Принцип открытой архитектуры

Шины

Взаимодействие модулей осуществляется в соответствии с магистральным интерфейсом.

Чтобы соединить различные устройства в систему PC, они должны иметь одинаковый интерфейс – специальные средства сопряжения, согласования.

Конструктивно интерфейс может проявляться в одинаковых типах соединителей и распайке кабелей.

Кроме того устройства должны иметь логический интерфейс – язык электрических сигналов. Интерфейс обычно предполагает описание уровней и длительностей электрических сигналов, а также их распределение по контактам соединителей.

Основными элементами интерфейса являются шины.

В упрощённом понимании шина - это совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым передаётся информация между устройствами компьютера.

На первых персональных компьютерах имелась одна центральная шина, доступ к которой разделялся между всеми устройствами. Достоинством такого подхода была низкая цена персонального компьютера и универсальность- легко подключать новые устройства, одни и те же периферийные устройства можно применять на разных компьютерах, имеющих однотипную шину. Недостаток - в ограничении пропускной способности шины, т.к. все потоки информации между многочисленными устройствами должны проходить через центральную шину.

Шина предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом.

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

Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реализовать важнейшие ее свойства — возможность параллельного подключения 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 обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы либо в виде совместимого набора микросхем — Chipset.

Шина данных обеспечивает обмен данными между CPU, картами расширения, установленными в слоты, и памятью RAM. Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть передано за один такт и тем выше производительность ПК. Компьютеры с процессором 80286 имеют 16-разрядную шину данных, CPU 80386 и 80486 — 32-разрядную, а компьютеры с CPU семейства Pentium — 64 -разрядную шину данных.

Шина адреса служит для указания адреса к какому-либо устройству ПК, с которым CPU производит обмен данными. Каждый компонент ПК, каждый регистр ввода/вывода и ячейка RAM имеют свой адрес и входят в общее адресное пространство PC. По шине адреса передается идентификационный код (адрес) отправителя и (или) получателя данных.

Шина управления передает ряд служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания, управления и других, чтобы обеспечить передачу данных.

Архитектура современного персонального компьютера много сложнее первых ПК и предполагает использование нескольких взаимосвязанных шин. Шины используются для передачи данных от центрального процессора к другим устройствам персонального компьютера. Для того, чтобы согласовать передачу данных к отдельным компонентам, работающих на своей частоте, используется чипсет – набор контроллеров, конструктивно объединенных в Северный и Южный мосты. Северный мост отвечает за обмен информацией с оперативной памятью и видеосистемой, Южный – за функционирование других устройств, подключаемых через соответствующие разъемы – жесткие диски, оптические накопители, а также устройств, находящихся на материнской плате (встроенная аудиосистема, сетевое устройство и др.), и для внешних устройств – клавиатура, мышь и т.д.

Шины в ПК различаются по своему функциональному назначению:

§ системная шина (или шина CPU) используется микросхемами Chipset для пересылки информации к CPU и обратно;

Системная шина- это названия информационной магистрали, связывающей процессор с памятью и другими устройствами компьютера. Системная шина (FSB) является отдельным устройством, с собственной разрядностью, тактовой частотой и архитектурой, она связывает процессор с микросхемой северного моста чипсета и через него- с видеоподсистемой, памятью и южным мостом, который управляет устройствами ввода-вывода.

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

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

Это информационный канал между оперативной памятью компьютера и северным мостом чипсета (в случае с CPU AMD память связана прямо с процессором, без посредников). Тип этой шины зависит от типа памяти. Шина памяти DDR (Double Data Rate) SDRAM имеет разрядность 64 бит, передаёт за один такт два машинных слова, на наибольшей частоте 200 МГц пропускает в секунду 3.2 Гбайт, в двухканальном режиме- 6.4 Гб/с. Шина памяти DDR2 SDRAM на наибольшей частоте 1066 МГц имеет ширину полосы пропускания в двухканальном режиме 8.5 Гб/с. Шина памяти DDR3-1600 в двухканальном режиме имеет пропускную способность 25.6 ГБ/с.

§ шина видеоадаптера используется для нужд видеоадаптеров, работающих с 3D- графикой.

Для ускорения ввода/вывода видеоданных и повышения производительности ПК при обработке трехмерных изображений корпорацией Intel в 1997 году была разработана шина AGP (Accelerated Graphics Port). специально для работы с видеокартой, при частоте 66 Мгц имеет 32 -разрядную шину данных. В настоящее время вытеснена шиной PCI Express.

§ шины ввода/вывода информации подразделяются на стандартные 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. В настоящее время в качестве локальной шины часто используется шина PCI. Эта 32 -х разрядная шина обеспечивала скорость передачи данных до 132 Мб/с (PCI 1.0) и до 264 Мб/с. в 64 -х разрядной PCI 2.0.

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. Скорость передачи данных 12 Мб/с.

PCI – (Peripheral Component Interconnect) - шина соединения периферийных компонентов, являющаяся мостом между системной шиной процессора и шиной ввода-вывода. В 1991 году компанией Intel была разработана шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus), предназначенная для расширения возможностей компьютера путём подключения дополнительных внешних устройств- звуковой карты, встроенного модема и пр. В основе этой шины заложены абсолютно новые принципы. Эта 32 -х разрядная шина обеспечивала скорость передачи данных до 132 Мб/с (PCI 1.0) и до 264 Мб/с. в 64 -х разрядной PCI 2.0.

В первой половине 90-х годов шина PCI использовалась, кроме установки плат расширения, также для подключения видеоадаптера. Однако в середине 90-х пропускной способности этой шины стало недостаточно для растущего потока видеоинформации, поэтому для видеоадаптеров вместо PCI была предложена специализированная выделенная графическая шина AGP, созданная на основе PCI и являющаяся продуктом её развития.

ISA – (Industry Standard Architecture) - шина расширения, ставшая промышленным стандартом. Она обеспечивает возможность отображения 8- и 16-разрядных регистров на пространство ввода-вывода и памяти. Сейчас она безнадежно устарела.

USB (Universal Serial Bus)– универсальная шина для подключения периферийных устройств (клавиатура, мышь, принтер и т.д.) Скорость передачи данных 12 Мб/с.

USB - это последовательная кабельная шина для обмена данными между компьютером и периферийными устройствами. Была разработана для того, чтобы упростить соединение компьютера с внешними устройствами устройствами ввода/вывода (сканеры, принтеры, внешние накопители информации). USB представляет из себя две скрученные пары проводов: по одной паре происходит передача данных, а другая представляет линию питания (0.5 А/5 V). Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB позволяет подключать к компьютеру внешние устройства без собственного блока питания.

Шина USB позволяет присоединять, использовать и отсоединять устройства во время работы компьютера и периферийных устройств. Теоретически к одному компьютеру через шину USB можно подсоединить до 127 устройств через цепочку USB-концентраторов (они используют топологию звезда), хотя на практике это число на порядок ниже из-за ограничения по силе тока. Поддержка работы шины USB осуществляется операционными системами Windows не ранее Windows 98SE.

Магистрально-модульный принцип организации PC позволяет осуществить принцип открытой архитектуры. Термин «архитектура компьютера» используется для описания устройства и взаимного соединения компонентов компьютера, а также для описания принципа действия.

«Открытая архитектура» означает возможность изменения конфигурации компьютера на основе принципа модульности.

Благодаря возможности расширения установка новых и замена старых модулей не представляет особых трудностей.

Открытая архитектура означает, что PC может быть собран из взаимозаменяемых узлов и деталей, даже изготовленных независимыми фирмами.

Открытая архитектура и модульность конструкции дали возможность расширения и модернизации IBM PC и способствовали созданию компьютеров-клонов.

Клон – компьютер идентичный оригиналу, хотя в чемо-то может и превосходить его. Клоны и оригиналы полностью совместимы на уровне аппаратных и программных средств.

Дата добавления: 2017-02-01