<<
>>

Шина

Во время выполнения программы процессор постоянно обращается к оперативной памяти. Он выбирает из оперативной памяти команды программы и обрабаты- ваемые данные, а также записывает в память результаты их обработки.
Для пере- дачи всей этой информации процессор и оперативная память соединяются меж- ду собой набором проводов. По каждому проводу передается только один бит данных, бит адреса или управляющий сигнал. Контроль над правильностью пере- дачи информации по проводам обеспечивают специальные электронные схемы.

ВНИМАНИЕ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Комплекс, состоящий из набора проводов, по каждому из которых передается один бит, и электронных схеfo, обеспечивающих правильную передачу данных внутри компьютера, называют системной шиной (магистралью), общей шиной или просто шиной.

Количество проводов в шине называется ее разрядностью, а провода, из кото- рых она состоит, называются линиями шины. Легко заметить, что по линиям шины осуществляется параллельная передача кода, о которой шла речь в 3.2.11.

Для соединения с различными устройствами в шине предусмотрены разъемы стандартизированных форм и размеров. Разъемы шины делятся на сокеты (от socket — углубление, гнездо), слоты (от slot — узкая прорезь, паз) и порты (от port — вырезы в бортах судов для входа и выхода пассажиров, погрузки и раз- грузки грузов). Сокеты, обычно имеющие квадратную форму, и узкие щелевид- ные слоты предназначены для крепления микросхем процессоров и памяти, а пор- ты служат для подсоединения внешних устройств компьютера.

На рис. 4.3 в условном виде изображены фрагмент двадцатиразрядной шины и ее разъем.

На контактах разъема показан пример группы битов, одновременно передаваемых по линиям шины.

Из памяти в процессор по шине передаются очередные команды выполняющей- ся программы и данные, которые должны быть обработаны. Из процессора в па- мять на хранение передаются уже обработанные данные, а также адреса новых запрашиваемых данных. Кроме того, по шине передается необходимая управ- ляющая информация, обеспечивающая правильность передачи. Для передачи разных видов информации в шине используются различные группы проводов, различные линии. Линии шины, по которым передается необходимая управляю- щая информация, образуют шину управления. Часть шины, которая служит для передачи адресов полей или байтов оперативной памяти, называется адресной шиной. А когда говорят о линиях шины, отвечающих за передачу содержимого этих байтов, используют название шина данных.

Разрядность шины данных тесно связана с длиной машинного слова и часто бывает ей равна. В компьютере с процессором i8О86 используется шестнадцати- разрядная шина данных, то есть ее разрядность совпадает с длиной машинного слова и длиной слова памяти.

Каждая комбинация битов на линиях адресной шины (см. рис. 4.3) считается ад- ресом байта или поля оперативной памяти. Этот адрес всегда записывается дво- ичными или шестнадцатеричными цифрами, количество которых определяется разрядностью адресной шины. Так, например, при двадцатиразрядной адресной шине, которая используется в компьютере на базе процессора i8О86, адрес любого байта оперативной памяти задается ровно двадцатью двоичными или же пятью шестнадцатеричными цифрами (рис. 4.4). Именно в форме записи и состоит упоминавшееся ранее отличие номера байта от его адреса.

ВНИМАНИЕ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Физический адрес, или просто адрес байта оперативной памяти — это его порядко- вый номер, заданный соответствующим разрядности адресной шины количеством двоичных или шестнадцатеричных цифр.

Так как байт оперативной памяти может рассматриваться как частный случай поля, в дальнейшем изложении вместо оборота «адрес байта или поля памяти» как его сокращенный эквивалент применяется выражение «адрес поля памяти».

Используя физическую аналогию, можно сказать, что нулевой байт оперативной памяти является началом абсолютной системы отсчета адресов; при этом физи- ческие адреса байтов в этой системе отсчета являются абсолютными адресами.

Разрядность адресной шины играет важную роль в архитектуре компьютера, так как она определяет максимально возможный объем оперативной памяти компью- тера. Так, при двадцатиразрядной адресной шине существует всего 220 различ- ных комбинаций — различных адресов, состоящих из двадцати двоичных цифр. Следовательно, для обсуждаемой адресной шины возможна адресация максимум 220 байт, что составляет 1 048 576 байт, или 1 Мбайт.

ВНИМАНИЕ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Множество адресов оперативной памяти компьютера, находящихся в интервале от нулевого до максимально возможного адреса, который определяется разрядностью адресной шины, называется линейным адресным пространством или просто адрес- ным пространством. Объем адресного пространства определяется максимально возможным адресом и является важнейшей характеристикой компьютера.

Фактический объем оперативной памяти равен увеличенному на единицу мак- симальному номеру байтов, из которых она состоит. Этот объем, в отличие от объема адресного пространства, у разных экземпляров одной и той же модели компьютеров может быть различным.

Шина связывает между собой не только процессор и оперативную память: фак- тически, все устройства компьютера — диски, клавиатура (от лат. clavis — ключ,

то есть совокупность клавишей в различных устройствах), дисплей и т.

д. — так или иначе принимают и передают данные через шину (рис. 4.5). Именно поэтому ее называют общей шиной.

Рассмотрим в упрощенном варианте порядок обмена данными между устрой- ствами компьютера по общей шине. За каждым из подключенных к общей шине устройств компьютера закрепляется индивидуальный код устройства, который обеспечивает возможность точного задания получателя информации. При пере- даче данных, например, в оперативную память устройство-отправитель, напри- мер процессор, формирует на линиях адресной шины адрес поля памяти, в ко- торый должна быть произведена запись. Кроме того, на линиях шины данных формируется записываемый в это поле код, а на линиях управления — признак записи и коды устройств получателя и отправителя (в данном случае — опе- ративной памяти и процессора). Эту информацию одновременно получают все устройства компьютера, подключенные к общей шине, но воспринимает ее толь- ко одно устройство, код которого размещен на линиях шины управления как код устройства-получателя. В данном примере оперативная память, определив, что код на шине данных предназначен для нее, записывает его в поле, адрес которого находится на адресной шине. Аналогичным образом происходит передача дан- ных по общей шине и между другими устройствами, скажем, из оперативной памяти в процессор, на жесткие диски или дисплей компьютера и т. д. Разли- чие только в наборе и трактовке кодов на линиях шины управления и адресной шины.

Поскольку к общей шине обращаются все устройства компьютера, которые, во- обще говоря, могут выполнять свои действия независимо и одновременно, впол- не вероятна ситуация, когда несколько устройств в одно и то же время обратятся к шине с запросом на передачу по ней данных. Для разрешения таких кон- фликтных ситуаций предусмотрена специальная микросхема, которую называют арбитром шины, а выбор устройства, получающего доступ к шине, называется арбитражем шины.

Микросхема-арбитр по специальному алгоритму определяет, какое из обратив- шихся устройств имеет право на передачу, а какие устройства будут ждать, пока шина освободится.

Для этого присоединенным к общей шине устройствам при-

писываются специальные приоритеты. Устройство с наивысшим приоритетом получает разрешение на доступ к шине, а все остальные ставятся в очередь на обслуживание. Обычно устройства ввода/вывода имеют более высокий приори- тет перед процессором, так как во многих случаях из-за конструктивных особен- ностей (например, механических перемещений, вращения и т. д.) они не могут ждать, пока шина освободится.

Компьютеры, в которых для внутренней передачи данных используются шины, относят к компьютерам с шинной архитектурой. В современных компьютерах шины делятся на внутренние и внешние. Внутренняя шина находится внутри процессора и используется для передачи кодов между его внутренними частями, а внешние шины соединяют устройства вне центрального процессора. Кроме того, в составе вычислительной системы предусмотрено несколько специализированных шин, которые соединяют друг с другом оперативную память и процессор, про- цессор и дисплей и т. д. Такая схема обеспечивает существенное повышение мощ- ности и эффективности работы компьютера. Специализированные шины, входя- щие в состав современного компьютера, отличаются друг от друга разрядностью и еще одной важнейшей характеристикой — скоростью обмена, которую у шин называют еще и производительностью или пропускной способностью. Ско- рость обмена шины определяется как количество передаваемых по шине байтов в единицу времени. От разрядности и скорости обмена зависят тип и количество устройств компьютера, которые могут быть подсоединены к той или иной шине.

4.1.4.

<< | >>
Источник: Степанов А. Н.. Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей. 2007

Еще по теме Шина:

  1. Религия
  2. Анализ взаимодействия вибраций нумерологического кода в мандале
  3. Проявляйте гнев с пользой для себя
  4. Категории для оценки задания «газета»
  5. Категории для оценки задания «деревянная линейка»
  6. Особый метод поднятия чувства собственного достоинства
  7. ГЛАВА 13 ПЕРВЫЙ ВИЗИТ В РОДИТЕЛЬСКИЙ ДОМ
  8. Ч
  9. Методы Учителя
  10. Глава 1 Биография
  11. Л.О. Доліненко, В.О. Доліненко, С.О. Сарновська. Цивільне право України, 2006
  12. ЦИВІЛЬНЕ ПРАВО УКРАЇНИ
  13. ПЕРЕДМОВА