Меню

Магистраль это все провода компьютера

Системная магистраль

date image2015-01-21
views image2683

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Системная магистраль (шина) — это совокупность проводов и разъемов, обеспечивающих объединение всех устройств ПК в единую систему и их взаимодействие.

Для подключения контроллеров или адаптеров современные ПК снабжены такими слотами как PCI. Слоты PCI – E Express для подключения новых устройств к более скоростной шине данных. Слоты AGP предназначены для подключения видеоадаптера

Для подключения накопителей (жестких дисков и компакт-дисков) используются интерфейсы IDE и SCSI. Интерфейс – это совокупность средств соединения и связи устройств компьютера.

Подключение периферийных устройств (принтеры, мышь, сканеры и т.д.) осуществляется через специальные интерфейсы, которые называются портами. Порты устанавливаются на задней стенке системного блока.

Слоты (разъемы) расширения конфигурации ПК предназначены для подключения дополнительных устройств к основной шине данных компьютера. К основным платам расширения, предназначенным для подключения к шине дополнительных устройств, относятся:

· Сетевые адаптеры (для подключения к локальной сети)

Внешняя память. Классификация накопителей

Для хранения программ и данных в ПК используются накопители различных типов. Накопители — это устройства для записи и считывания информации с различных носителей информации. Различают накопители со сменным и встроенным носителем.

По типу носителя информации накопители разделяются на накопители на магнитных лентах и дисковые накопители. К накопителям на магнитных лентах относятся стримеры и др. Более широкий класс накопителей составляют дисковые накопители.

По способу записи и чтения информации на носитель дисковые накопители разделяются на магнитные, оптические и магнитооптические.

К дисковым накопителям относятся:
накопители на флоппи-дисках;
накопители на несменных жестких дисках (винчестеры);
накопители на сменных жестких дисках;
накопители на магнитооптических дисках;
накопители на оптических дисках (CD-R CD-RW CD-ROM) с однократной записью и
накопители на оптических DVD – дисках (DVD-R DVD-RW DVD-ROM и др.)

Источник

Системная магистраль микросистемы.

Системная магистраль микропроцессорной системы – это совокупность унифицированного (стандартного) набора сигналов, проводов (шин), по которым они передаются, и правил обмена (протоколов) между устройствами, подключенными к магистрали. На физическом уровне CPU взаимодействует с памятью и подсистемой ввода/вывода через единый набор системных шин – внутрисистемную магистраль, в общем случае архитектуры фон — Неймана, состоящую из:

· шины данных DB (Data Bus), по которой производится обмен данными между ЦП, памятью и подсистемой ВВ;

· шины адреса АВ (Address Bas),

· шины управления CB (Control Bus), реализующей функцию управления циклами обмена и работой системы.

Магистраль такого типа носит название трехшинной с раздельными шинами передачи адреса и данных.

Шина данных используется для передачи информационных кодов между всеми устройствами микропроцессорной системы. Обычно в пересылке информации участвует процессор, который передает данные в ячейку памяти или порт ввода/вывода; процессор может принимать код данных из какого-то устройства или из ячейки памяти. Но возможна также и передача информации между устройствами без участия процессора. Шина данных всегда двунаправленная. Число проводников, составляющих шину данных, называют ее разрядностью. РазрядностьDB измеряется в байтах, она как правило. совпадает с разрядностью CPU и определяет его производительность.

Шина адреса используется для передачи адресов ячеек памяти и портов ВВ, с которыми процессор обменивается информацией в данный момент. Каждому порту устройству, каждой ячейке памяти в микропроцессорной системе присваивается собственный адрес. Когда код какого-то адреса выставляется процессором на шине адреса, устройство, которому этот адрес приписан, понимает, что ему предстоит обмен информацией. В различные фазы работы системы шина адреса может быть однонаправленной или двунаправленной. РазрядностьAB измеряется в битах, она определяет диапазон значений адресов ячеек памяти и диапазон значений адресов портов ВВ.

Шина управления в отличие от шины адреса и шины данных состоит из отдельных управляющих сигналов, для каждого из которых, как правило, выделен отдельный провод шины управления. Каждый из этих сигналов во время обмена информацией имеет определенную функцию. Основные сигналы служат для точного определения момента времени при приеме и передаче, когда информационный код выставлен на шину данных (сигналы стробирования). Прочие управляющие сигналы используются для подтверждения факта приема данных, для сброса всех устройств в исходное состояние, для тактирования всех устройств и т.д. Линии шины управления могут быть однонаправленными или двунаправленными.

Читайте также:  Как подключить выключатель три провод

Мультиплексирование.По мере совершенствования технологии производства СБИС возрастало число элементов на кристалле МП, увеличивалась функциональная сложность МП, возрастали разрядность адресной шины, шины данных, а также увеличивалась количество периферийного оборудования, размещенного на кристалле и, как следствие этого, необходимое число интерфейсных линий. При этом тактовая частота и быстродействие МПВ значительно возросли. В результате, так как число контактов СБИС ограничено, возникла необходимость и возможность использовать эти контакты для передачи различных видов сигналов в различных фазах исполнения одной команды процессора. Таким образом, часть контактов CPU и линий системной магистрали стали работать в режиме разделения времени- в режиме мультиплексирования.

Например, в некоторых МС с целью дальнейшего сокращения ширины физической магистрали вводят совмещенную шину адреса/данных AD (Address/Data Bus), по которой передаются как адреса, так и данные. Этап передачи адресной информации отделен по времени от этапа передачи данных и стробируется специальным сигналом ALE (Address Latch Enable), который включен в состав СВ. Данную магистраль обычно называют двухшинной фон – Неймановской с совмещенными шинами передачи адреса и данных.

Входящий в состав шины управления сигнал ALE служит для разделения функций, выполняемой совмещенной шиной AD. Для этой цели обычно используется срез ALE (переход из состояния 1 в 0), по которому присутствующая на ширине AD адресная информация должна быть принята во внешний адресный регистр. При напряжении низкого уровня (0) на линии ALE шина AD выполняет функцию передачи данных.

Обычно каждый модуль МС с двухшинной магистралью для фиксации адресной информации, будь то модуль памяти или устройство ввода/вывода, содержит локальный адресный регистр RG или другие средства для запоминания адресной информации по срезу ALE. Этот вариант представлен на рис.2.2.

Рис. 2.2. Двухшинная магистраль с локальными адресными регистрами.

Для фиксации адресной информации может быть использован и один общий адресный регистр, в результате МПС с двухшинной магистралью преобразуется в базовый вариант МПС с тремя раздельными шинами. Построенная таким образом система относится уже к классу трехшинных МС. Этот вариант представлен на рис.2.3.

Рис. 2.3. МПС с общим адресным регистром (АR).

В однокристальных микроконтроллерах часто применяется гарвардская архитектурамикропроцессорной системы— это архитектура с раздельными шинами данных и команд. Этот тип архитектуры предполагает наличие в системе отдельной памяти для данных и отдельной памяти для команд. Следовательно, взаимодействие процессора с каждым из двух типов памяти происходит по своей шине и по своему отдельному протоколу.

Гарвардская архитектура также имеет различные варианты исполнения, например в сигнальных процессорах (DSP) применяется модифицированная гарвардская архитектура.

Ее особенность состоит прежде всего в том, что в отличии от привычных нам двух шин: шины адреса и шины данных, а также одного банка памяти, DSP имеет как минимум 6-7 различных шин и 2-3 банка памяти. Эта особенность име­ет своей целью максимально ускорить выполнение операции умножения с сохранением результата, которая, несомненно, является наиболее употребляемой и ресурсоемкой при цифровой обработке сигналов. Ар­хитектура DSP позволяет выполнить практически любую операцию за один машинный цикл.

Рис. 2.4. МПС гарвардской архитектуры с раздельными шинами данных и команд.

У обоих архитектурных решений построения МПС есть свои плюсы и минусы. Архитектура фон-Неймана (принстонская) проще, она не требует от процессора одновременного обслуживания двух шин, контроля обмена по двум шинам сразу. Наличие единой памяти данных и команд позволяет гибко распределять ее объем между кодами данных и команд. Перераспределение памяти не вызывает никаких проблем, главное — чтобы программа и данные вместе помещались в памяти системы. Как правило, в системах с такой архитектурой память бывает довольно большого объема (до десятков и сотен мегабайт). Это позволяет решать самые сложные задачи.

Читайте также:  Провод для электропроводки заземление

Гарвардская архитектура сложнее, она заставляет процессор работать одновременно с двумя потоками кодов, обслуживать обмен по двум шинам одновременно. Программа может размещаться только в памяти команд, данные — только в памяти данных. Такая узкая специализация ограничивает круг задач, решаемых системой, так как не дает возможности гибкого перераспределения памяти. Память данных и память команд в этом случае имеют не слишком большой объем, поэтому применение систем с данной архитектурой ограничивается обычно не слишком сложными задачами.

Основное преимущество гарвардской архитектуры состоит в быстродействии. Дело в том, что при единственной шине команд и данных процессор вынужден по одной этой шине принимать и передавать данные (в память или в устройство ввода/вывода), а также читать команды из памяти. Естественно, одновременно эти пересылки кодов по магистрали происходить не могут, они должны производиться по очереди. Современные процессоры используют конвейерные технологии, которые позволяют им ускорить выполнение команд. Эти процессоры способны совместить во времени выполнение команд и проведение циклов обмена по системной шине.

В случае двухшинной гарвардской архитектуры обмен по обеим шинам может быть независимым, параллельным во времени. Соответственно, структуры шин (количество разрядов кода адреса и кода данных, порядок и скорость обмена информацией и т.д.) могут быть выбраны оптимально для той задачи, которая решается каждой шиной. Поэтому при прочих равных условиях переход на двухшинную архитектуру ускоряет работу микропроцессорной системы, хотя и требует дополнительных затрат на аппаратуру, усложнения структуры процессора. Память данных в этом случае имеет свое распределение адресов, а память команд — свое.

Двухшинную архитектуру достаточно легко реализовать внутри одной микросхемы. Поэтому основное ее применение — в микроконтроллерах, от которых не требуется решения слишком сложных задач, но зато необходимо максимальное быстродействие при заданной тактовой частоте.

Источник



Магистрально-модульный принцип построения компьютера: основные элементы и их назначение

Что такое магистрально-модульный принцип построения компьютера? На чем он базируется? Каково техническое назначение такого принципа и зачем он вообще нужен в устройствах? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить в ходе данной статьи.

Что такое магистраль в компьютере?

Магистраль иначе именуется специалистами как системная шина. Соответственно, магистрально-модульный принцип построения компьютера тогда будет базироваться на существовании некоторой шины данных, по которой они, собственно, и будут передаваться. На самом деле мы недалеки от правды. Магистраль компьютера – сложное техническое устройство, которое включает в себя три шины многоразрядного типа. Конкретнее о них будет сказано далее в статье, сейчас же расскажем в общих чертах, чтобы сформировать в понимании некоторую структуру и ассоциации, которые, быть может, кому-то в будущем послужат помощью.

Итак, магистраль компьютера включает в себя шину данных, а также шину адреса и управления. Что представляют собой эти шины? С точки зрения техники вышеназванные шины представляют собой систему линий многопроводного характера. Если говорить по существу, то именно к магистрали крепятся такие устройства, как планки процессора и оперативной памяти. Есть такое понятие, как устройства ввода и вывода. Это периферия, которой мы так привыкли пользоваться: клавиатуры, мониторы, мыши. Все это также подключается к магистрали. Магистрально-модульный принцип построения компьютера предполагает также подключение к системной шине устройств, хранящих информацию. Все эти устройства между собой обмениваются некоторым потоком информации, передающимся на любимом нами двоичном коде – так называемом “машинном языке”.

Что такое шина данных?

Шина данных имеет в компьютере достаточно важное значение, которое кроется, прежде всего, в передаче информационного потока. Он следует от некоторого одного устройства к другому. Вот самый простой пример: информацией о задаче обмениваются процессор и оперативная память.

Стоит параллельно отметить тот факт, что именно разрядность процессора будет оказывать определяющее влияние на разрядность шины данных. А что же тогда представляет собой разрядность процессора? На самом деле ничего сложного здесь нет. Разрядность процессора есть не что иное, как количество тех двоичных разрядов, которые одновременно процессором и обрабатываются, и передаются.

Читайте также:  Соотношение электрической мощности с сечением провода

Зачем нужна шина адреса?

Магистрально-модульный принцип, как мы выяснили ранее, предполагает наличие трех шин. Назначение первой из них мы уже разобрали. А с вопросом о том, зачем нужна шина адреса, разберемся сейчас.

Итак, представьте себе такую вещь: пусть каждое устройство компьютера (ну или же можно взять ячейку планки оперативной памяти) имеет определенный адрес. К этим устройствам, к слову, процессор и передает данные. Чтобы адрес передать, как раз и используют адресную шину. На этом этапе следует сделать одно достаточно важное замечание: адрес передается исключительно в одностороннем порядке. Инициатором-источником сигнала служит центральный процессор, а вот роль приемников в этой своеобразной системе играют устройства компьютера. Это, как говорилось ранее, и оперативная память, и периферийный устройства, и так далее.

И вот когда разговор заходит уже о том, с чем связана разрядность шины адреса, можно выяснить одну очень интересную вещь. На самом деле разрядность данной шины будет оказывать влияние на объем так называемой адресуемой памяти. Его специалисты также называют адресным пространством. Причем будет оказываться даже не влияние, а полное определение. Иначе говоря, количество ячеек, приходящихся на оперативную память, и является адресуемой памятью. Она рассчитывается согласно следующей формуле: X = 2^y. Здесь Y – разрядность шины.

Какой смысл имеет наличие шины управления?

Шина управления также занимается передачей. Только не информационных потоков, а сигналов. Стоит сказать, что эти сигналы, по сути дела, и определяют, какой характер имеет обмен информацией, которая “гуляет” по всей магистрали. Проще говоря, сигналы говорят центральному процессору о том, какую операцию необходимо производить в настоящий момент времени. Это может быть как считывание данных из памяти, так и наоборот – запись новых данных. Кроме того, шина управления помогает синхронизировать дерево процессов, способствующих обмену информацией между теми или другими отдельными устройствами.

Как устроен центральный процессор?

Магистрально-модульный принцип построения ПК предполагает, что существует не только архитектура, составляемая из трех шин. Материнская плата, безусловно, объединяет разрозненные компьютерные детали в единое целое, благодаря чему мы на выходе получаем стабильную работу компьютера или ноутбука, другого устройства подобного рода. Но именно центральный процессор задает единую частоту, на которой будет работать вся система. Не будь его – и каждый отдельный элемент, каждая отдельная деталь работала бы на своей частоте и со своим интервалом времени. И что тогда? Тогда быстродействие компьютера было бы снижено в огромное количество раз, а его работа оказалась бы просто бессмысленной.

Центральный процессор представляет собой микросхему (или же электронный блок). Он занимается исполнением машинного кода, на котором пишутся те или иные программы. Если угодно, то центральный процессор исполняет инструкции, которые определяют работу компьютера как одного целого механизма. ЦПУ можно по праву назвать самым главным элементом аппаратного компьютерного обеспечения. Он также имеет место и в случае программирующих логических контроллеров. Иногда ЦП называют также микропроцессором.

Проводя аналогию с человеческим организмом, можно сказать, что центральный процессор есть не что иное, как “мозг”. Только он может выдать разрешение на выполнение той или иной программы. Он, наряду с материнской платой, командует тем, что происходит в компьютере, какие элементы подключаются к выполнению определенного задания, а какие – отключаются или перенаправляются на решение других задач.

Заключение

Итак, что мы узнали в ходе данной статьи? Магистрально-модульный принцип построения компьютера предполагает наличие системы из трех шин, каждая из которых имеет свои цели, а также центрального управляющего устройства (именуемого процессором) и остальных элементов. Шины передают сигналы, транслируемые от “центра” к периферийным устройствам, а также сигналами показывают, какой характер имеет эта информация.

Источник