SlideShare a Scribd company logo
1 of 8
Лекция № 11. Системные шины
План лекции:
1. Понятие системной шины.
2. Виды системных шин.
3. Принцип работы магистрали.
4. Современные типы шин.
Системная шина — это «паутина», соединяющая между собой все устройства и отвечающая
за передачу информации между ними. Расположена она на материнской плате и внешне не видна.
Системная шина — это набор проводников (металлизированных дорожек на материнской плате),
по которым передается информация в виде электрических сигналов.
Системная магистраль - это среда передачи сигналов управления, адресов, данных, к
которой параллельно и одновременно может подключаться несколько компонентов
вычислительной системы. Физически системная магистраль представляет собой параллельные
проводники на материнской плате, которые называются линиями. Но это еще и алгоритмы, по
которым передаются сигналы, правила интерпретации сигналов, дисциплины обслуживания
запросов, специальные микросхемы, обеспечивающие эту работу. Весь этот комплекс образует
понятие интерфейс системной магистрали или стандарт обмена.
Магистраль
С появлением на рынке системы Windows, заметно упростилась работа с компьютером. Но
для установки нового оборудования все же приходится открывать системный блок. Многим
пользователям это явно не по душе, поэтому они делают это неохотно. Требовался более простой
способ подключения устройств к компьютеру, без специальной настройки, позволяющей
устройствам устанавливаться автоматически. Цель упрощения была также и в другом -
устройства должны добавляться и удаляться без перезагрузки компьютера.
Первым шагом на пути к этому стала универсальная последовательная шина или USB.
Шина - это группа электрических каналов, передающая до 32 двоичных цифр (битов) за
один раз. Процессоры, вроде Intel Pentium и его конкурентов, способны обрабатывать все 32
двоичные цифры одновременно, поэтому они и называются 32-битные процессоры.
Шины работают с разными скоростями, измеряемыми в мегагерцах (MHz). Число бит в
шине вместе со скоростью передачи данных определяет тип процессора, который может быть к
ней подключен. В старых процессорах использовались восьмибитные шины, работающие с
низкой частотой. Нынешний стандарт - 32-битные с частотой 133MHz, а старые Pentium II и III
работают с частотой 100MHz.
Процессоры работают быстрее, чем шины, к которым они прикреплены, и имеют
внутреннюю скорость в несколько раз превосходящую скорость шины. Pentium с частотой
200MHz работает в три раза быстрее, чем 66MHz шина, а Pentium II 333MHz работает в пять
раз быстрее своей шины. В настоящий момент скорость шины не превышает 133MHz, так как
процессоры все ускоряются, соотношение их скоростей растет. Самый быстрый чип Pentium
III, например, имеет отношение скоростей процессора и шины, равное 7,5:1.
Состав магистрали
Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины:
● шину данных,
● шину адреса,
● шину управления.
Они представляют собой многопроводные линии. К магистрали
подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные
устройства ввода и вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на
машинной языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).
Шина данных
Шина данных служит для пересылки данных между ЦП и памятью или ЦП и
устройствами ввода/вывода. Эти данные могут представлять собой как команды ЦП, так и
информацию, которую ЦП посылает в порты ввода/вывода или принимает оттуда. Таким
образом, данные по шине данных могут передаваться от одного устройства к другому в любом
направлении.
Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством
двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором
одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития
компьютерной техники.
В МП 8088 шина данных имеет ширину 8 разрядов. В МП 8086, 80186, 80286 ширина
шины данных 16 разрядов; в МП 80386, 80486, Pentium и Pentium Pro - 32 разряда.
Шина адреса
Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются
данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной
памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней
передаются в одном направлении - от процессора к оперативной памяти и устройствам
(однонаправленная шина).
Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное
пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут
иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по
формуле:
N = 2I
, где I - разрядность шины адреса.
Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных
компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество
адресуемых ячеек памяти равно:
N = 2 36
= 68 719 476 736
Шина управления
По шине управления передаются управляющие сигналы, определяющие характер
обмена информацией по магистрали и предназначенные памяти и устройствам ввода/вывода.
Сигналы управления показывают, какую операцию - считывание или запись информации из
памяти - нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так
далее. Магистральная организация предполагает наличие управляющего модуля. Основное
назначение этого модуля - организация передачи слова между двумя другими модулями.
Виды шин
Шины могут быть синхронными (осуществляющими передачу данных только по
тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в произвольные
моменты времени), а также использовать различные схемы арбитража (то есть способа
совместного использования шины несколькими устройствами). Если обмен информацией
ведется между периферийным устройством и контроллером, то соединяющая их линия
передачи данных называется интерфейсом передачи данных, или просто интерфейсом. Среди
применяемых в персональных компьютерах интерфейсов выделяются стандарты EIDE и SCSI.
Шина с тремя состояниями
Три состояние на шине - это состояния высокого уровня, низкого уровня и 3-ее состояние. 3-ее
состояние позволяет устройству или процессору отключиться от шины и не влиять на уровни,
устанавливаемые на шине другими устройствами или процессорами. Таким образом, только
одно устройство является ведущим на шине. Управляющая логика активизирует в каждый
конкретный момент только одно устройство, которое становиться ведущим. Когда устройство
активизировано, оно помещает свои данные на шину, все же остальные потенциальные
ведущие переводятся в пассивное состояние. К шине может быть подключено много приемных
устройств. Сочетание управляющих и адресных сигналов, определяет для кого именно
предназначаются данные на шине. Управляющая логика возбуждает специальные
стробирующие сигналы, чтобы указать получателю когда ему следует принимать данные.
Получатели и отправители могут быть однонаправленными и двунаправленными.
Как происходят операции на магистрали?
Операция на системной магистрали начинается с того, что управляющий модуль
устанавливает на шине кодовое слово модуля - отправителя и активизирует линию строба
отправителя. Это позволяет модулю, кодовое слово которого установлено на шине, понять, что
он является отправителем. Затем управляющий модуль устанавливает на кодовое слово модуля
- получателя и активизирует линию строба получателя. Это позволяет модулю, кодовое слово
которого установлено на шине, понять, что он является получателем.
После этого управляющий модуль возбуждает линию строба данных, в результате чего
содержимое регистра отправителя пересылается в регистр получателя. Этот шаг может быть
повторен любое число раз, если требуется передать много слов. Данные пересылаются от
отправителя получателю в ответ на импульс, возбуждаемый управляющим модулем на
соответствующей линии строба. При этом предполагается, что к моменту появления импульса
строба в модуле - отправителе данные подготовлены к передаче, а модуль - получатель готов
принять данные. Такая передача данных носит название синхронной (синхронизированной).
Процессы на магистралях могут носить асинхронный характер. Передачу данных от
отправителя получателю можно координировать с помощью линий состояния, сигналы на
которых отражают условия работы обоих модулей. Как только модуль назначается
отправителем, он принимает контроль над линией готовности отправителя, сигнализируя с ее
помощью о своей готовности принимать данные. Модуль, назначенный получателем,
контролирует линию готовности получателя, сигнализируя с ее помощью о готовности
принимать данные.
При передаче данных должны соблюдаться два условия. Во-первых, передача
осуществляется лишь в том случае, если получатель и отправитель сигнализируют о своей
готовности. Во-вторых, каждое слово должно передаваться один раз. Для обеспечения этих
условий предусматривается определенная последовательность действий при передачи данных.
Эта последовательность носит название протокола.
В соответствии с протоколом отправитель, подготовив новое слово, информирует об
этом получателя. Получатель, приняв очередное слово, информирует об этом отправителя.
Состояние линий готовности в любой момент времени определяет действия, которые должны
выполнять оба модуля.
Каждый шаг в передаче данных от одной части системы к другой называется циклом
магистрали (или часто машинным циклом). Частота этих циклов определяется тактовыми
сигналами ЦП. Длительность цикла магистрали связана с частотой тактовых сигналов.
Шина USB
Сегодня USB-шина очень популярна, но когда-то компания Windows весьма слабо
поддерживала эту идею. После выпуска Windows 98 и Apple iMac, USB стала набирать
обороты и появилось огромное количество USB-устройств.
Шина USB (Universal Serial Bus) - универсальная шина, предназначенная для легкого и
быстрого подключения периферийных устройств. Стандарт разработали семь компаний:
Compaq, Digital Equipment, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. USB-шнур
представляет собой две скрученные пары: по одной паре происходит передача данных в
каждом направлении (дифференциальное включение), а другая есть линия питания (+5 V).
Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB часто позволяет
применять устройства без собственного блока питания (если эти устройства потребляют ток
силой не более 500 мА).
К одному компьютеру можно подсоединить до 127 устройств через цепочку
концентраторов (они используют топологию звезда). Причем эти устройства могут быть
самыми разными - начиная от клавиатуры с мышью и кончая сканерами и цифровыми
камерами.
Передача данных по шине может осуществляться как в асинхронном, так и в
синхронном режиме. В USB обмен информации с быстрыми устройствами идет на скорости 12
Мbits/s, а с медленными - 1.5 Мbits/s. Все подключенные к USB-устройства конфигурируются
автоматически (PnP) и допускают Hot-Swap включение/выключение (без перезагрузки или
выключения компьютера). Достигается это следующим образом. При подключении кабеля к
USB-разъему контроллер USB-контроллер
чувствует скачок напряжения и подает соответствующий сигнал операционной системе, а она
загружает драйвер, который и обеспечивает работу устройства на программном уровне. Или,
если драйвер не был установлен, система, видя это безобразие, опознает устройство и
самостоятельно или с помощью пользователя ставит необходимые драйвера. При дальнейшем
включении/выключении этого устройство инициализация происходит, как описано в первом
случае. Во время опознавания на экране появляется соответствующее сообщение, а изменения
в Device Manager'е происходят автоматически. Устройство также сообщает информацию о его
типе, производителе, назначении и требуемой пропускной способности. Ему назначается
уникальный идентификационный номер. Это все, что нужно, никаких вопросов об IRQ,
адресах портов и DMA больше не будет. Правда, одно прерывание все же нужно - для самого
контроллера USB.
Для взаимодействия устройств используется кабель, имеющий на концах разъемы,
напоминающие телефонные. Существует два вида разъемов: разъем типа "А" и разъем типа
"B". Как правило, устройство подключается к кабелю одним разъемом (B), а другим к USB-
порту (A). Устройства можно подключать по цепочке, для этого они могут иметь
дополнительный порт для подключения кабеля, идущего на следующее устройство. Однако это
не всегда так. Поэтому существуют специальные USB-хабы, подключаемые к порту USB и
делящих его на несколько. Есть хабы с блоком питания, они позволяют в некоторой степени
обойти ограничение на электрическую нагрузку. Хаб является обычным USB-устройством,
поэтому их количество может быть более одного; их тоже можно включать в цепочку. Старые
компьютеры, не имеющие USB (сейчас USB-контроллер встраивается непосредственно в
чипсет), можно оснастить картой типа PCI to USB.
Теоретически к шине USB можно подключить все что угодно - хоть жесткий диск или
систему видеомонтажа. Такие устройства даже существуют и покупаются. Но это уже, как
говориться, попытка совместить несовместимое. Все упирается в максимальную пропускную
способность шины. Ее хватает только для передачи видео очень посредственного качества.
Жесткий диск тоже будет сильно притормаживать, так как 12 мегабит для жесткого диска - не
скорость. Единственная область, где ему можно найти применение, это роль "большой
дискеты" или использование в качестве второго диска большой емкости в портативном
компьютере, но уж писать высококачественный AVI-файл в реальном времени на такой агрегат
никак не получится. Правда, на подходе USB 2.0, где скорость будет намного увеличена.
Чем выше тактовая частота системной шины, тем быстрее будет осуществляться передача
информации между устройствами и, как следствие, увеличится общая
производительность компьютера, т. е. повысится скорость компьютера.
В персональных компьютерах используются системные шины стандартов ISA, EISA, VESA,
VLB и PCI. ISA, EISA, VESA и VLB, которые в настоящее время являются устаревшими и не
выпускаются на современных материнских платах. Сегодня самой распространенной является
шина PCI.
Существуют и специализированные шины, например внутренние шины процессоров или
шина для подключения видеоадаптеров — AGP.
Все стандарты различаются как по числу и использованию сигналов, так и по протоколам
их обслуживания.
Шина входит в состав материнской платы, на которой располагаются ее проводники и
разъемы (слоты) для подключения плат адаптеров устройств (видеокарты, звуковые карты,
внутренние модемы, накопители информации, устройства ввода/вывода и т. д.) и расширений
базовой конфигурации (дополнительные пустующие разъемы).
Существуют 16- и 32-разрядные, высокопроизводительные (VESA, VLB, AGP и PCI с
тактовой частотой более 16 МГц) и низкопроизводительные (ISA и EISA с тактовой частотой 8 и
16 МГц) системные шины. Также шины, разработанные по современным стандартам (VESA, VLB
и PCI), допускают подключение нескольких одинаковых устройств, например нескольких жестких
дисков, а шина PCI обеспечивает самоконфигурируемость периферийного
(дополнительного) оборудования — поддержку стандарта Plug and Play, исключающего ручную
конфигурацию аппаратных параметров периферийного оборудования при его изменении или
наращивании. Операционная система, поддерживающая этот стандарт, сама настраивает
оборудование, подключенное по шине PCI, без вмешательства пользователя.
Имеются как 64-разрядные расширения шины PCI, так и 32-разрядные, работающие на
частоте 66 МГц.
Одной из популярных шин персональных компьютеров была системная шина IBM PC/XT,
обеспечивавшая передачу 8 бит данных. Кроме того, эта шина включала 20 адресных линий,
которые ограничивали адресное пространство пределом в 1 Мбайт. Для работы с внешними
устройствами в этой шине были предусмотрены также 4 линии аппаратных прерываний (IRQ) и 4
линии для требования внешними устройствами прямого доступа к памяти (DMA). Для
подключения плат расширения использовались специальные 62-контактные разъемы. При этом
системная шина и микропроцессор синхронизировались от одного тактового генератора с частотой
4.77 МГц. Таким образом теоретическая скорость передачи данных могла достигать немногим
более 4 Мбайт/с.
Системная шина ISA (Industry Standard Architecture) впервые стала применяться в
персональных компьютерах IBM PC/AT на базе процессора i286. Эта системная шина отличалась
наличием второго, 36-контактного дополнительного разъема для соответствующих плат
расширения. За счет этого количество адресных линий было увеличено на 4, а данных - на 8, что
позволило передавать параллельно 16 бит данных и обращаться к 16 Мбайт системной памяти.
Количество линий аппаратных прерываний в этой шине было увеличено до 15, а каналов прямого
доступа - до 7. Системная шина ISA полностью включала в себя возможности старой 8-разрядной
шины. Шина ISA позволяет синхронизировать работу процессора и шины с разными тактовыми
частотами. Она работает на частоте 8 МГц, что соответствует максимальной скорости передачи 16
Мбайт/с.
С появлением процессоров i386, i486 и Pentium шина ISA стала узким местом персональных
компьютеров на их основе. Новая системная шинаEISA (Extended Industry Standard
Architecture), появившаяся в конце 1988 года, обеспечивает адресное пространство в 4 Гбайта, 32-
битовую передачу данных (в том числе и в режиме DMA), улучшенную систему прерываний и
арбитраж DMA, автоматическую конфигурацию системы и плат расширения. Устройства шины
ISA могут работать на шине EISA.
Шина EISA предусматривает централизованное управление доступом к шине за счет
наличия специального устройства - арбитра шины. Поэтому к ней может подключаться несколько
главных устройств шины. Улучшенная система прерываний позволяет подключать к каждой
физической линии запроса на прерывание несколько устройств, что снимает проблему количества
линий прерывания. Шина EISA тактируется частотой около 8 МГц и имеет максимальную
теоретическую скорость передачи данных 33 Мбайт/с.
Шина MCA также обеспечивает 32-разрядную передачу данных, тактируется частотой 10
МГц, имеет средства автоматического конфигурирования и арбитража запросов. В отличие от
EISA она не совместима с шиной ISA и используется только в компьютерах компании IBM.
Шина VL-bus, предложенная ассоциацией VESA (Video Electronics Standard Association),
предназначалась для увеличения быстродействия видеоадаптеров и контроллеров дисковых
накопителей для того, чтобы они могли работать с тактовой частотой до 40 МГц. Шина VL-bus
имеет 32 линии данных и позволяет подключать до трех периферийных устройств, в качестве
которых наряду с видеоадаптерами и дисковыми контроллерами могут выступать и сетевые
адаптеры. Максимальная скорость передачи данных по шине VL-bus может составлять около 130
Мбайт/с. После появления процессора Pentium ассоциация VESA приступила к работе над новым
стандартом VL-bus версии 2, который предусматривает использование 64-битовой шины данных и
увеличение количества разъемов расширения. Ожидаемая скорость передачи данных - до 400
Мбайт/с.
Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) также, как и шина VL-bus, поддерживает 32-
битовый канал передачи данных между процессором и периферийными устройствами, работает на
тактовой частоте 33 МГц и имеет максимальную пропускную способность 120 Мбайт/с. При
работе с процессорами i486 шина PCI дает примерно те же показатели производительности, что и
шина VL-bus. Однако, в отличие от последней, шина PCI является процессорно независимой
(шина VL-bus подключается непосредственно к процессору i486 и только к нему). Ee легко
подключить к различным центральным процессорам. В их числе Pentium, Alpha, R4400 и PowerPC.
Шина VME приобрела большую популярность как шина ввода/вывода в рабочих станциях
и серверах на базе RISC-процессоров. Эта шина высоко стандартизована, имеется несколько
версий этого стандарта. В частности, VME32 - 32-битовая шина с производительностью 30
Мбайт/с, а VME64 - 64-битовая шина с производительностью 160 Мбайт/с.
В однопроцессорных и многопроцессорных рабочих станциях и серверах на основе
микропроцессоров SPARC одновременно используются несколько типов шин: SBus, MBus и
XDBus, причем шина SBus применяется в качестве шины ввода/вывода, а MBus и XDBus - в
качестве шин для объединения большого числа процессоров и памяти.
Шина SBus (известная также как стандарт IEEE-1496) имеет 32-битовую и 64-битовую
реализацию, работает на частоте 20 и 25 МГц и имеет максимальную скорость передачи данных в
32-битовом режиме равную соответственно 80 или 100 Мбайт/с. Шина предусматривает режим
групповой пересылки данных с максимальным размером пересылки до 128 байт. Она может
работать в двух режимах передачи данных: режиме программируемого ввода/вывода и в режиме
прямого доступа к виртуальной памяти (DVMA). Последний режим особенно эффективен при
передаче больших блоков данных.
Шина MBus работает на тактовой частоте 50 МГц в синхронном режиме с
мультиплексированием адреса и данных. Общее число сигналов шины равно 100, а разрядность
шины данных составляет 64 бит. По шине передаются 36-битовые физические адреса. Шина
обеспечивает протокол поддержания когерентного состояния кэш-памяти нескольких (до четырех)
процессоров, имеет максимальную пропускную способность в 400 Мбайт/с, а типовая скорость
передачи составляет 125 Мбайт/с. Отличительными свойствами шины MBus являются:
возможность увеличения числа процессорных модулей, поддержка симметричной
мультипроцессорной обработки, высокая пропускная способность при обмене с памятью и
подсистемой ввода/вывода, открытые (непатентованные) спецификации интерфейсов.
Шина MBus была разработана для относительно небольших систем (ее длина
ограничивается десятью дюймами, что позволяет объединить до четырех процессоров с кэш-
памятью второго уровня и основной памятью). Для построения систем с большим числом
процессоров нужна большая масштабируемость шины. Одна из подобного рода шин - XDBus,
используется в серверах SPARCserver 1000 (до 8 процессоров) и SPARCcenter 2000 (до 20
процессоров) компании Sun Microsystems и SuperServer 6400 компании Cray Research (до 64
процессоров). XDBus представляет собой шину, работающую в режиме расщепления транзакций.
Это позволяет ей, имея пиковую производительность в 400 Мбайт/с, поддерживать типовую
скорость передачи на уровне более 310 Мбайт/с.
В современных компьютерах часто применяются и фирменные (запатентованные) шины,
обеспечивающие очень высокую пропускную способность для построения многопроцессорных
серверов. Одной из подобных шин является системная шина POWERpath-2, которая применяется в
суперсервере Chellenge компании Silicon Graphics. Она способна поддерживать эффективную
работу до 36 процессоров MIPS R4400 (9 процессорных плат с четырьмя 150 МГц процессорами
на каждой плате) с общей расслоенной памятью объемом до 16 Гбайт (коэффициент расслоения
памяти равен восьми). POWERpath-2 имеет разрядность данных 256 бит, разрядность адреса 40
бит, и работает на частоте 50 МГц с пониженным напряжением питания. Она поддерживает
методику расщепления транзакций, причем может иметь до восьми отложенных транзакций
чтения одновременно. При этом арбитраж шины адреса и шины данных выполняется независимо.
POWERpath-2 поддерживает протокол когерентного состояния кэш-памяти каждого процессора в
системе.
Одной из наиболее популярных шин ввода-вывода в настоящее время является шина SCSI.
Под термином SCSI - Small Computer System Interface (Интерфейс малых вычислительных
систем) обычно понимается набор стандартов, разработанных Национальным институтом
стандартов США (ANSI) и определяющих механизм реализации магистрали передачи данных
между системной шиной компьютера и периферийными устройствами. На сегодняшний день
приняты два стандарта (SCSI-1 и SCSI-2). Стандарт SCSI-3 находится в процессе доработки.
Начальный стандарт 1986 года, известный теперь под названием SCSI-1, определял рабочие
спецификации протокола шины, набор команд и электрические параметры. В 1992 году этот
стандарт был пересмотрен с целью устранения недостатков первоначальной спецификации
(особенно в части синхронного режима передачи данных) и добавления новых возможностей
повышения производительности, таких как "быстрый режим" (fast mode), "широкий режим" (wide
mode) и помеченные очереди. Этот пересмотренный стандарт получил название SCSI-2 и в
настоящее время используется большинством поставщиков вычислительных систем.
Первоначально SCSI предназначался для использования в небольших дешевых системах и
поэтому был ориентирован на достижение хороших результатов при низкой стоимости.
Характерной его чертой является простота, особенно в части обеспечения гибкости
конфигурирования периферийных устройств без изменения организации основного процессора.
Главной особенностью подсистемы SCSI является размещение в периферийном оборудовании
интеллектуального контроллера.
Для достижения требуемого высокого уровня независимости от типов периферийных
устройств в операционной системе основной машины, устройства SCSI представляются
имеющими очень простую архитектуру. Например, геометрия дискового накопителя
представляется в виде линейной последовательности одинаковых блоков, хотя в действительности
любой диск имеет более сложную многомерную геометрию, содержащую поверхности, цилиндры,
дорожки, характеристики плотности, таблицу дефектных блоков и множество других деталей. В
этом случае само устройство или его контроллер несут ответственность за преобразование
упрощенной SCSI модели в данные для реального устройства.
Стандарт SCSI-2 определяет в частности различные режимы: Wide SCSI, Fast SCSI и Fast-
and-Wide SCSI. Стандарт SCSI-1 определяет построение периферийной шины на основе 50-
жильного экранированного кабеля, описывает методы адресации и электрические характеристики
сигналов. Шина данных SCSI-1 имеет разрядность 8 бит, а максимальная скорость передачи
составляет 5 Мбайт/сек. Fast SCSI сохраняет 8-битовую шину данных и тем самым может
использовать те же самые физические кабели, что и SCSI-1. Он отличается только тем, что
допускает передачи со скоростью 10 Мбайт/сек в синхронном режиме. Wide SCSI удваивает либо
учетверяет разрядность шины данных (либо 16, либо 32 бит), допуская соответственно передачи со
скоростью либо 10, либо 20 Мбайт/сек. В комбинации Fast-and-Wide SCSI возможно достижение
скоростей передачи 20 и 40 Мбайт/сек соответственно.
Однако поскольку в обычном 50-жильном кабеле просто не хватает жил, комитет SCSI
решил расширить спецификацию вторым 66-жильным кабелем (так называемый B-кабель). B-
кабель имеет дополнительные линии данных и ряд других сигнальных линий, позволяющие
реализовать режим Fast-and-Wide.
В реализации режима Wide SCSI предложена также расширенная адресация, допускающая
подсоединение к шине до 16 устройств (вместо стандартных восьми). Это значительно
увеличивает гибкость подсистемы SCSI, правда приводит к появлению дополнительных проблем,
связанных с эффективностью ее использования.
Реализация режимов Wide-SCSI и Fast-and-Wide SCSI до 1994 года редко использовалась,
поскольку эффективность их применения не была достаточно высокой. Однако широкое
распространение дисковых массивов и дисковых накопителей со скоростью вращения 7200
оборотов в минуту делают эту технологию весьма актуальной.
Следует отметить некоторую путаницу в терминологии. Часто стандартный 50-контактный
разъем также называют разъемом SCSI-1, а более новый микроразъем - разъемом SCSI-2. Стандарт
SCSI определяет только количество жил в кабеле, и вообще не определяет тип разъема.

More Related Content

What's hot

тест по теме микропроцессорные системы
тест по теме микропроцессорные системытест по теме микропроцессорные системы
тест по теме микропроцессорные системы
JIuc
 
Аппаратная реализация персонального компьютера
Аппаратная реализация персонального компьютераАппаратная реализация персонального компьютера
Аппаратная реализация персонального компьютера
student_SSGA
 
035
035035
035
JIuc
 
Лекция №5 Организация ЭВМ и систем
Лекция №5 Организация ЭВМ и системЛекция №5 Организация ЭВМ и систем
Лекция №5 Организация ЭВМ и систем
pianist2317
 
42
4242
42
JIuc
 
175.компьютерные науки сети
175.компьютерные науки сети175.компьютерные науки сети
175.компьютерные науки сети
ivanov15666688
 

What's hot (20)

тест по теме микропроцессорные системы
тест по теме микропроцессорные системытест по теме микропроцессорные системы
тест по теме микропроцессорные системы
 
Аппаратная реализация персонального компьютера
Аппаратная реализация персонального компьютераАппаратная реализация персонального компьютера
Аппаратная реализация персонального компьютера
 
035
035035
035
 
Лекция №5 Организация ЭВМ и систем
Лекция №5 Организация ЭВМ и системЛекция №5 Организация ЭВМ и систем
Лекция №5 Организация ЭВМ и систем
 
Lesson1
Lesson1Lesson1
Lesson1
 
Lekt 13 snmup_decrypted
Lekt 13 snmup_decryptedLekt 13 snmup_decrypted
Lekt 13 snmup_decrypted
 
[DD] 10. Memory
[DD] 10. Memory[DD] 10. Memory
[DD] 10. Memory
 
Процессор
ПроцессорПроцессор
Процессор
 
36арл
36арл36арл
36арл
 
07. Работа с битами и невыровненными данными
07. Работа с битами и невыровненными данными07. Работа с битами и невыровненными данными
07. Работа с битами и невыровненными данными
 
процессоры презентация
процессоры   презентацияпроцессоры   презентация
процессоры презентация
 
Адресация в ip сетях
Адресация в ip сетяхАдресация в ip сетях
Адресация в ip сетях
 
РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ШУМОПОДАВЛЕНИЯ В РЕЧЕВОМ ТРАКТЕ СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ Н...
РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ШУМОПОДАВЛЕНИЯ В РЕЧЕВОМ ТРАКТЕ СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ Н...РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ШУМОПОДАВЛЕНИЯ В РЕЧЕВОМ ТРАКТЕ СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ Н...
РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ШУМОПОДАВЛЕНИЯ В РЕЧЕВОМ ТРАКТЕ СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ Н...
 
Лекция №4 Организация ЭВМ и систем (продолжение)
Лекция №4 Организация ЭВМ и систем (продолжение)Лекция №4 Организация ЭВМ и систем (продолжение)
Лекция №4 Организация ЭВМ и систем (продолжение)
 
Lekt 04 5-osi_decrypted
Lekt 04 5-osi_decryptedLekt 04 5-osi_decrypted
Lekt 04 5-osi_decrypted
 
Стек протоколов ip
Стек протоколов ipСтек протоколов ip
Стек протоколов ip
 
Модель OSI
Модель OSIМодель OSI
Модель OSI
 
42
4242
42
 
архитектура
архитектураархитектура
архитектура
 
175.компьютерные науки сети
175.компьютерные науки сети175.компьютерные науки сети
175.компьютерные науки сети
 

Viewers also liked (10)

Legal Shield3595
Legal Shield3595Legal Shield3595
Legal Shield3595
 
Seguridad SQL 2012
Seguridad SQL 2012Seguridad SQL 2012
Seguridad SQL 2012
 
урок 9
урок 9урок 9
урок 9
 
023
023023
023
 
Epic research daily agri report 30th march 2016
Epic research daily agri report 30th march 2016Epic research daily agri report 30th march 2016
Epic research daily agri report 30th march 2016
 
Campaign Analysis: It Gets Better Project
Campaign Analysis: It Gets Better ProjectCampaign Analysis: It Gets Better Project
Campaign Analysis: It Gets Better Project
 
sv Principerna & Numerologi
sv Principerna & Numerologisv Principerna & Numerologi
sv Principerna & Numerologi
 
A Step by Step Namaz Learning Guidness for Man
A Step by Step Namaz Learning Guidness for ManA Step by Step Namaz Learning Guidness for Man
A Step by Step Namaz Learning Guidness for Man
 
Tarea1 creación de bases de datos en sql server
Tarea1 creación de bases de datos en sql serverTarea1 creación de bases de datos en sql server
Tarea1 creación de bases de datos en sql server
 
Articulacion de la docencia, investigación y gestión
Articulacion de la docencia, investigación y gestiónArticulacion de la docencia, investigación y gestión
Articulacion de la docencia, investigación y gestión
 

Similar to 38

033
033033
033
JIuc
 
Локальные и глобальные вычислительные сети
Локальные и глобальные вычислительные сетиЛокальные и глобальные вычислительные сети
Локальные и глобальные вычислительные сети
Андрей Сергеевич
 
Презентация на тему: Компьютер – универсальное устройство обработки информации
Презентация на тему: Компьютер – универсальное устройство обработки информацииПрезентация на тему: Компьютер – универсальное устройство обработки информации
Презентация на тему: Компьютер – универсальное устройство обработки информации
2berkas
 
компьютерные сети
компьютерные сетикомпьютерные сети
компьютерные сети
ser170
 

Similar to 38 (20)

033
033033
033
 
Микропроцессорная техника
Микропроцессорная техникаМикропроцессорная техника
Микропроцессорная техника
 
Introduction into computer networks
Introduction into computer networksIntroduction into computer networks
Introduction into computer networks
 
Локальные и глобальные вычислительные сети
Локальные и глобальные вычислительные сетиЛокальные и глобальные вычислительные сети
Локальные и глобальные вычислительные сети
 
Архитектура компьютерные сетей
Архитектура компьютерные сетейАрхитектура компьютерные сетей
Архитектура компьютерные сетей
 
It
ItIt
It
 
Презентация на тему: Компьютер – универсальное устройство обработки информации
Презентация на тему: Компьютер – универсальное устройство обработки информацииПрезентация на тему: Компьютер – универсальное устройство обработки информации
Презентация на тему: Компьютер – универсальное устройство обработки информации
 
Lekt 03 signal_decrypted
Lekt 03 signal_decryptedLekt 03 signal_decrypted
Lekt 03 signal_decrypted
 
оборудование для локальных сетей
оборудование для локальных сетейоборудование для локальных сетей
оборудование для локальных сетей
 
Lekt 08 net_ccs_decrypted
Lekt 08 net_ccs_decryptedLekt 08 net_ccs_decrypted
Lekt 08 net_ccs_decrypted
 
Введение в сетевые технологии
Введение в сетевые технологииВведение в сетевые технологии
Введение в сетевые технологии
 
135128
135128135128
135128
 
135128
135128135128
135128
 
Routing
RoutingRouting
Routing
 
Презентация на тему "история Internet"
Презентация на тему "история Internet"Презентация на тему "история Internet"
Презентация на тему "история Internet"
 
Презентация на тему "история Interne
Презентация на тему "история InterneПрезентация на тему "история Interne
Презентация на тему "история Interne
 
сети
сетисети
сети
 
Устройство персонального компьютера
Устройство персонального компьютераУстройство персонального компьютера
Устройство персонального компьютера
 
Презентация 5
Презентация 5Презентация 5
Презентация 5
 
компьютерные сети
компьютерные сетикомпьютерные сети
компьютерные сети
 

More from JIuc

выступление на совет директоров
выступление на совет директороввыступление на совет директоров
выступление на совет директоров
JIuc
 
тест по теме системы счисления
тест по теме системы счислениятест по теме системы счисления
тест по теме системы счисления
JIuc
 
тест по теме компьютерные коммуникации
тест по теме компьютерные коммуникациитест по теме компьютерные коммуникации
тест по теме компьютерные коммуникации
JIuc
 
тест по теме аппаратное обеспечение эвм
тест по теме аппаратное обеспечение эвмтест по теме аппаратное обеспечение эвм
тест по теме аппаратное обеспечение эвм
JIuc
 
тест по теме устройство компьютера (20 вопросов)
тест по теме  устройство компьютера (20 вопросов)тест по теме  устройство компьютера (20 вопросов)
тест по теме устройство компьютера (20 вопросов)
JIuc
 
тест Atutor аппаратное обеспечение
тест Atutor аппаратное обеспечениетест Atutor аппаратное обеспечение
тест Atutor аппаратное обеспечение
JIuc
 
итоговый тест по дисциплине аппаратное обеспечение эвм
итоговый тест по дисциплине аппаратное обеспечение эвмитоговый тест по дисциплине аппаратное обеспечение эвм
итоговый тест по дисциплине аппаратное обеспечение эвм
JIuc
 
тест по теме основные устройства компьютера
тест по теме основные устройства компьютератест по теме основные устройства компьютера
тест по теме основные устройства компьютера
JIuc
 
тесты сортировка в бд Excel
тесты сортировка в бд Excelтесты сортировка в бд Excel
тесты сортировка в бд Excel
JIuc
 
тест создание и модифиация структуры бд
тест создание и модифиация структуры бдтест создание и модифиация структуры бд
тест создание и модифиация структуры бд
JIuc
 
тест система управления базами данных
тест система управления базами данныхтест система управления базами данных
тест система управления базами данных
JIuc
 
тест работа с макросами и внешними данными
тест работа с макросами и внешними даннымитест работа с макросами и внешними данными
тест работа с макросами и внешними данными
JIuc
 
тест по Sql
тест по Sqlтест по Sql
тест по Sql
JIuc
 
тест ключи, связи, индексы поиск и фильтрация
тест ключи, связи, индексы поиск и фильтрациятест ключи, связи, индексы поиск и фильтрация
тест ключи, связи, индексы поиск и фильтрация
JIuc
 
тест запросы
тест запросытест запросы
тест запросы
JIuc
 
тест бд
тест бдтест бд
тест бд
JIuc
 
тест база данных. основные функции
тест база данных. основные функциитест база данных. основные функции
тест база данных. основные функции
JIuc
 
тестирование по разделу архитектура эвм
тестирование по разделу архитектура эвмтестирование по разделу архитектура эвм
тестирование по разделу архитектура эвм
JIuc
 
тест треннинг по архитектуре
тест треннинг по архитектуретест треннинг по архитектуре
тест треннинг по архитектуре
JIuc
 
тест треннинг по архитектуре
тест треннинг по архитектуретест треннинг по архитектуре
тест треннинг по архитектуре
JIuc
 

More from JIuc (20)

выступление на совет директоров
выступление на совет директороввыступление на совет директоров
выступление на совет директоров
 
тест по теме системы счисления
тест по теме системы счислениятест по теме системы счисления
тест по теме системы счисления
 
тест по теме компьютерные коммуникации
тест по теме компьютерные коммуникациитест по теме компьютерные коммуникации
тест по теме компьютерные коммуникации
 
тест по теме аппаратное обеспечение эвм
тест по теме аппаратное обеспечение эвмтест по теме аппаратное обеспечение эвм
тест по теме аппаратное обеспечение эвм
 
тест по теме устройство компьютера (20 вопросов)
тест по теме  устройство компьютера (20 вопросов)тест по теме  устройство компьютера (20 вопросов)
тест по теме устройство компьютера (20 вопросов)
 
тест Atutor аппаратное обеспечение
тест Atutor аппаратное обеспечениетест Atutor аппаратное обеспечение
тест Atutor аппаратное обеспечение
 
итоговый тест по дисциплине аппаратное обеспечение эвм
итоговый тест по дисциплине аппаратное обеспечение эвмитоговый тест по дисциплине аппаратное обеспечение эвм
итоговый тест по дисциплине аппаратное обеспечение эвм
 
тест по теме основные устройства компьютера
тест по теме основные устройства компьютератест по теме основные устройства компьютера
тест по теме основные устройства компьютера
 
тесты сортировка в бд Excel
тесты сортировка в бд Excelтесты сортировка в бд Excel
тесты сортировка в бд Excel
 
тест создание и модифиация структуры бд
тест создание и модифиация структуры бдтест создание и модифиация структуры бд
тест создание и модифиация структуры бд
 
тест система управления базами данных
тест система управления базами данныхтест система управления базами данных
тест система управления базами данных
 
тест работа с макросами и внешними данными
тест работа с макросами и внешними даннымитест работа с макросами и внешними данными
тест работа с макросами и внешними данными
 
тест по Sql
тест по Sqlтест по Sql
тест по Sql
 
тест ключи, связи, индексы поиск и фильтрация
тест ключи, связи, индексы поиск и фильтрациятест ключи, связи, индексы поиск и фильтрация
тест ключи, связи, индексы поиск и фильтрация
 
тест запросы
тест запросытест запросы
тест запросы
 
тест бд
тест бдтест бд
тест бд
 
тест база данных. основные функции
тест база данных. основные функциитест база данных. основные функции
тест база данных. основные функции
 
тестирование по разделу архитектура эвм
тестирование по разделу архитектура эвмтестирование по разделу архитектура эвм
тестирование по разделу архитектура эвм
 
тест треннинг по архитектуре
тест треннинг по архитектуретест треннинг по архитектуре
тест треннинг по архитектуре
 
тест треннинг по архитектуре
тест треннинг по архитектуретест треннинг по архитектуре
тест треннинг по архитектуре
 

38

  • 1. Лекция № 11. Системные шины План лекции: 1. Понятие системной шины. 2. Виды системных шин. 3. Принцип работы магистрали. 4. Современные типы шин. Системная шина — это «паутина», соединяющая между собой все устройства и отвечающая за передачу информации между ними. Расположена она на материнской плате и внешне не видна. Системная шина — это набор проводников (металлизированных дорожек на материнской плате), по которым передается информация в виде электрических сигналов. Системная магистраль - это среда передачи сигналов управления, адресов, данных, к которой параллельно и одновременно может подключаться несколько компонентов вычислительной системы. Физически системная магистраль представляет собой параллельные проводники на материнской плате, которые называются линиями. Но это еще и алгоритмы, по которым передаются сигналы, правила интерпретации сигналов, дисциплины обслуживания запросов, специальные микросхемы, обеспечивающие эту работу. Весь этот комплекс образует понятие интерфейс системной магистрали или стандарт обмена. Магистраль С появлением на рынке системы Windows, заметно упростилась работа с компьютером. Но для установки нового оборудования все же приходится открывать системный блок. Многим пользователям это явно не по душе, поэтому они делают это неохотно. Требовался более простой способ подключения устройств к компьютеру, без специальной настройки, позволяющей устройствам устанавливаться автоматически. Цель упрощения была также и в другом - устройства должны добавляться и удаляться без перезагрузки компьютера. Первым шагом на пути к этому стала универсальная последовательная шина или USB. Шина - это группа электрических каналов, передающая до 32 двоичных цифр (битов) за один раз. Процессоры, вроде Intel Pentium и его конкурентов, способны обрабатывать все 32 двоичные цифры одновременно, поэтому они и называются 32-битные процессоры. Шины работают с разными скоростями, измеряемыми в мегагерцах (MHz). Число бит в шине вместе со скоростью передачи данных определяет тип процессора, который может быть к ней подключен. В старых процессорах использовались восьмибитные шины, работающие с низкой частотой. Нынешний стандарт - 32-битные с частотой 133MHz, а старые Pentium II и III работают с частотой 100MHz. Процессоры работают быстрее, чем шины, к которым они прикреплены, и имеют внутреннюю скорость в несколько раз превосходящую скорость шины. Pentium с частотой 200MHz работает в три раза быстрее, чем 66MHz шина, а Pentium II 333MHz работает в пять раз быстрее своей шины. В настоящий момент скорость шины не превышает 133MHz, так как процессоры все ускоряются, соотношение их скоростей растет. Самый быстрый чип Pentium III, например, имеет отношение скоростей процессора и шины, равное 7,5:1. Состав магистрали Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: ● шину данных, ● шину адреса, ● шину управления. Они представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные
  • 2. устройства ввода и вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинной языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов). Шина данных Шина данных служит для пересылки данных между ЦП и памятью или ЦП и устройствами ввода/вывода. Эти данные могут представлять собой как команды ЦП, так и информацию, которую ЦП посылает в порты ввода/вывода или принимает оттуда. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от одного устройства к другому в любом направлении. Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники. В МП 8088 шина данных имеет ширину 8 разрядов. В МП 8086, 80186, 80286 ширина шины данных 16 разрядов; в МП 80386, 80486, Pentium и Pentium Pro - 32 разряда. Шина адреса Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении - от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина). Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле: N = 2I , где I - разрядность шины адреса. Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно: N = 2 36 = 68 719 476 736 Шина управления По шине управления передаются управляющие сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали и предназначенные памяти и устройствам ввода/вывода. Сигналы управления показывают, какую операцию - считывание или запись информации из памяти - нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее. Магистральная организация предполагает наличие управляющего модуля. Основное назначение этого модуля - организация передачи слова между двумя другими модулями. Виды шин Шины могут быть синхронными (осуществляющими передачу данных только по тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в произвольные моменты времени), а также использовать различные схемы арбитража (то есть способа совместного использования шины несколькими устройствами). Если обмен информацией ведется между периферийным устройством и контроллером, то соединяющая их линия передачи данных называется интерфейсом передачи данных, или просто интерфейсом. Среди применяемых в персональных компьютерах интерфейсов выделяются стандарты EIDE и SCSI. Шина с тремя состояниями Три состояние на шине - это состояния высокого уровня, низкого уровня и 3-ее состояние. 3-ее состояние позволяет устройству или процессору отключиться от шины и не влиять на уровни,
  • 3. устанавливаемые на шине другими устройствами или процессорами. Таким образом, только одно устройство является ведущим на шине. Управляющая логика активизирует в каждый конкретный момент только одно устройство, которое становиться ведущим. Когда устройство активизировано, оно помещает свои данные на шину, все же остальные потенциальные ведущие переводятся в пассивное состояние. К шине может быть подключено много приемных устройств. Сочетание управляющих и адресных сигналов, определяет для кого именно предназначаются данные на шине. Управляющая логика возбуждает специальные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю когда ему следует принимать данные. Получатели и отправители могут быть однонаправленными и двунаправленными. Как происходят операции на магистрали? Операция на системной магистрали начинается с того, что управляющий модуль устанавливает на шине кодовое слово модуля - отправителя и активизирует линию строба отправителя. Это позволяет модулю, кодовое слово которого установлено на шине, понять, что он является отправителем. Затем управляющий модуль устанавливает на кодовое слово модуля - получателя и активизирует линию строба получателя. Это позволяет модулю, кодовое слово которого установлено на шине, понять, что он является получателем. После этого управляющий модуль возбуждает линию строба данных, в результате чего содержимое регистра отправителя пересылается в регистр получателя. Этот шаг может быть повторен любое число раз, если требуется передать много слов. Данные пересылаются от отправителя получателю в ответ на импульс, возбуждаемый управляющим модулем на соответствующей линии строба. При этом предполагается, что к моменту появления импульса строба в модуле - отправителе данные подготовлены к передаче, а модуль - получатель готов принять данные. Такая передача данных носит название синхронной (синхронизированной). Процессы на магистралях могут носить асинхронный характер. Передачу данных от отправителя получателю можно координировать с помощью линий состояния, сигналы на которых отражают условия работы обоих модулей. Как только модуль назначается отправителем, он принимает контроль над линией готовности отправителя, сигнализируя с ее помощью о своей готовности принимать данные. Модуль, назначенный получателем, контролирует линию готовности получателя, сигнализируя с ее помощью о готовности принимать данные. При передаче данных должны соблюдаться два условия. Во-первых, передача осуществляется лишь в том случае, если получатель и отправитель сигнализируют о своей готовности. Во-вторых, каждое слово должно передаваться один раз. Для обеспечения этих условий предусматривается определенная последовательность действий при передачи данных. Эта последовательность носит название протокола. В соответствии с протоколом отправитель, подготовив новое слово, информирует об этом получателя. Получатель, приняв очередное слово, информирует об этом отправителя. Состояние линий готовности в любой момент времени определяет действия, которые должны выполнять оба модуля. Каждый шаг в передаче данных от одной части системы к другой называется циклом магистрали (или часто машинным циклом). Частота этих циклов определяется тактовыми сигналами ЦП. Длительность цикла магистрали связана с частотой тактовых сигналов. Шина USB Сегодня USB-шина очень популярна, но когда-то компания Windows весьма слабо поддерживала эту идею. После выпуска Windows 98 и Apple iMac, USB стала набирать обороты и появилось огромное количество USB-устройств. Шина USB (Universal Serial Bus) - универсальная шина, предназначенная для легкого и быстрого подключения периферийных устройств. Стандарт разработали семь компаний: Compaq, Digital Equipment, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. USB-шнур представляет собой две скрученные пары: по одной паре происходит передача данных в
  • 4. каждом направлении (дифференциальное включение), а другая есть линия питания (+5 V). Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB часто позволяет применять устройства без собственного блока питания (если эти устройства потребляют ток силой не более 500 мА). К одному компьютеру можно подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов (они используют топологию звезда). Причем эти устройства могут быть самыми разными - начиная от клавиатуры с мышью и кончая сканерами и цифровыми камерами. Передача данных по шине может осуществляться как в асинхронном, так и в синхронном режиме. В USB обмен информации с быстрыми устройствами идет на скорости 12 Мbits/s, а с медленными - 1.5 Мbits/s. Все подключенные к USB-устройства конфигурируются автоматически (PnP) и допускают Hot-Swap включение/выключение (без перезагрузки или выключения компьютера). Достигается это следующим образом. При подключении кабеля к USB-разъему контроллер USB-контроллер чувствует скачок напряжения и подает соответствующий сигнал операционной системе, а она загружает драйвер, который и обеспечивает работу устройства на программном уровне. Или, если драйвер не был установлен, система, видя это безобразие, опознает устройство и самостоятельно или с помощью пользователя ставит необходимые драйвера. При дальнейшем включении/выключении этого устройство инициализация происходит, как описано в первом случае. Во время опознавания на экране появляется соответствующее сообщение, а изменения в Device Manager'е происходят автоматически. Устройство также сообщает информацию о его типе, производителе, назначении и требуемой пропускной способности. Ему назначается уникальный идентификационный номер. Это все, что нужно, никаких вопросов об IRQ, адресах портов и DMA больше не будет. Правда, одно прерывание все же нужно - для самого контроллера USB. Для взаимодействия устройств используется кабель, имеющий на концах разъемы, напоминающие телефонные. Существует два вида разъемов: разъем типа "А" и разъем типа "B". Как правило, устройство подключается к кабелю одним разъемом (B), а другим к USB- порту (A). Устройства можно подключать по цепочке, для этого они могут иметь дополнительный порт для подключения кабеля, идущего на следующее устройство. Однако это не всегда так. Поэтому существуют специальные USB-хабы, подключаемые к порту USB и делящих его на несколько. Есть хабы с блоком питания, они позволяют в некоторой степени обойти ограничение на электрическую нагрузку. Хаб является обычным USB-устройством, поэтому их количество может быть более одного; их тоже можно включать в цепочку. Старые компьютеры, не имеющие USB (сейчас USB-контроллер встраивается непосредственно в чипсет), можно оснастить картой типа PCI to USB. Теоретически к шине USB можно подключить все что угодно - хоть жесткий диск или систему видеомонтажа. Такие устройства даже существуют и покупаются. Но это уже, как говориться, попытка совместить несовместимое. Все упирается в максимальную пропускную способность шины. Ее хватает только для передачи видео очень посредственного качества. Жесткий диск тоже будет сильно притормаживать, так как 12 мегабит для жесткого диска - не скорость. Единственная область, где ему можно найти применение, это роль "большой дискеты" или использование в качестве второго диска большой емкости в портативном компьютере, но уж писать высококачественный AVI-файл в реальном времени на такой агрегат никак не получится. Правда, на подходе USB 2.0, где скорость будет намного увеличена. Чем выше тактовая частота системной шины, тем быстрее будет осуществляться передача информации между устройствами и, как следствие, увеличится общая производительность компьютера, т. е. повысится скорость компьютера. В персональных компьютерах используются системные шины стандартов ISA, EISA, VESA, VLB и PCI. ISA, EISA, VESA и VLB, которые в настоящее время являются устаревшими и не выпускаются на современных материнских платах. Сегодня самой распространенной является шина PCI.
  • 5. Существуют и специализированные шины, например внутренние шины процессоров или шина для подключения видеоадаптеров — AGP. Все стандарты различаются как по числу и использованию сигналов, так и по протоколам их обслуживания. Шина входит в состав материнской платы, на которой располагаются ее проводники и разъемы (слоты) для подключения плат адаптеров устройств (видеокарты, звуковые карты, внутренние модемы, накопители информации, устройства ввода/вывода и т. д.) и расширений базовой конфигурации (дополнительные пустующие разъемы). Существуют 16- и 32-разрядные, высокопроизводительные (VESA, VLB, AGP и PCI с тактовой частотой более 16 МГц) и низкопроизводительные (ISA и EISA с тактовой частотой 8 и 16 МГц) системные шины. Также шины, разработанные по современным стандартам (VESA, VLB и PCI), допускают подключение нескольких одинаковых устройств, например нескольких жестких дисков, а шина PCI обеспечивает самоконфигурируемость периферийного (дополнительного) оборудования — поддержку стандарта Plug and Play, исключающего ручную конфигурацию аппаратных параметров периферийного оборудования при его изменении или наращивании. Операционная система, поддерживающая этот стандарт, сама настраивает оборудование, подключенное по шине PCI, без вмешательства пользователя. Имеются как 64-разрядные расширения шины PCI, так и 32-разрядные, работающие на частоте 66 МГц. Одной из популярных шин персональных компьютеров была системная шина IBM PC/XT, обеспечивавшая передачу 8 бит данных. Кроме того, эта шина включала 20 адресных линий, которые ограничивали адресное пространство пределом в 1 Мбайт. Для работы с внешними устройствами в этой шине были предусмотрены также 4 линии аппаратных прерываний (IRQ) и 4 линии для требования внешними устройствами прямого доступа к памяти (DMA). Для подключения плат расширения использовались специальные 62-контактные разъемы. При этом системная шина и микропроцессор синхронизировались от одного тактового генератора с частотой 4.77 МГц. Таким образом теоретическая скорость передачи данных могла достигать немногим более 4 Мбайт/с. Системная шина ISA (Industry Standard Architecture) впервые стала применяться в персональных компьютерах IBM PC/AT на базе процессора i286. Эта системная шина отличалась наличием второго, 36-контактного дополнительного разъема для соответствующих плат расширения. За счет этого количество адресных линий было увеличено на 4, а данных - на 8, что позволило передавать параллельно 16 бит данных и обращаться к 16 Мбайт системной памяти. Количество линий аппаратных прерываний в этой шине было увеличено до 15, а каналов прямого доступа - до 7. Системная шина ISA полностью включала в себя возможности старой 8-разрядной шины. Шина ISA позволяет синхронизировать работу процессора и шины с разными тактовыми частотами. Она работает на частоте 8 МГц, что соответствует максимальной скорости передачи 16 Мбайт/с. С появлением процессоров i386, i486 и Pentium шина ISA стала узким местом персональных компьютеров на их основе. Новая системная шинаEISA (Extended Industry Standard Architecture), появившаяся в конце 1988 года, обеспечивает адресное пространство в 4 Гбайта, 32- битовую передачу данных (в том числе и в режиме DMA), улучшенную систему прерываний и арбитраж DMA, автоматическую конфигурацию системы и плат расширения. Устройства шины ISA могут работать на шине EISA. Шина EISA предусматривает централизованное управление доступом к шине за счет наличия специального устройства - арбитра шины. Поэтому к ней может подключаться несколько главных устройств шины. Улучшенная система прерываний позволяет подключать к каждой физической линии запроса на прерывание несколько устройств, что снимает проблему количества линий прерывания. Шина EISA тактируется частотой около 8 МГц и имеет максимальную теоретическую скорость передачи данных 33 Мбайт/с.
  • 6. Шина MCA также обеспечивает 32-разрядную передачу данных, тактируется частотой 10 МГц, имеет средства автоматического конфигурирования и арбитража запросов. В отличие от EISA она не совместима с шиной ISA и используется только в компьютерах компании IBM. Шина VL-bus, предложенная ассоциацией VESA (Video Electronics Standard Association), предназначалась для увеличения быстродействия видеоадаптеров и контроллеров дисковых накопителей для того, чтобы они могли работать с тактовой частотой до 40 МГц. Шина VL-bus имеет 32 линии данных и позволяет подключать до трех периферийных устройств, в качестве которых наряду с видеоадаптерами и дисковыми контроллерами могут выступать и сетевые адаптеры. Максимальная скорость передачи данных по шине VL-bus может составлять около 130 Мбайт/с. После появления процессора Pentium ассоциация VESA приступила к работе над новым стандартом VL-bus версии 2, который предусматривает использование 64-битовой шины данных и увеличение количества разъемов расширения. Ожидаемая скорость передачи данных - до 400 Мбайт/с. Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) также, как и шина VL-bus, поддерживает 32- битовый канал передачи данных между процессором и периферийными устройствами, работает на тактовой частоте 33 МГц и имеет максимальную пропускную способность 120 Мбайт/с. При работе с процессорами i486 шина PCI дает примерно те же показатели производительности, что и шина VL-bus. Однако, в отличие от последней, шина PCI является процессорно независимой (шина VL-bus подключается непосредственно к процессору i486 и только к нему). Ee легко подключить к различным центральным процессорам. В их числе Pentium, Alpha, R4400 и PowerPC. Шина VME приобрела большую популярность как шина ввода/вывода в рабочих станциях и серверах на базе RISC-процессоров. Эта шина высоко стандартизована, имеется несколько версий этого стандарта. В частности, VME32 - 32-битовая шина с производительностью 30 Мбайт/с, а VME64 - 64-битовая шина с производительностью 160 Мбайт/с. В однопроцессорных и многопроцессорных рабочих станциях и серверах на основе микропроцессоров SPARC одновременно используются несколько типов шин: SBus, MBus и XDBus, причем шина SBus применяется в качестве шины ввода/вывода, а MBus и XDBus - в качестве шин для объединения большого числа процессоров и памяти. Шина SBus (известная также как стандарт IEEE-1496) имеет 32-битовую и 64-битовую реализацию, работает на частоте 20 и 25 МГц и имеет максимальную скорость передачи данных в 32-битовом режиме равную соответственно 80 или 100 Мбайт/с. Шина предусматривает режим групповой пересылки данных с максимальным размером пересылки до 128 байт. Она может работать в двух режимах передачи данных: режиме программируемого ввода/вывода и в режиме прямого доступа к виртуальной памяти (DVMA). Последний режим особенно эффективен при передаче больших блоков данных. Шина MBus работает на тактовой частоте 50 МГц в синхронном режиме с мультиплексированием адреса и данных. Общее число сигналов шины равно 100, а разрядность шины данных составляет 64 бит. По шине передаются 36-битовые физические адреса. Шина обеспечивает протокол поддержания когерентного состояния кэш-памяти нескольких (до четырех) процессоров, имеет максимальную пропускную способность в 400 Мбайт/с, а типовая скорость передачи составляет 125 Мбайт/с. Отличительными свойствами шины MBus являются: возможность увеличения числа процессорных модулей, поддержка симметричной мультипроцессорной обработки, высокая пропускная способность при обмене с памятью и подсистемой ввода/вывода, открытые (непатентованные) спецификации интерфейсов. Шина MBus была разработана для относительно небольших систем (ее длина ограничивается десятью дюймами, что позволяет объединить до четырех процессоров с кэш- памятью второго уровня и основной памятью). Для построения систем с большим числом
  • 7. процессоров нужна большая масштабируемость шины. Одна из подобного рода шин - XDBus, используется в серверах SPARCserver 1000 (до 8 процессоров) и SPARCcenter 2000 (до 20 процессоров) компании Sun Microsystems и SuperServer 6400 компании Cray Research (до 64 процессоров). XDBus представляет собой шину, работающую в режиме расщепления транзакций. Это позволяет ей, имея пиковую производительность в 400 Мбайт/с, поддерживать типовую скорость передачи на уровне более 310 Мбайт/с. В современных компьютерах часто применяются и фирменные (запатентованные) шины, обеспечивающие очень высокую пропускную способность для построения многопроцессорных серверов. Одной из подобных шин является системная шина POWERpath-2, которая применяется в суперсервере Chellenge компании Silicon Graphics. Она способна поддерживать эффективную работу до 36 процессоров MIPS R4400 (9 процессорных плат с четырьмя 150 МГц процессорами на каждой плате) с общей расслоенной памятью объемом до 16 Гбайт (коэффициент расслоения памяти равен восьми). POWERpath-2 имеет разрядность данных 256 бит, разрядность адреса 40 бит, и работает на частоте 50 МГц с пониженным напряжением питания. Она поддерживает методику расщепления транзакций, причем может иметь до восьми отложенных транзакций чтения одновременно. При этом арбитраж шины адреса и шины данных выполняется независимо. POWERpath-2 поддерживает протокол когерентного состояния кэш-памяти каждого процессора в системе. Одной из наиболее популярных шин ввода-вывода в настоящее время является шина SCSI. Под термином SCSI - Small Computer System Interface (Интерфейс малых вычислительных систем) обычно понимается набор стандартов, разработанных Национальным институтом стандартов США (ANSI) и определяющих механизм реализации магистрали передачи данных между системной шиной компьютера и периферийными устройствами. На сегодняшний день приняты два стандарта (SCSI-1 и SCSI-2). Стандарт SCSI-3 находится в процессе доработки. Начальный стандарт 1986 года, известный теперь под названием SCSI-1, определял рабочие спецификации протокола шины, набор команд и электрические параметры. В 1992 году этот стандарт был пересмотрен с целью устранения недостатков первоначальной спецификации (особенно в части синхронного режима передачи данных) и добавления новых возможностей повышения производительности, таких как "быстрый режим" (fast mode), "широкий режим" (wide mode) и помеченные очереди. Этот пересмотренный стандарт получил название SCSI-2 и в настоящее время используется большинством поставщиков вычислительных систем. Первоначально SCSI предназначался для использования в небольших дешевых системах и поэтому был ориентирован на достижение хороших результатов при низкой стоимости. Характерной его чертой является простота, особенно в части обеспечения гибкости конфигурирования периферийных устройств без изменения организации основного процессора. Главной особенностью подсистемы SCSI является размещение в периферийном оборудовании интеллектуального контроллера. Для достижения требуемого высокого уровня независимости от типов периферийных устройств в операционной системе основной машины, устройства SCSI представляются имеющими очень простую архитектуру. Например, геометрия дискового накопителя представляется в виде линейной последовательности одинаковых блоков, хотя в действительности любой диск имеет более сложную многомерную геометрию, содержащую поверхности, цилиндры, дорожки, характеристики плотности, таблицу дефектных блоков и множество других деталей. В этом случае само устройство или его контроллер несут ответственность за преобразование упрощенной SCSI модели в данные для реального устройства. Стандарт SCSI-2 определяет в частности различные режимы: Wide SCSI, Fast SCSI и Fast- and-Wide SCSI. Стандарт SCSI-1 определяет построение периферийной шины на основе 50-
  • 8. жильного экранированного кабеля, описывает методы адресации и электрические характеристики сигналов. Шина данных SCSI-1 имеет разрядность 8 бит, а максимальная скорость передачи составляет 5 Мбайт/сек. Fast SCSI сохраняет 8-битовую шину данных и тем самым может использовать те же самые физические кабели, что и SCSI-1. Он отличается только тем, что допускает передачи со скоростью 10 Мбайт/сек в синхронном режиме. Wide SCSI удваивает либо учетверяет разрядность шины данных (либо 16, либо 32 бит), допуская соответственно передачи со скоростью либо 10, либо 20 Мбайт/сек. В комбинации Fast-and-Wide SCSI возможно достижение скоростей передачи 20 и 40 Мбайт/сек соответственно. Однако поскольку в обычном 50-жильном кабеле просто не хватает жил, комитет SCSI решил расширить спецификацию вторым 66-жильным кабелем (так называемый B-кабель). B- кабель имеет дополнительные линии данных и ряд других сигнальных линий, позволяющие реализовать режим Fast-and-Wide. В реализации режима Wide SCSI предложена также расширенная адресация, допускающая подсоединение к шине до 16 устройств (вместо стандартных восьми). Это значительно увеличивает гибкость подсистемы SCSI, правда приводит к появлению дополнительных проблем, связанных с эффективностью ее использования. Реализация режимов Wide-SCSI и Fast-and-Wide SCSI до 1994 года редко использовалась, поскольку эффективность их применения не была достаточно высокой. Однако широкое распространение дисковых массивов и дисковых накопителей со скоростью вращения 7200 оборотов в минуту делают эту технологию весьма актуальной. Следует отметить некоторую путаницу в терминологии. Часто стандартный 50-контактный разъем также называют разъемом SCSI-1, а более новый микроразъем - разъемом SCSI-2. Стандарт SCSI определяет только количество жил в кабеле, и вообще не определяет тип разъема.