Шины

Шина - это группа проводников, соединяющих различные устройства. Шины могут быть внутренними по отношению к процессору и внешними. Внутренние служат для передачи данных в АЛУ. Внешние связывают процессор с памятью или устройствами ввода-вывода.

Все связанные с шиной устройства при взаимодействии с ней должны придерживаться некоторого набора правил – называемого протоколом шины. Он необходим для того чтобы к одной шине можно было подключать устройства разных производителей.

Примеры известных шин:

PCI (Peripheral Component Interconnect), USB (Universal Serial Bus),

ISA (Industry Standard Architecture).

В современном ПК довольно много шин периферийных устройств (USB, FireWare и др.), работающих на разных скоростях, поэтому для оптимизации работы ПК на материнской плате реализованы два моста: северный – для высокоскоростных периферийных устройств, таких как видеоадаптер, и южный – для низкоскоростных периферийных устройств, таких как SerialATA (не удивляйся, SATA считается низкоскоростным устройством), USB, FireWare. Северный мост подключен к шине процессора, а южный - к северному мосту по специальной шине.

Зачем придумали шину

В 70-х годах, после изобретения первого микропроцессора и создания первого персонального компьютера, встал вопрос о возможностях расширения компьютера без замены материнской платы. Было решено использовать гнезда расширения, расположенные непосредственно на материнской плате, в которые подключались платы расширения. Первым компьютером, обладавшим гнездами расширения, был Apple II. Он получил большую популярность именно благодаря наличию в нем этих гнезд. Архитектура этого компьютера с незначительными изменениями легла в основу IBM PC. Такое устройство ПК, с возможностью вставлять в системный блок дополнительные платы, получило название "открытая архитектура". Благодаря открытой архитектуре сейчас мы можем выбирать видеокарту какого производителя нам покупать, через какой модем выходить в Интернет и каким звуком наслаждаться. А из-за того, что инженеры IBM подробно документировали спецификацию шины расширений и открыли свободный доступ к документации, заинтересованные фирмы получили возможность создавать собственные платы расширения, увеличивая популярность и возможности персонального компьютера.

Одни устройства, связанные с шиной, являются активными и могут инициировать передачу информации по шине. Их называют задающими устройствами. Другие устройства являются пассивными и могут только ждать запросов. Их называют подчиненными устройствами. Одни и те же устройства могут быть как задающими, так и подчиненными.

Пример:

1.Процессор запрашивает контроллер жестких дисков о чтении: процессор – задающее устройство, контроллер – подчиненное.

2.Жесткий диск произвел чтение и теперь его контроллер запрашивает память на запись: память – подчиненное устройство, контроллер – задающее.

P.S.: память никогда не может быть задающим устройством!

Обычно сами устройства не могут давать достаточно интенсивного сигнала, поэтому они подключаются к шине через одно из специальных устройств (драйвер шины для задающих, приемник шины для подчиненных или приемопередатчик шины для устройств, которые могут играть обе роли).

Устройство шин

Обычно шина содержит набор адресных линий, набор информационных линий и набор линий управления.

Ширина шины - общее количество линий.

Кол-во адресных задает максимальное адресуемое процессором пространство памяти.

Кол-во информационных линий влияет на скорость передачи данных.

Скорость передачи данных также можно повысить за счет сокращения времени цикла шины, т.е. сделать большее количество передач в секунду. Но чем больше скорость тем больше перекос шины (явление, когда по разным линиям данные передаются за разный промежуток времени разной скоростью).

Многие современные шины - мультиплексные, т.е. у них одни и те же линии используются как для данных, так и для адреса.

Синхронизация шины

Синхронные шины - шина, которая содержит линию синхронизации, запускаемую кварцевым генератором. Любое действие занимает целое число циклов шины.

Асинхронная шина не содержит задающего генератора. Циклы такой шины могут быть разной длины и необязательно одинаковыми для разных устройств.

Пример

Пусть у нас есть синхронная шина с тактовым генератором, производящим сигнал каждые 25 нс (40 МГц).

Время чтения из памяти пусть занимает 40 нс.

Посмотрим как будет работать такая синхронная шина, если понадобилось прочитать данные из памяти.

Нам понадобятся следующие линии (наборы линий):

Ф – синхронизирующий сигнал, Aдрес – адресные линии,

Данные – информационные линии,

Mreq – сигнал обращения к памяти (а не к устройству ввода-вывода),

Rd – сигнал чтения (а не записи), Wait – сигнал ожидания.

Ф – синхронизирующий сигнал, Aдрес – адресные линии,

Данные – информационные линии,

Mreq – сигнал обращения к памяти (а не к устройству ввода-вывода),

Rd – сигнал чтения (а не записи), Wait – сигнал ожидания.

См. документ «Цикл чтения-пример»

Т1			Т2			Т3

S

Адрес

A

Данные

D

M

R

W

Время