2.2.2 Шины

Учебник освещает несколько путей передачи информации "на" и "от" CPU. В то время как некоторая передача информации происходит внутри процессора, все другие, как например, между CPU и оперативной памятью или между CPU и внешними устройствами, проходят через шину.

Рисунок ниже показывает, как физически проводники шины соединяют компоненты внутри системного модуля.

Рисунок 1. Схема шин для определенных компонентов компьютера

Шина – путь, по которому данные перемещаются из одного компонента компьютера к другому. Она состоит из шины данных и адресной шины. Шина данных непосредственно переносит данные, в то время как адресная шина переносит информацию о данных. Каждая шина имеет определенную ширину, скорость и скорость передачи. Ширина шины, также называемая длиной слова, измеряется в битах. 8-разрядная шина имеет восемь путей передачи, шириной в один бит, это означает, что она одновременно можно перенести восемь битов данных. Чем больше длина слова, тем больше данных может быть передано за определенное время. 64-разрядная шина может переносить в восемь раз больше данных в секунду, чем 8-разрядная шина, действующая с той же скоростью.

Скорость шины измеряется в герцах (Гц) (Hz), или циклах в секунду.

Скорость передачи данных определяет, сколько данных может быть перемещено от одного устройства к другому за одну секунду. Данные, проходящие через шину, могут пройти через слоты расширения, платы, порты и провода. Для шин, которые могут быть X-перекачивающими и/или Y- канальными, пиковая скорость передачи данных определяется произведением – длина слова (в байтах) * скорость * X * Y.

Один из путей увеличения скорости передачи данных – передавать данные несколько раз в течение цикла. На диаграмме ниже, параметр X-pumped (X-перекачивающие) указывает, что данные могут передаваться X раз в течение цикла. Другой путь увеличения объема переданных данных – увеличить число каналов, используемых для передачи данных. Параметр Y-channeled (Y-канальные) указывает, что Y каналов используются для передачи данных. Также, чем ближе компонент к чипсету, тем быстрее данные могут быть переданы на чипсет.

Таблицы ниже описывают списки шин, названных по устройству, через которое проходят данные.

Тип шины	Front side (Передняя шина)	RDRAM	DRAM	PCI	AGP	IDE	USB	FireWire
Ширина (в битах)	64	16	64	32-64	32	8	1	1
Скорость (MHz)	66-800	533	66-200	33-66	66-528	33-133	переменная	переменная
X-pumped	1-4	2	1-2	N/A	N/A	N/A	N/A	N/A
Y-channeled	N/A	1-2		N/A	N/A	1-2	N/A	N/A
Расстояние от чипсета	<0.1m	<0.1m		<1m	<1m	<1m	<10m	<10m
Пиковая скорость передачи	528MBps-6.4GBps	2.1-4.3 GBps	528MBps-6.4 GBps)	132-528 MBps	264MBps-2.1GBps	33-266 MBps	12-480 Mbps	400-800 Mbps

Таблица 1. Сравнение шин.

Следующие разделы дают больше информации о различных шинах, перечисленных выше.

Передняя шина (front side bus), указанная в таблице выше, – шина на системной плате, которая служит для передачи данных между CPU и чипсетом. Пока еще есть много шин более старых систем, в таблице – информация для процессоров Pentium. В современных компьютерах, есть большое несоответствие между скоростью системной шины и внутренней скоростью намного более быстрого CPU. Это означает, что одно из главных препятствий к более быстрой обработке – скорость передачи данных системной шиной.

Шина RDRAM и DRAM – примеры шин памяти. Поскольку CPU выбирает команды и данные из оперативной памяти, то чем меньше разница между скоростями ЦП и оперативной памяти, тем более эффективна работа системы. Поэтому, шины памяти часто бывают X-pumped или Y-channeled для того, чтобы увеличить скорость передачи данных для согласования с ЦП.

Следующие две шины в таблице выше связаны с двумя общими видами слотов расширения на системных платах – Peripheral Component Interconnect (PCI) и Accelerated Graphics Port (AGP)., Общий слот расширения – Industry Standard Architecture (ISA). ISA был оригинальным стандартом шины для перемещения данных от плат расширения к системной шине. Размер слова или ширина потока данных на шине ISA составляет 16 битов, при работе до 8 мгц. Сейчас он заменен на более быстрый – PCI (PCI Express), созданный Intel. Для дополнительного чтения, можно использовать следующий веб-сайт: Intel's PCI Express Architecture.

Главным толчком для этого развития были графические и сетевые платы. Раньше возможности графики и сетевых плат были ограничены медленной скоростью ISA. Длина слова для шины PCI составляет 32 бита (стандарт), работая в режиме 33 MHz, PCI предоставляет пропускную способность вплоть до 133MBps. Сейчас PCI – доминирующая шина. Однако, слоты ISA изредка еще можно встретить. Они устанавливались в системах, чтобы обеспечить использование старых плат расширения (как например, специальной платы звукового синтезатора).

Accelerated Graphics Port (AGP) – архитектура шины, подобная PCI, но она обеспечивает быстрый доступ видеокарты к системной памяти. На сегодняшний день, AGP используется только для графических плат, особенно тех, которые выполняют растрирование изображения в 3-D. AGP – очень быстрый порт, работающий на частоте 66 MHz с длиной слова в 32-разряда, и передающий 266 Mbps. Более новые машины используют 2x/4x/8x порты AGP. Это означает, что максимальная пропускная способность увеличена в два раза – 533 Mbps, в четыре раза – 1.07 Gbps и в 8 раз – 2.14 Gbps. Такие скорости позволяют проектировщикам видеокарт обращаться к данным из оперативной памяти компьютера и требовать меньше видеопамяти.

Шина IDE – интерфейс, передающий данные между запоминающими устройствами и чипсетом. Далее в этом модуле будет подробнее рассказано о IDE.

В то время как большинство шин, перечисленных в таблице и в других материалах курса, определяются параметрами длины слова, скорости и скорости передачи данных, шины USB (Универсальная Последовательная Шина) и FireWire (IEEE 1394) оцениваются другими параметрами. Они переносят данные в один бит за один раз в переменном темпе; они не оцениваются скоростью в MHz. Единственный фактор оценки для этих последовательных шин – пиковая скорость передачи данных.

USB 1.1 быстрее, чем стандартные последовательные (serial) соединения, с пиковой скоростью передачи данных 12 Mbps. В то время как USB считается медленной шиной и спроектирована, чтобы управлять среднескоростными внешними устройствами, FireWire, с чрезвычайно высокой скоростью передачи данных спроектирована для высокоскоростных внешних устройств, таких как DVD-ROM и жестких дисков.

Расширением USB 1.1 является USB 2.0, которая поддерживает скорости передач данных вплоть до 480 Mbps вместо 12 Mbps в USB 1.1. USB 2.0 полностью совместим с USB 1.1; для обеих спецификаций USB могут использоваться одни и те же провода и соединители. Чтобы остаться конкурентоспособным, появился FireWire 800 (IEEE 1394b) со скоростями передач данных вплоть до 800 Mbps, вдвое больше чем FireWire 400 (IEEE 1394a).