Лекция: Внутренние шины передачи информации

Общая шина,наряду с центральным процессором и запоминаю­щим устройством, во многом определяет производительность рабо­ты компьютера, так как обеспечивает обмен информацией между функциональными узлами. Общая шина делится на три отдельные шины по типу передаваемой информации: шина адреса, шина данных, шина управления. Каждая шина характеризуется шириной — числом параллельных проводников для передачи информации. Другим важ­ным параметром шины является тактовая частота шины — это час тота, на которой работает контроллер шины при формировании цик­лов передачи информации.

Шина адреса предназначена для передачи адреса ячейки памя­ти или порта ввода-вывода. Ширина шины адреса определяет мак­симальное количество ячеек, которое она может напрямую адресо­вать. Если ширина шины адреса равна я, то количество адресуемой памяти равно 2*.

Шина данных предназначена для передачи команд и данных, и ее ширина во многом определяет информационную пропускную спо­собность обшей шины. В современных компьютерах ширина шины данных составляет 32-64.

Шина управления включает в себя все линии, которые обеспе­чивают работу обшей шины. Ее ширина зависит от типа шины и определяется алгоритмом ее работы или, как говорят, протоколом работы шины. Протокол работы шины состоит из нескольких цик­лов и выполняется контроллером шины, расположенным внутри про­цессора (рис. 2.16), или отдельным контроллером шины (рис. 2.12).

Приведем примерный протокол работы системной шины. Пер­вый такт работы шины инициируется процессором, когда ему тре­буется произвести обмен информации с каким-либо устройством. Процессор выставляет на шину адреса адрес порта внешнего устрой­ства или ячейки памяти и устанавливает управляющие сигналы, по­казывающие, какой тип обмена и с каким устройством или памятью он собирается произвести. На втором такте работы процессор ожи­дает от устройства сигнала о его готовности к приему или передаче информации. Второй такт может повторяться бесконечное число раз, пока не будет получен сигнал о готовности устройства. На третьем такте процессор выставляет на шину данных передаваемую инфор­мацию при записи или открывает шину данных для приема инфор­мации. На четвертом такте происходит обмен информацией, и ра­бота протокола передачи заканчивается.

Несмотря на то, что производители компьютеров постоянно предлагают новые варианты протоколов работы общих шин, кото­рые обеспечивают более высокую производительность операций об­мена информацией, ее пропускная способность оказывается недоста­точной для обеспечения данными таких высокопроизводительных функциональных узлов, как центральный процессор, и некоторых внешних устройств, таких, например, как видеоподсистема с высо ким качеством отображения. Поэтому разработчики предлагают включать в состав компьютера дополнительные шины, связывающих напрямую центральный процессор и отдельные наиболее быстродей­ствующие устройства. Такие шины получили название локальных шин. На рис. 2.12 локальные шины используются для подключения к про­цессору запоминающего устройства и видеоконтроллера.

Ниже приведены обозначения и основные характеристики общих и локальных шин, применяемых в персональных компьютерах фирмы IBM.

Общая шина PCI (Peripheral Component Interconnect) применяется в настольных компьютерах, в настоящее время используются модифи­кации PCI 2.1-3.0, PCI 64/66, PCI-Х. Тактовая частота контроллера этой шины 33,33 МГц или 66,66 МГц. Ширина шины 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям). Пиковая пропускная способность шины 533 Мбайт/С.

Общая шина PCMCIA (Personal Computer Memory Card Inter­national Association) применяется в переносных компьютерах класса ноутбук и имеет параметры, сравнимые с параметрами шины PCI.

Локальная шина для подключения видеоконтроллера AGP (Acce­lerated Graphics Port) позволяет организовать непосредственную связь видеоконтроллера и оперативного запоминающего устройства. Она ориентирована на массовую передачу видеоданных. Имеет конвей­ерную организацию выполнения операций чтения/записи, что позво­ляет избежать задержек при обращении к модулям памяти. За один такт работы может передать два, четыре или восемь блоков данных, в зависимости от установленного режима работы. При установке ре­жима параллельной передачи восьми блоков обеспечивает пиковую скорость передачи 2112 Мбайт/С. В настоящее время для увеличе­ния производительности видеосистемы разработана новая более бы­страя и прогрессивная шина PCI Express.