Шини даних і адреси

Шина – це декілька провідників, що з’єднують різні пристрої. Шини можуть бути внутрішніми щодо процесора і використовуватися для передачі даних з регістрів в арифметико-логічний пристрій (АЛП, АЛУ) чи із АЛП в регістри, а також можуть бути зовнішніми і зв’язувати процесор з пам’яттю або пристроями ввода-виведення (Рис3.6).

Рис.3.6

Всі пристрої, що можуть бути підключені до шини, повинні відповідати певним правилам взаємодії з шиною, які називаються протоколами шини, а також бути сумісними з шиною конструктивно (размикачі) і сигнально.

Принциповим параметрами шини є її ширина (кількість провідників), довжина, арбітраж і синхронізація, бо вони суттєво впливають на пропускну спроможність шини.

Ширина шини (кількість адресних ліній) для адресної шини є самим важливим параметром. При кількості ліній n через неї можливо адресувати до чарунок пам’яті. Але проблема в тому, що широкі шини займають великий фізичний простір на платі чи в мікросхемі і в зв’язку з цим дорого коштують. Комп’ютери IBM PC почали з 8-розрядної шини, потім перейшли на 16-розрядну, потім – 32-розрядну.

Довжина шини обмежується її електротехнічними параметрами: ємністю і індуктивністю (C,L), які не дозволяють передавати сигнали з крутими фронтами, отже з високою частотою.

Проблема арбітража шини виникає, коли шиною користується зразу декілька пристроїв, наприклад процесор і пристрої введення-виведення. Шина може одночасно обслуговувати тільки один пристрій. Щоб уникнути хаосу в такій ситуації використовується спеціальний механізм, що називається арбітражем шини. Простий приклад арбітража надається на Рис.3.7.

Рис.3.7

Коли арбітр отримує запрос шини, він не знає, який пристрій зробив цей запрос. Арбітр по лінії «Предоставления шины» посилає сигнал дозволу. Цей сигнал опитує послідовно пристрої 1,2…5 поки не знайде той, що подав запрос, і надає йому право на з’єднання. В цьому простому, але часто зустрічємому варіанті, перший пристрій має найбільший приоритет.

З точки зору синхронізації шини поділяються на синхронні та асинхронні. Цикл синхронної шини прив’язаний до циклу роботи кварцового генератора. Цикл асинхронної шини може бути незалежним. Асинхронна шина більш швидкодіюча, але синхронна більш проста і надійна, тому остання зустрічається частіше.

Шини об’єднують комп’ютерну систему в одне ціле. Розглянемо декілька прикладів реальних шин: ISA, PCI, USB, AGP.

Шина ISA (Industry Standart Architecture) довгі роки була стандартом PC. Зараз вона вважається застарілою і в нових розробках іноді вживається тільки тому, що існує великий парк пристроїв і комплектуючих, орієнтованих на цю шину. Існує два варіанти шини:

- 8 інформаційних каналів та 20 адресних ліній;

- 16 інформаційних каналів та 24 адресних лінії;

При частоті передачі сигналів 8,33 Мгц пропускна здатність шини ISA в розширеному варіанті складає:

16 біт * 8,33 Мгц: 8 = 16,66 Мбайт/сек

З огляду на те, що вже процесор Intel 486 був спроможнім обробляти інформацію з пропускною здатністю 100Мбайт/сек, шина ISA була «вузьким гірлом», тому від неї вимушені були відмовитись.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) прийшла на зміну шині ISA. Це стало необхідним з появою різних графічних додатків.

Зробимо невеликі обчислення. Розглянемо монітор розміром 1024х768 в умовах виводу кольорового зображення (3байта/піксель). Одне екранне зображення має 2,4 Мбайт даних:

1024х768х3=2,359 Мбайт

Для відображення плавного руху потрібно щонайменше 30 кадрів в секунду і таким чином швидкість передачі даних повинна бути приблизно 70 Мбайт/сек. В дійсності справа виглядає набагато гірше оскільки в цикл передачі даних необхідно ще включити передачу з диска в оперативну пам'ять. В результаті швидкість передачі даних по шині сягає біля 140 Мбайт/сек. Таку швидкість шина ISA забезпечити неспроможна.

Шина PCI стала дуже популярною і фактично використовується в кожному комп’ютері Intel починаючи з Pentium. Шина PCI має об’єднані шини адреса і даних – 32 або 64 розряда і частоту передачі 33 або 66 Мгц. При таких параметрах пропускна здатність шини дорівнює 133 Мбайт/сек. або 528 Мбайт/сек. Незважаючи на досить високі технічні характеристики PCI не задовольняє по швидкості обмін з оперативною пам’яттю, тому для ОП існує окрема ще більш швидка шина. Крім того PCI несумісна з ISA і фірма Intel розробила комп’ютерну архітектуру з декількома шинами, які зв’язані між собою через спеціальні адаптери – мости

Перевагою такої архітектури є те, що кожний пристрій обслуговується оптимально по швидкодії і вартості шиною. Конкретно шина PCI обслуговує жорсткі диски (SCSI), графічні адаптери, має вихід на ISA і ще одну шину USB. Ще одна позитивна особливість PCI-технології полягає у відносній незалежності шини від інших компонентів системи. Передачею даних керує не процесор а мост. І процесор має можливість продовжувати роботу в той час, коли шина виконує обмін інформацією між двома будь-якими пристроями.

Остання модифікація шини PCI – PCI-Express. Суть цієї технології в тому, що паралельна шина з багатьма пристроями замінена високошвидкісними послідовними з’єднаннями. (Рис3.8).

Рис.3.8

В цій архітектурі принциповими є три моменти:

- наявність централізованого комутатора, який замінив багатопровідну шину;

- послідовне з’єднання замість паралельного;

- передача інформації пакетами, як це робиться в мережових технологіях.

Фактично мова йде про мережову внутрікомп’ютенру організацію передачі даних. Це принципово новий напрям, який став можливим завдяки високим параметрам інтегральних схем щодо інтеграції та швидкодії.

Шина AGP (Accelerated Graphics Port) з’явилася у зв’язку з подальшим збільшенням разпознаючої здатності екранів (1600х1200,….). Версія шини AGP 3.0 працює на швидкості 2,1 Гбайт/сек.. Компановку шини в сучасній системі ілюструє Рис.3.9

Рис.3.9

Шина USB(Universal Serial Bas). Шина PCI добре годиться для з’єднання високошвидкісних пристроїв. Але для низькошвидкісних пристроїв її використання було б занадто дорогим.

Пропускна здатність USB 1.0 складає 1,5 Мбайт/сек., а версії USB1.1 – 1,1-12 Мбайт/сек., що цілком достатньо для принтерів, сканерів, цифрових камер і багатьох інших пристроїв.

Нова версія USB 2.0 має ще одну додаткову швидкість – 480 Мбайт/сек. Кабель USB має всього чотири проводи: два сигнальних і два для напруги живлення (+5 в та “земля”). Шина USB за своїми параметрами зараз є найбільш конкурентноздатною послідовною шиною.

Дата добавления: 2014-01-04