77. Шина даних. Типи шин даних.

. Шина даних. Типи шин даних.

Шина - це загальний канал зв'язку, використовуваний у ПК. Застосовується вона для організації взаємодії між двома і більше компонентами системи. У комп'ютері є кілька типів шин, у тому числі:

    * шина процесора;

    * шина адреси;

    * шина пам'яті;

    * шина вводу-виводу.

Коли говорять про шину, звичайно мають на увазі шину вводу-виводу, що іноді називають шиною розширення. Шина вводу-виводу - це "швидкісна магістраль" для передачі даних у комп'ютері. По цій шині проходить вся інформація, передана в різні вузли комп'ютера (відеоадаптер, дисководи, принтер і т.д.) чи зчитува з них. Зазначимо, что значну частину свого "робочого часу" шина обслуговує відеоадаптер.

Основна увага в даній главі буде приділена саме цьому типу шини.

Шина процесора

Шина процесора з'єднує мікропроцесор (CPU) з декількома безпосередньо зв'язаними з ним мікросхемами. Шина процесора використовується, наприклад, для передачі даних між процесором і основною системною шиною чи між процесором і зовнішнім кешем (мал. 4.9). Взаємодія шин у типовому комп'ютері на основі процесора Pentium показано на мал. 4.10.

У більшості сучасних комп'ютерів використовується зовнішній кеш (принаймні, він напевно є у високопродуктивних системах на основі процесорів 486, Pentium, Pentium Pro і Pentium II).

Оскільки шина процесора повинна обмінюватися інформацією з CPU з максимально високою швидкістю, у ПК вона функціонує набагато швидше будь-якої іншої шини. Сигнальні лінії (лінії електричного зв'язку), що представляють шину, призначені для передачі даних, адрес і сигналів керування між окремими компонентами комп'ютера. Наприклад, у комп'ютері з процесором 486 шина процесора складається з 32 ліній адреси, 32 ліній даних і декількох ліній керування; у комп'ютері з процесором Pentium - з 64 ліній даних, 32 ліній адрес і відповідних ліній керування. Комп'ютери Pentium Pro і Pentium II мають по 36 лінії адреси, відрізняються вони від процесора Pentium також способом підключення шини процесора (мал. 4.11).

Тактова частота, використовувана для передачі даних по шині процесора, відповідає зовнішній частоті процесора. Це варто враховувати, оскільки в більшості процесорів внутрішня тактова частота, що визначає швидкість роботи внутрішніх блоків, може перевищувати зовнішню. Так, наприклад, Pentium 100 має внутрішню частоту процесора 100 Мгц, у той час як зовнішня частота складає всего 66,6 Мгц. Процесори Pentium 133, Pentium 166 і Pentium Pro 200 задають для шини процесора тактову частоту 66,6 Мгц. У більшості сучасних комп'ютерів співвідношення власне частоти процесора і частоти шини відповідає: 1.5х, 2х, 2.5х, Зх і т.д.

Шина процесора, підключена до процесора, по кожній лінії даних може передавати один біт даних протягом одного чи двох періодів тактової частоти. Таким чином, у комп'ютері з процесором 486 за один такт можна передати 32 біт даних, а в комп'ютерах із процесорами Pentium, Pentium Pro і Pentium II - 64 біт.

Для визначення швидкості передачі даних по шині процесора необхідно помножити розрядність шини данных (32 - для процесора 486 і 64 - для процесора Pentium, Pentium Pro чи Pentium II) на тактову частоту шини (вона дорівнює базовій (зовнішньій) тактовій частоті CPU). Процесори Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro чи Pentium Pro з базовою тактовою частотою 66 МГц можуть передавати один біт по кожній лінії даних за один період тактової частоти, тому максимальна швидкість передачі даних складає 528 Мбайт/с:

66 МГц х 64 біт = 4224 Мбит/с; 4224 Мбит/с -т- 8 = 528 Мбайт/с.

Ця величина характеризує швидкість передачі данных, називану також смугою

 пропускання шини, і є максимальною. Як і всі максимальні величини, вона не відповідає середній робочій швидкості шини, що приблизно на 25% менше. Середня швидкість обміну знижується унаслідок впливу багатьох факторів, наприклад через обмежену швидкість надходження інформації із системної шини на шину процесора.

Шина пам'яті

Шина пам'яті призначена для передачі інформації між процесором і основною пам'яттю (RAM). Ця шина або є продовженням шини процесора, або являє собою незалежний набір спеціальних мікросхем для передачі інформації між шиною процесора і пам'яттю. Системи, засновані на процесорі з тактовою частотою вище 16 МГц, мають швидкість обміну даними, що перевищує можливості стандартних динамічних мікросхем RAM. Загалом, у всіх системах з тактовою частотою процесорів вище 16 МГц для згладжування невідповідностей між швидкою шиною процесора і повільною оперативною пам'яттю комп'ютера використовуються спеціальні мікросхеми контролера пам'яті. Звичайно це - ті ж самі ИС, що застосовуються в шині вводу-виводу. Шина пам'яті показана на мал. 4.12.

По шині пам'яті інформація передається з набагато меншою швидкістю, чим по шині процесора, тому що, по-перше, вона складається з меншої кількості ліній даних і, по-друге, інформація в мікросхемах пам'яті не може записуватися і відтворюватися з тією швидкістю, на яку здатний проце0сор. Слоти для модулів SIMM підключаються до шини пам'яті майже так само, як слоты розширення підключаються до шини вводу-виводу.

УВАГА

Розрядність шини пам'яті дорівнює розрядності шини процесора. У комп'ютерах із процесорами Pentium (з 64-розрядною шиною) повинна бути 64-розрядна шина пам'яті. Розрядність шини визначає розмір банку пам'яті. Так, наприклад, у процесорі 486DX4 - 32-розрядна шина, отже, одночасно в кожний банк пам'яті буде відсилатися 32 біт інформації. Якщо ви використовуєте 30-контактні (8-розрядні) модулі SIMM, то вам буде потрібно 4 модулі для формування банку пам'яті; якщо ж у системі використовуються 72-контактні (32-розрядні) модулі SIMM, то для формування банку пам'яті досить буде одного такого модуля. Шина процесора Pentium- 64-розрядна, тому для банку пам'яті завжди потрібно два модулі 72-контактних (32-розрядних) модуля SIMM. А якщо використовувати 64-розрядний 168-контактний модуль DIMM, то в систему з 64-розрядною шиною досить установити один такий модуль (тому що він один утворить банк пам'яті).

Шина адреси фактично є частиною шини процесора. Вище уже відзначалося, що шина процесора 486 чи Pentium складається з 32 чи 64 ліній даних, 32 ліній адреси і декількох ліній керування. (У Pentium Pro і Pentium II - по 36 ліній адреси.) Саме ці лінії адреси й утворять шину адреси. У більшості блок-схем вона не відокремлюється від шини процесора.

Шина адреси необхідна для виконання операцій з пам'яттю. По ній передаються адреси даних. Розрядність шини адреси визначає обсяг пам'яті, адресуємої процесором.