики шины

Разрядность шины определяется числом параллельных проводников, входящих в нее.

Пропускная способность шины определяется коли­ чеством байт информации, передаваемых по шине за секунду. Для определения пропускной способности шины необходимо умно­ жить тактовую частоту шины на ее разрядность.

Внешние устройства к шинам подключаются посредством ин­ терфейса ( Interface — сопряжение), представляющего собой сово­ купность различных характеристик какого-либо периферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информаци­ ей между ним и центральным процессором.

Стандарты шин ПК

Принцип IBM -совместимости подразумевает стандартизацию интерфейсов отдельных компонентов ПК, что, в свою очередь, определяет гибкость системы в целом, т. е. возможность по мере необходимости изменять конфигурацию системы и подключать различные периферийные устройства. В случае несовместимости интерфейсов используются контроллеры. Кроме того, гибкость и унификация системы достигаются за счет введения промежуточ­ных стандартных интерфейсов, таких как интерфейсы последова­ тельной и параллельной передачи данных. Эти интерфейсы необхо­ димы для работы наиболее важных периферийных устройств вво­да и вывода.

Системная шина предназначена для обмена информаци­ ей между CPU , памятью и другими устройствами, входящими в систему. К системным шинам относятся:

· GTL , имеющая разрядность 64 бит, тактовую частоту 66, 100 и 133 МГц;

· EV 6, спецификация которой позволяет повысить ее тактовую частоту до 377 МГц.

Шины ввода/вывода совершенствуются в соответствии с развитием периферийных устройств ПК. В табл. 1 представлены характеристики некоторых шин ввода/вывода.

Шина ISA в течение многих лет считалась стандартом ПК, одна­ ко и до сих пор сохраняется в некоторых ПК наряду с современной Шиной PCI . Корпорация Intel совместно с Microsoft разработала стратегию постепенного отказа от шины ISA . Вначале планируется исключить ISA -разъемы на материнской плате, а впоследствии исключить слоты ISA и подключать дисководы, мыши, клавиа­ туры, сканеры к шине USB , а винчестеры, приводы CD - ROM , DVD - ROM — к шине IEEE 1394. Однако наличие огромного пар­ка ПК с шинойISA и соответствующих комплектующих позволя­ ет предполагать, что 16-разрядная шина ISA будет востребована еще на протяжении некоторого времени.

Характеристики шин ввода/вывода

Шина	Разрядность, бит	Тактовая частота, МГц	Пропускная способность, Мбайт/с
ISA 8-разрядная	08	8,33	0008,33
ISA 16-разрядная	16	8,33	0016,6
EISA	32	8,33	0033,3
VLB	32	33	0132,3
PCI	32	33	0132,3
PCI 2.1 64-разрядная	64	66	0528,3
AGP (1 x)	32	66	0262,6
AGP (2x)	32	66x2	0528,3
AGP (4x)	32	66x2	1056,6

Шина EIS A стала дальнейшим развитием шины ISA в направ­лении повышения производительности системы и совместимости ее компонентов. Шина не получила широкого распространения в связи с ее высокой стоимостью и пропускной способностью, ус­ тупающей пропускной способности появившейся на рынке шины VESA .

Шина VESA , или VLB , предназначена для связи CPU с быст­ рыми периферийными устройствами и представляет собой рас­ ширение шины ISA для обмена видеоданными. Во времена преоб­ ладания на компьютерном рынке процессора CPU 80486 шина VLB была достаточно популярна, однако в настоящее время ее вытеснила более производительная шина PCI .

Шина PCI была разработана фирмой Intel для процессора Pentium и представляет собой совершенно новую шину. Основопо­лагающим принципом, положенным в основу шины PCI , является применение так называемых мостов ( Bridges ), которые осуще­ ствляют связь между шиной PCI и другими типами шин.

Шина AGP — высокоскоростная локальная шина ввода/выво­ да, предназначенная исключительно для нужд видеосистемы. Она связывает видеоадаптер (З D -акселератор) с системной памятью

Шина SCSI ( Small Computer System Interface ) обеспечивает ско­ рость передачи данных до 320 Мбайт/с и предусматривает под­ключение к одному адаптеру до восьми устройств: винчестеры, приводы CD - ROM , сканеры, фото- и видеокамеры. Отличитель­ной особенностью шины SCSI является то, что она представляет собой кабельный шлейф. С шинами PC ( ISA или PCI ) шина SCSI связана через хост-адаптер (Host Adapter ). Каждое устройство, подключенное к шине, имеет свой идентификационный номер ( ID ). Любое устройство, подключенное к шине SCSI , может ини­ циировать обмен с другим устройством.

Шина IEEE 1394 — это стандарт высокоскоростной локальной последовательной шины, разработанный фирмами Apple и Texas Instruments . Шина IEEE 1394 предназначена для обмена цифровой информацией между ПК и другими электронными устройствами, особенно для подключения жестких дисков и устройств обработ­ки аудио- и видеоинформации, а также работы мультимедийных приложений. Она способна передавать данные со скоростью до 1600 Мбит/с, работать одновременно с несколькими устройства­ ми, передающими данные с разными скоростями, как и SCSI . Как и USB , шина IEEE 1394 полностью поддерживает техноло­ гию Plug &Play , включая возможность установки компонентов без отключения питания ПК.

Последовательный и параллельный порты

Такие устройства ввода и вывода, как клавиатура, мышь, мо­ нитор и принтер, входят в стандартную комплектацию ПК. Все периферийные устройства ввода должны коммутироваться с ПК таким образом, чтобы данные, вводимые пользователем, могли не только корректно поступать в компьютер, но и в дальнейшем эффективно обрабатываться. Для обмена данными и связи между периферией (устройствами ввода/вывода) и модулем обработки данных (материнской платой) может быть организована парал­лельная или последовательная передача данных.

Параллельная связь означает, что все 8 бит (или 1 байт) пересылаются и передаются не один за другим, а одновременно (параллельно) или, точнее, каждый по своему проводу. Принцип параллельной передачи данных становится очевидным, если рас­смотреть кабель, подсоединенный к разъему параллельного ин­ терфейса, например кабель принтера. Он значительно толще, чем последовательный кабель мыши, поскольку кабель для параллель­ной передачи данных должен как минимум содержать восемь про­ водов, каждый из которых предназначен для передачи одного бита.

Параллельный интерфейс для принтера обычно обозначают LPT ( Line Printer ). Первый подключенный принтер обозначается как от LPT 1, а второй — как от LPT2.

Существуют несколько типов параллельных портов- стандарт­ ный, ЕРР и ЕСР.

Стандартный параллельный порт предназначен только для од­ носторонней передачи информации от ПК к принтеру, что зало­ жено в электрической схеме порта. Он обеспечивает максималь­ную скорость передачи данных от 120 до 200 Кбайт/с.

Порт ЕРР является двунаправленным, т.е. обеспечивает парал­ лельную передачу 8 бит данных в обоих направлениях и полнос­ тью совместим со стандартным портом. Порт ЕРР передает и при­ нимает данные почти в шесть раз быстрее стандартного парал­ лельного порта, чему способствует то, что порт ЕРР имеет бу­фер, сохраняющий передаваемые и принимаемые символы до момента, когда принтер будет готов их принять. Специальный режим позволяет порту ЕРР передавать блоки данных непосред­ственно из RAM PC в принтер и обратно, минуя процессор. При использовании надлежащего программного обеспечения порт ЕРРможет передавать и принимать данные со скоростью до 2 Мбит/с.

Порт ЕСР, обладая всеми возможностями порта ЕРР, обеспе­чивает повышенную скорость передачи данных за счет функции сжатия данных. Для сжатия данных используется метод RLE ( Run Length Encoding ), согласно которому длинная последовательность одинаковых символов передается всего лишь двумя байтами: один байт определяет повторяющийся символ, а второй — число по­вторений. При этом стандарт ЕСР допускает сжатие и распаковку данных как программно (путем применения драйвера), так и аппаратно (схемой порта). Данная функция не является обязатель­ной, поэтому порты, периферийные устройства и программы могут ее и не поддерживать. Она может быть реализована, когда режим сжатия данных поддерживается как портом ЕСР, так и принте­ром. Увеличение скорости передачи данных с помощью порта ЕСР существенно уменьшает время распечатки данных на принтере.

Использование преимуществ функциональных возможностей портов ЕСР и ЕРР возможно при наличии компьютера, оборудо­ванного одним из этих стандартов.

Последовательная связь осуществляется побитно: от­ дельные биты пересылаются (или принимаются) последователь­ но один за другим по одному проводу, при этом возможен обмен данными в двух направлениях, прием и передача данных осуще­ ствляются с одинаковой тактовой частотой. Для последователь­ных интерфейсов выбор подключаемых устройств значительно шире, поэтому большинство ПК обычно оборудовано двумя ин­ терфейсными разъемами для последовательной передачи данных. В качестве стандартного обозначения для последовательного интерфейса чаще всего используют RS -232, RS -422, RS-465. Разъемы последовательного интерфейса на ПК представляют собой 9-контактный (вилка) Sub - D или 25-контактный (вилка) Sub - D .

Для установления связи между двумя последовательными ин­ терфейсами предварительно необходимо сконфигурировать их со­ ответствующим образом, т.е. указать, как будет осуществляться обмен данными: скорость обмена, формат данных, контроль чет­ ности и т. п. Аппаратное конфигурирование интерфейса путем со­ ответствующей установки джамперов или переключателей неудоб­ но, поскольку приходится вскрывать корпус ПК. Обычно конфи­ гурирование последовательного интерфейса осуществляется про­граммным способом, тем более что среда Windows предоставляет такую возможность.

Вопросы для самоконтроля:

1. Структура и стандарты шин ПК;

2. Локальная шина ввода/вывода;

3. Стандартная шина ввода/вывода;

4. Контроллер шины;

5. Основные характеристики шины;

6. Стандарты шин ПК