Какую функцию выполняет системная шина

Лекция 4. Системная шина.

Системная шина предназначена для передачи информации между процессором и остальными электронными компонентами компьютера.

По системной шине осуществляется адресация устройств и происходит обмен специальными служебными сигналами. Упрощенно системную шину можно представить как совокупность сигнальных линий, объединенных по назначению (данные, адреса, управление).

Системная шина представляет собой набор проводников электрических сигналов и систему протоколов соединения устройств при помощи этих проводников. Тип и характеристики протоколов передачи информации по системной шине определяют скорость передачи информации между отдельными устройствами материнской платы. Системные шины персональных компьютеров стандартизируются как по числу контактов и разрядности (числу проводников, используемых для одновременной передачи данных), так и по протоколам общения устройств через проводники. Системная шина соединяет все устройства компьютера в единое целое и обеспечивает их взаимодействие, взаимоуправление и работу с центральным процессором.

Сейчас определение системной шины устарело, а функции ее выполняет чипсет компьютера.

Чипсет (англ. chipset) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет, размещаемый на материнской плате, выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других.

Конструктивно чипсет состоит из северного моста, южного моста и соединяющей их внутренней шины.

Северный мост (Northbridge) – это системный контроллер, являющийся одним из элементов чипсета материнской платы, отвечающий за работу с оперативной памятью (RAM), видеоадаптером и процессором (CPU). Северный мост отвечает за частоту системной шины, тип оперативной памяти и ее максимально возможный объем. Одной из основных функций северного моста является обеспечение взаимодействия системной платы и процессора, а также определение скорости работы. Частью северного моста во многих современных материнских платах является встроенный видеоадаптер. Таким образом, функциональная особенность северного моста являет собой еще и управление шиной видеоадаптера и ее быстродействием. Также северный мост обеспечивает связь всех вышеперечисленных устройств с южным мостом.

Северный мост получил свое название благодаря “географическому” расположению на материнской плате. Внешне это квадратной формы микрочип, расположенный под процессором, но в верхней части системной платы. Как правило, северный мост использует дополнительное охлаждение. Обычно это пассивный радиатор, реже – радиатор с активным охлаждением в виде небольшого кулера.

Южный мост (Southbridge) – это функциональный контроллер, известен как контроллер ввода-вывода или ICH (In/Out Controller Hub). Отвечает за так называемые “медленные” операции, к которым относится отработка взаимодействия между интерфейсами IDE, SATA, USB, LAN, Embeded Audio и северным мостом системы, который, в свою очередь, напрямую связан с процессором и другими важными компонентами, такими как оперативная память или видеоподсистема. Также южный мост отвечает за обработку данных на шинах PCI, PCIe и ISA (в старых моделях системных плат).

Список обслуживаемых систем материнской платы южным мостом довольно велик. Помимо вышеприведенных IDE, SATA, USB, LAN и прочего, южный мост отвечает еще и за SM шину (используется для управления вентиляторами на плате), DMA-контроллер, IRQ-контроллер, системные часы, BIOS, системы энергообеспечения APM и ACPI, шину LPC Bridge.

Системные шины

По системным шинам осуществляется передача информации (по шине данных), адресация устройств (по шине адреса) и обмен специальными служебными сигналами (по шине управления). Основной функцией системной шины является обмен информацией между процессором и остальными электронными компонентами компьютера.

Перемещение информации между оперативной памятью и процессором и между оперативной памятью и портами происходит по системе соединений, которые называются шиной данных. Для увеличения скорости передачи биты информации передаются одновременно по нескольким линиям шины. Количество линий называется разрядностью шины. В современных персональных компьютерах используется 64-разрядная шина данных, по ней можно передавать 8 байтов данных одновременно.

Для правильной организации работы компьютера процессор и память должны обмениваться не только данными, но и управляющими сигналами. Для этого в компьютере предусмотрены, кроме шины данных, еще две шины: шина адреса и шина управления (на самом деле есть еще шина питания, по которой на все устройства компьютера подается питание).

1. Как уже отмечалось, шина адреса нужна для того, чтобы локализовать те ячейки оперативной памяти или те порты ввода-вывода, которые должны непосредственно участвовать в операции. Все байты оперативной памяти перенумерованы числами от нуля до максимального номера байта (последний зависит от объема оперативной памяти). Аналогично перенумерованы также все порты ввода-вывода (обычно от 0 до 65 535). Адресом байта оперативной памяти называется его номер. Адресом участка памяти, состоящего из нескольких последовательных байтов (области памяти), служит адрес начального байта. Адресом порта ввода-вывода также называется его номер. При выполнении машинной команды адрес байта оперативной памяти, содержимое которого должно участвовать в операции, посылается процессором по шине адреса. При прохождении адреса по шине адреса активизируется именно байт памяти с указанным адресом. Остальные управляющие сигналы, необходимые для правильного выполнения операции, посылаются по шине управления.

Для характеристики компьютера очень важна разрядность шины адреса. Например, у прежних персональных компьютеров использовалась 20-разрядная шина адреса. Максимальный адрес, который можно послать по такой шине, равен 2 20 – 1 = 1Мб, поэтому байту оперативной памяти с адресом, большим 1 Мб, предписание по шине адреса отправить, в принципе, невозможно. В таких компьютерах объем оперативной памяти принципиально не мог быть больше 1 Мб. В процессорах этих компьютеров использовалась специальная система определения адреса, ориентированная на такое ограничение.

Современные персональные компьютеры включают 32-разрядную шину адреса. При такой шине максимальный объем оперативной памяти равен 2 32 = 4 Гб. Пока этого достаточно, но уже существуют компьютеры с 64-разрядной шиной адреса. При 32-разрядной шине можно обратиться к любому байту оперативной памяти в пределах 4 Гб. В новых программах используется эта возможность. Однако необходимо предусмотреть возможность выполнения программ, написанных для старых процессоров. Поэтому в современных процессорах предусмотрены два режима работы: один режим, называемый реальным, имитирует работу старых процессоров, и в этом режиме осуществляется доступ только к 1 Мб оперативной памяти; другой режим, называемый защищенным, имеет доступ ко всей оперативной памяти.

2. По шине управления идут сигналы, которые выполняют различные вспомогательные функции, необходимые для правильного выполнения операций. Всего в шине управления может быть более 100 линий. Перечислим только некоторые из них. Существует линия переключения между оперативной памятью и портами ввода-вывода. Дело в том, что когда по шине адреса идет сигнал, то он может восприниматься и как адрес байта оперативной памяти, и как адрес порта ввода-вывода. Как именно воспринимать этот адрес, зависит от сигнала, который одновременно с адресом идет по управляющей линии (например, ноль на управляющей линии обозначает оперативную память, единица — порт). По другой управляющей линии идет сигнал, который задает направление перемещения информации (ноль — информация читается из памяти или из порта в регистр процессора, единица — пишется из регистра в память или порт). По третьей управляющей линии передаются сигналы от тактового генератора. Эти сигналы позволяют синхронизировать операции, которые должны одновременно выполняться сразу несколькими устройствами компьютера (например, подготовиться к очередной операции).

Архитектура системной шины определяется типом процессора, применяемым набором микросхем, количеством и разрядностью периферийных устройств, подключаемых к шине. Так, системные шины платформы Pentium (PCI)обеспечивают обмен центрального процессора с оперативной памятью 64 разрядами данных, при этом адресация данных осуществляется 32-разрядным адресом. Часто используется в качестве критерия сравнения возможностей шин различной архитектуры максимальная пропускная способность шины. Ее можно рассчитать, умножив рабочую частоту шины на количество байтов, передающихся в одном такте (ширину полосы пропускания). Например, системная шина PCI процессора Pentium имеет пропускную способность 533 Мб/с

Если процессор имеет тактовую частоту выше частоты системной шины и/или способен исполнять несколько инструкций в одном такте, он может полностью использовать пропускную способность шины. Если тактовая частота процессора ниже, чем у шины, то это приводит к задержкам, существенно снижающим производительность процессора. Для увеличения пропускной способности требуется увеличить либо тактовую частоту, либо разрядность шины данных.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Системная шина: что такое в компьютере, частота, функции и другое

Содержание:

Аппаратные компоненты компьютера для обмена информацией объединяются между собой разнообразными проводниками. Группы этих кабелей или дорожек на системной плате называются магистралями, шинами. В компьютерной архитектуре различают два вида таких магистралей: системные и локальные. Рассмотрим подробнее, что такое шина в компьютере, зачем нужна, какие выполняет функции. Разберёмся с её характеристиками.

Системная шина: что это такое в информатике

Локальная шина служит для взаимодействия процессора с контроллерами периферийных устройств: накопителей, графического адаптера.

Подключение FSB реализуется по следующей схеме:

• Микропроцессор соединяется с системным контроллером материнской платы, который называют северным мостом.
• В состав северного моста входят: контроллеры ОЗУ, шина высокоскоростных периферийных устройств (видеокарта).

Менее производительное оборудование подключается к южному мосту, который соединяется с северным посредством специальной магистрали – внутренней шины. Объединение южного и северного мостов называют чипсетом.

Получается, системная шина персонального компьютера обеспечивает взаимодействие ЦП и чипсета.

Разновидности

FSB различает четыре основных типа сигналов для управления работой устройств: запись, чтение, обмен с памятью, периферией.

Основная функция системной шины состоит в организации взаимодействия, информационного обмена между ЦП и внутренними компонентами ПК. Их архитектура зависит от модели материнской платы, используемого на ней набора логики, разрядности, типа процессора.

Северный мост определяет частоту системной шины, максимальный объём оперативной памяти, её стандарт. На материнских платах с интегрированным видеоядром к функциям FSB добавляется управление видеоадаптером.

Типы FSB

BSB – объединяет процессор с кэшем второго уровня, где применяется двойная шина DIB.

GTL и GTL+ – логика с частотой до 1,6 ГГц. Первая разработана для процессоров Pentium II и отличается работой при пониженном напряжении, чем экономит электрическую энергию. Вторая – её усовершенствование – создана для Pentium IV.

DMI – разработка Intel для объединения мостов материнских плат с сокетом LGA 1156 с встроенным контроллером памяти. Пропускная способность достигает 2 ГБ/с.

QPB – наиболее распространённая FSB, способная передавать 4 блока информации либо пару адресов за один такт. При ширине 64 бита за такт пересылает до 256 бит или 32 байт информации. Обеспечивает пропускную способность – до 8,5 ГБ/с.

HyperTransport – высокоскоростная двунаправленная последовательно-параллельная FSB от AMD с мизерными задержками. Отличается оригинальной схемой соединений, способами объединения тоннелей и мостов.

QuickPath Interconnect (QPI) – последовательная FSB от Intel для объединения процессоров в мультипроцессорных системах, переноса данных между ЦП и чипсетом. Создана как альтернатива HyperTransport. Применяется на материнских платах с сокетами LGA 1366 и 1156.

Остальные интерфейсы вроде MCA, EISA, ISA устарели.

К локальным шинам относят PCI, PCIe, USB, SATA.

Параметры системной шины

Частота FSB определяет быстродействие процессора. Каждому ЦП присущ свободный (разблокированный) или заблокированный множитель – коэффициент, который умножается на частоту шины. Например, FSB работает на частоте 200 МГц, множитель процессора равен 16. Его внутренняя (реальная) частота равняется 200 * 16 = 3200 МГц или 3,2 ГГц. У большинства ЦП, кроме дорогих моделей, рассчитанных на любителей разгона и геймеров, множитель заблокирован. Их быстродействие определяется частотой FSB.

Тесты

Перечислите основные характеристики шин ПК:

• Разрядность и версия.
• Пропускная способность и частота.
• Разрядность и частота.
• Пропускная способность и разрядность.

Шина в компьютере — это:

• Интерфейс для объединения периферийных устройств.
• Магистраль для обмена информацией и управляющими сигналами.
• Канал связи между ЦП и памятью.
• Линия связи между мостами материнской платы.