28. Шинная архитектура вс.

Компьютерная шина (computer bus, bidirectional universal switch - двунаправленный универсальный коммутатор) в архитектуре ком­пьютера - это подсистема, которая передаёт данные между функцио­нальными блоками компьютера. Обычно шина управляется драйве­ром. В отличие от связи точка-точка, к шине можно подключить не­сколько устройств по одному набору проводников.

Шина, которая подключается к центральному процессору, пред­ставляет собой группу линий передачи сигналов с адресной инфор­мацией, данными, а также управляющих сигналов. Приняв во внима­ние эту разницу в структуре и назначении данных, можно разделить эту шину на три части: шину адреса, шину данных и шину управле­ния. На рисунке 5.4 показана классическая схема организации ком­пьютера, работавшего по такому принципу. Схема ориентирована на работу с процессором i 80286 и соответствующими ему микросхема­ми обрамления: синхрогенератором i 82284 и шинным контроллером i 82288.

Рисунок 5.4 - Структуризация сигнальных линий «общей шины»

Описанная система без каких-либо поправок использовалась в ЭВМ семейства IBM PC XT. «Общая шина» пронизывала весь ком­пьютер, позволяя соединить в каждый момент времени процессор с одним из приборов памяти, либо одним из контроллеров периферий­ных устройств.

Наследием применения данной системы остается классификация вычислительных систем по ширине логических шин. Этими парамет­рами до сих пор пользуются конструкторы при определении парамет­ парамет­ров разрабатываемых систем. Например, шина данных выросла с 8 бит до 64 бит, шина адреса с 20 бит (1 Мб адресного пространства) возросла до 40 бит (1 Тб адресного пространства). Но наиболее серь­езные изменения претерпела шина управления.

Однако с точки зрения структурной организации вычислитель­ного процесса «общая шина» не давала достаточной свободы для разработчиков периферийных устройств и рекомендовала полную смену всего состава оборудования вычислительной системы. В со­временной типовой вычислительной системе используются не одна, а несколько шин (рисунок 5.5).

Рисунок 5.5 - Иерархическая организация шинной архитектуры

Как видно из рисунка, основные шины обозначаются как L-шина (локальная шина), S-шина (системная шина), М-шина (шина памяти) и X-шина (шина расширения).

Можно ввести понятие удаленности шины от процессора, считая, что чем больше буферов отделяют шину, тем она более удалена от процессора и меньше зависит от скорости его работы. Тогда L-шина может считаться ближайшей к процессору и самой скоростной. Схема, показанная на рисунке 5.4, в целом соответствует L-шине, линии адре­са и данных которой связаны непосредственно с процессором. S-шина занимает центральное место в структуре современной вычислительной системы, поскольку ее пропускная способность ог­раничивает скорость работы ЭВМ.

Применение многоуровневой буферизации позволяет компен­сировать разность скоростей информационного обмена между раз­ными шинами.

29. Назначение материнской платы.

В первых вычислительных системах не было ни материнских плат, ни какого-либо подобия данному устройству. ЭВМ состояла из отдельных блоков, которые объединялись интерфейсными кабелями.

От выбора материнской платы зависят:

• семейство и модель центрального процессора;

• объем и организация оперативной памяти;

• вид и количество устройств расширения, которые подключа­ются внутри системного блока и к его внешним интерфейсам.

Также можно утверждать и обратное, что выбор материнской платы зависит от выбора перечисленных устройств и параметров.

Среди устройств стандартной комплектации материнской пла­ты, кроме процессора, оперативной памяти и микросхем чипсета можно перечислить следующие:

• контроллер PS/2;

• интерфейсы работы с дисковыми устройствами SATA, PATA, Floppy;

• интерфейсы шины USB (до 12 выходов);

• звуковой адаптер;

• сетевой адаптер Ethernet;

• видеоадаптер с поддержкой ЭЭ-функций;

• интерфейс IEEE 1Э94.

Интерфейс RS-232 (порты COM и LPT), являвшийся основой устройств ввода/вывода до 2007 года включительно, сейчас является лишь дополнительной опцией.

Таким образом, реализуется принцип: устройства, которые необходимы для минимального уровня организации вычислительного процесса, должны быть интегрированы в материнскую плату.

Управление материнской платой осуществляется программами BIOS. Контроллеры, осуществляющие данное управление, входят в состав системного чипсета, устанавливаемого на материнскую плату.

На рынке представлен целый ряд производителей, однако в ка­ждом ценовом сегменте выбор конкретного бренда является скорее делом вкуса, чем объективной необходимостью. Бюджетный ценовой сегмент представлен в основном платами Asrock, Biostar, Palit, ECS, Foxconn, Gigabyte. Средний и высокий диапазоны - это ASUS, Abit, Gigabyte, MSI и другие бренды.

Все компоненты вычислительной системы, устанавливаемые на материнской плате, либо интегрированные в нее, каким-то образом должны быть соединены между собой. Это соединение осуществляется с помощью контактных магистралей, либо слотов расширения, сгруппированных и подключенных к контроллерам шин.

Количество слотов расширения, максимальное число разме­щаемых слотов памяти и особенности компоновки этих и всех дру­гих элементов зависит от размера системной платы.