Системная шина микропроцессора

4、Шина управления

Помните, мы говорили о трех основных типах компьютерных шин: шина данных, адресная шина, а теперь и шина управления. После отправки шины данных и местоположения данные становятся известными по адресной шине; затем для правильного выполнения данных необходима управляющая шина.

Таким образом, управляющая шина представляет собой особый вид компьютерной шины, которую центральный процессор использует для связи с другими компонентами и устройствами, подключенными к компьютерной системе. Этот вид связи стал возможным благодаря кабельным соединениям и схемотехнике / печатным платам.

Шина управления наиболее важна в том смысле, что управление всеми подключенными устройствами. А также, компоненты компьютерной системы, с помощью разновидностей управляющего сигнала, передаваемого центральным процессором, становятся возможными благодаря этой шине управления. Не забывайте, что одной из основных целей шины является минимизация линий, которые необходимы для связи в компьютерной системе.

В отличие от индивидуальной шины, которая позволяет осуществлять связь между устройствами, использующими одну линию передачи данных (т. е. однонаправленную), шина управления в значительной степени двунаправленна, поскольку она позволяет двустороннюю связь по шине данных между компонентами компьютера. А его устройства также помогают центральному процессору координировать и унифицировать управляющие сигналы во внутренних инструментах и внешних функциях. Управляющая шина состоит из линий прерываний, байтовых линий, сигналов чтения/записи и строк состояния.

Подсказка: Некоторые элементы управления являются общими для всех центральных процессоров

Строки запроса на прерывание (IRQ): Это определенный тип аппаратной линии, используемой устройствами для прерывания текущего потока данных, которые должны быть перенесены в центральный процессор. Это позволяет компьютеру выполнять так много задач одновременно, прерывая текущий процесс, чтобы быстро получить работу из-за ее высокого приоритета. Большинство системных шин содержат от 50 до 100 дискретных линий связи.

Связь между центральным компьютерным процессором и шиной управления имеет большое значение для того, чтобы компьютерная система могла функционировать должным образом и профессионально.

Центральный процессор не может знать, отправляет ли система или принимает данные без управляющей шины. То, куда должна идти запись и чтение информации, управляется и регулируется шиной управления. В шине управления есть выделенный путь/строка управления для инструкций о команде write и отдельный путь/строка для управления командой read. Сигнал немедленно передается в командную строку записи. Центральный процессор записывает данные или команды, адресованные памяти центрального компьютера, и сигнал также отправляется центральным процессором, когда ему необходимо считывать из системной памяти. Этот сигнал позволяет процессору принимать или передавать данные из основной памяти.

С помощью управляющей шины данные микропроцессорного процесса — это то, что нужно делать с выбранным местом памяти. Некоторые управляющие сигналы включают чтение, запись и выборку opcode. Команды. Подчеркните здесь, что микропроцессор выполняет различного рода операции с помощью этой же управляющей шины. Шина управления предназначена для всех сигналов синхронизации и управляется в соответствии с управляющим сигналом от управляющей шины.

Клавиатура

Теперь перейдем к устройствам ввода информации, то есть к таким, с помощью которых мы «говорим» компьютеру, что нужно сделать . Клавиатура и мышкой – основные устройства для этой цели.

Клавиш на клавиатуре много, каждая из них дает команду компьютеру, например, нажимая на букву «х», мы как бы даем команду компьютеру: «напечатай-ка мне букву «х»»

А если зажать несколько определенных клавиш сразу – то они дадут более сложные команды, например, если зажать клавишу shift и любую клавишу с буквой, то она напечатается заглавной: «напечатай-ка мне букву «Х»». Мы знаем еще со школы, что буквы бывают ЗАГЛАВНЫМИ и строчными. Для того, чтобы обозначить, как написана буква на клавиатуре, используют термин «регистр букв». Заглавные буквы имеют верхний регистр, а строчные – нижний. Когда вы вводите пароль куда-либо обязательно смотрите, не перепутали ли вы регистр.

Сочетания клавиш мы будем изучать в следующих уроках, а пока рассмотрим последнее в этом уроке, но не менее важное устройство:

Внешняя шина — данные

Внешняя шина данных выходит за пределы МП. Эти шины обеспечивают пропуск кодовой комбинации ( слова) на число разрядов, на которое рассчитан данный МП. У наиболее распространенных однокристальных МП ширина шины данных или магистрали составляет восемь разрядов. Связь внутри МП и с внешними устройствами осуществляется также с помощью шины адреса и шины управления.

Микросхемы представляют собой 16-битовый микропроцессор с 8-битовой внешней шиной данных ( центральное процессорное устройство с байтовым принципом организации) и предназначены для перевода аппаратных средств, построенных на К580ВМ80 и К580ВМ85, на программную среду К1810ВМ86 для повышения производительности. Различия состоят в изменении разрядности шины данных и соответствующих изменениях структуры и работы шинного интерфейса. БНЕзаме-нена линией состояния SSO, так как К1810ВМ88 может обращаться только к байтам и надобность в сигнале разрешения старшего байта шины SHE отпадает.

Как и процессор 8086, 80286 имеет 16-разрядную внешнюю шину данных и 6-байтный конвейер команд. Однако быстродействие процессора 80286 при тактовой частоте 12 5 МГц примерно в 6 раз выше, чем у 8086 с тактовой частотой 5 М Гц. Это достигается за счет усовершенствованной архитектуры и снижения количества тактов на одну команду.

Интегральная схема KJ810BM88 представляет собой 16-битовый микропроцессор с 8-битовой внешней шиной данных. Он предназначен прежде всего для перевода аппаратных средств, построенных на базе МП К580ВМ80 и К580ВМ85, на программную среду МП К1810ВМ86 с целью повышения производительности этих средств. Микропроцессоры ВМ86 и ВМ88 имеют аналогичную архитектуру и одинаковую систему команд. В ВМ88 сохранены 16-битовые общие и сегментные регистры, АЛУ для обработки 16-битовых операндов, сумматор для вычисления 20-битового физического адреса и средства поддержки многопроцессорных систем. Различия между этими двумя МП состоят в изменении разрядности шины данных и соответствующих изменениях структуры и работы шинного интерфейса.

Принцип двунаправленной, rj днных и алпеоа поелостав-передачи между внутренней и внеш — шин Данных и адреса., предосгав ней шинами данных ляя их в распоряжение внешних.

Буферы данных и буферы адреса обеспечивают связь центрального процессора с внешними шинами данных и адреса. Особенность буферов состоит в том, что в каждом разряде они используют логические элементы с тремя состо-яниями.

Промежуточное положение между 8-разрядными и обычными 16-разрядными занимают 16-разрядные МП с 8-разрядной внешней шиной данных. Они представляют собой специальные модификации обычных 16-разрядных МП и обладают практически той же вычислительной мощностью, но в них используются более дешевые аппаратные схемы управления шиной.

Обмен 8-разрядными командами и данными между микропроцессором и внешними устройствами производится по 8-разрядной внешней шине данных DO — D7 через буферный регистр данных, который может находиться в трех состояниях — О, 1 и с высоким выходным сопротивлением, т.е. когда он отключается от внешней шины данных.

Структурная схема однокристального МП.

Буферный регистр данных используется для временного хранения выбранного из памяти слова перед выдачей его во внешнюю шину данных. Его разрядность определяется количеством байтов информационного слова.

Типовая структура цифровой системы обработки сигналов.

Как показано в табл. 2.5, в 1986 г. были выпущено много новых ПЦОС-СБИС; некоторые из них снабжены 32-разрядными внешними шинами данных, а в некоторых предусмотрена возможность арифметической обработки с плавающей запятой. Хорошим показателем производительности ПЦОС-СБИС является время выполнения 1024-точечного комплексного быстрого преобразования Фурье ( БПФ), так как этот вид обработки весьма характерен для многих применений.

Снаружи процессор представляет собой 32-битовое устройство. Внешняя шина данных к памяти является 64-битовой, удваивая количество данных, передаваемых в течение одного шинного цикла.

Обмен кодами между памятью команд, памятью данных, периферийными устройствами и МП осуществляется через двунаправленный буфер шины данных. Последний изолирует внешнюю шину данных от внутренней. Это позволяет упростить подключение к одной шине нескольких устройств.

Шины и разряды

Как ты уже знаешь, вся информация в цифровой технике стараниями инженеров и математиков представляется в виде двоичных чисел, которые записываются с помощью всего двух цифр: «0» и «1». Обычное десятичное число «3» в двоичной записи будет выглядеть как «11», т.е. 3₁₀ = 11₂. Нижние индексы указывают в какой системе счисления записано число, т.е. 10 – десятичная, а 2 – двоичная. Одна цифра в двоичном числе называется разрядом. У разрядов есть старшинство. Самый правый разряд называется младшим, а самый левый – старшим. Старшинство разряда растет справа налево:

Двоичное число, состоящее из 8 разрядов называется 8-ми разрядным, из 16 – шестнадцатиразрядным и т.д. Разрядность двоичного числа имеет самое прямое отношение к взаимодействию между процессором, памятью и устройствами ввода-вывода.

Дело в том, что в твоем МК бегают такие же двоичные числа. Они ходят от памяти к процессору, от процессора назад к памяти или УВВ, а от последних к процессору. Бегают они естественно по проводам (в МК эти шины спрятаны внутри микросхемы). Каждый провод в определённый момент времени может передавать только один разряд со значением «0» или «1». Поэтому, чтобы передать, к примеру, 8-ми разрядное число от процессора к памяти или назад понадобится минимум 8 таких поводов.

Несколько таких проводов, объединенных вместе называются шиной. Шины бывают нескольких видов: шина адреса, шина данных и шина управления. По шине адреса бегают числа, которые обозначают адрес ячейки памяти или устройства ввода-вывода, откуда ты хочешь получить или куда хочешь записать данные. А сами данные будут передаваться уже по шине данных. Это похоже на почтовую посылку. У посылки есть адрес и есть содержание. Так вот в микропроцессорной системе, каковой МК также является, адрес и данные передаются по разным путям, именуемым шинами.

Сколько проводов должно быть в шине?

Это напрямую зависит от конструкции процессора. Процессор может иметь 32-разрядную шину данных и 16-ти разрядное АЛУ. Такие случаи в истории процессоров и МК встречаются многократно. Поэтому разрядность процессора не определяет 100% разрядность шин данных и шин адреса. Всё зависит от конкретной конструкции.

На что влияет разрядность шины адреса

Самым главным, на что она влияет, является количество адресов, которые можно по ней передавать. Например, в 4-разрядной системе это будет всего 24 = 16 адресов, в 64-разрядной числов сдресов будет уже 264=18 446 744 073 709 551 616. Таким образом, чем выше разрядность шины адреса, тем к больше объем памяти и больше устройств ввода-вывода, с которыми может работать процессор

Это важно

На что влияет разрядность шины данных

Её разрядность определяет сколько данных процессор может считать за один раз. Чем выше разрядность, тем больше данных можно считывать за один раз. Её разрядность, как и разрядность шины адреса целиком определяется конструкцией конкретного процессора или МК. Но при этом всегда кратна восьми. Связано это с тем, что практически во всех устройствах памяти минимальной единицей информации является байт, т.е. двоичное число из 8-ми разрядов.

Зачем было нужно вводить ещё одно название: байт? Оно служит для обозначения количества информации. Если количество разрядов говорит просто о длине двоичного числа, то битность говорит о количестве информации, которую это число несет. Считается, что один разряд двоичного числа может передавать 1 бит информации. При этом биты группируются в байты, килобайты, мегабайты, гигабайты, терабайты и т.д.

Кстати, 1 байт = 8 бит, 1 килобайт = 1024 байтам, 1 мегабайт = 1024 килобайтам и т.д. Почему именно 1024? Все это связано с тем, что размер памяти всегда кратен степени двойки: 23 = 8, 210=1024. В свою очередь кратность двойке была выбрана благодаря тому, что она упрощает техническую реализацию устройств памяти. Устройство памяти представляет.

Системный блок

Системный блок – это самая главная часть компьютера. Делает его таким важным не внешний вид, не размеры и расцветка, а то, что в нем находится. А что же внутри? Внутри много разного интересного, например, жесткий диск, где хранятся все фотографии, фильмы, музыка, словом, вся информация, что есть на компьютере.

Почему компьютеры стоят по-разному?

Важно помнить, что системный блок содержит в себе различные части, качество которых влияет на производительность работы компьютера. Производительность — это скорость

Компьютеру необходимо определенное время, чтобы совершить какое-то действие, ему нужно обработать информацию, то есть «подумать». Чем быстрее он «думает», тем выше производительность. То есть составляющие системного блока отвечают за то, как и с какой скоростью работает компьютер. Для того, чтобы сидеть в интернете или смотреть фильмы хватит средней производительности.

Но для любителей игр с крутой графикой или профессионалов, например, фотографов, работающих с изображениями больших размеров, этого мало. Поэтому и компьютеры им нужны мощнее.

Составляющие системного блока подбираются под нужды конкретного покупателя. Кому-то попроще — для фильмов, интернета, кому-то посерьезнее — для игровых новинок или работы. Поэтому и цена такая разная.

К системному блоку подключаются все внешние устройства, у которых есть провода, а на корпусе имеется 2 основные кнопки – включения/выключения «power» и кнопка принудительной перезагрузки «reset», необходимая для случаев, когда компьютер длительное время не отвечает на наши команды.

Как работает компьютерный автобус? Компоненты и функции

Операция в основном состоит из прохождения электрических сигналов через металлические проводники и их приема другим компонентом в соответствии с интегрированными протоколами, которые они обрабатывают вместе.

Они также могут проводить оцифрованные сигналы и определять их пропускную способность в соответствии с количеством повторений, которые они могут выполнить за определенное время, классифицированными по отправке этой частоты и ширине данных. Это соотношение обратно пропорционально друг другу.

Компоненты шины:

Кабели , которые используются для передачи электроэнергии.
Доска , на которой напечатаны цепи дорог, дорожек и других дорог. элементы с материалами, которые являются проводящими или нет электричества. Его миссия состоит в том, чтобы управлять и доставлять данные между компонентами.
Резисторы , как мы назвали, это электронные компоненты, которые предназначены для работы в качестве сопротивления, то есть анализируют передачу, которая существует между двумя точками электрической частоты, генерируя контроль над максимальным током, который проходит через нее.
Конденсаторы работают, чтобы иметь возможность накапливать энергию и в то же время передавать ее различным элементам, которые нуждаются в этом. немедленное электричество. Ваша работа пассивна.

Системная шина

Общая структурная схем ЭВМ.

Системные шины представляют собой набор соединительных проводников-линий, объединяющих одноименные выводы всех периферийных модулей. По каждой линии может быть передано значение одного разряда двоичного кода в виде уровней напряжения, соответствующих логическому нулю или логической единицы.

Системная шина служит для обеспечения связи между ЦП и различными периферийными устройствами и памятью машины. Шина содержит группы линий для передачи данных. Обычно этих линий в группе столько, сколько разрядов имеет машинное слово. Кроме того, име: ются адресные линии ( шина адресов), код на к торых определяет адреса ячеек памяти или внешних устройств, с которыми происходит обмен данными, и группа управляющих линий, с помощью которых задается управляющее действие ( например, передача данных в ЦП.

Системные шины представляют собой набор соединительных проводников — линий, объединяющих одноименные выводы всех периферийных модулей.

Системная шина включает: шину данных ( ШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода ( машинного слова) операнда, шину адреса ( ША), состоящую из проводов и схем сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства, шину управления ( ШУ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций ( управляющих сигналов, импульсов) во все блоки компьютера, и шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системные шины представляют собой набор соединительных проводников — линий, объединяющих одноименные выводы всех периферийных модулей. По каждой линии может быть передано значение одного разряда двоичного кода в виде уровней напряжения. Обычно 0 3 и 2 4 В соответствуют лог. По роду передаваемой информации все линии разделены на три группы, образующие шину данных, шину адресов и шину управления. Так как рассматриваемый микропроцессор предназначен для обработки 8-разрядных двоичных чисел, то порты ввода или вывода тоже 8-разрядные.

Системная шина — основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина работает на частоте материнской платы, и это существенно снижает эффективное быстродействие компьютера. Наличие же backside — шины ускоряет обмен с кэш-памятью.

Системная шина ( магистраль) ISA была разработана специально для персональных компьютеров типа IBM PC AT и является фактическим стандартом. В то же время, отсутствие официального международного статуса магистрали ISA ( она не утверждена в качестве стандарта ни одним международным комитетом по стандартизации) приводит к тому, что многие производители допускают некоторые отклонения от фирменного стандарта.

Общая структурная схем ЭВМ.

Системные шины реализуются на основе многопроводных магистралей. Каждому устройству на шине присваивается адрес и уровень приоритета. Чем ближе расположено устройство к центральному процессору на системной шине, тем выше его приоритет при обработке прерываний. Обычно оперативная память располагается в непосредственной близости от центрального процессора, благодаря чему она имеет самый высокий приоритет.

Системная шина ( системный интерфейс) состоит из шин адреса и данных, 28 управляющих линий, 10 линий заземления и 4 линий электропитания. Шина адреса имеет 24 линии, 4 из которых зарезервированы.

Системная шина состоит из восьмислойной печатной платы и установленных на ней семи разъемов СМП34С — 135 на 135 контактов каждый. Платы в конструктиве устанавливаются произвольно.

2、Внешняя шина данных

К настоящему времени вы узнали, что информация передается по всему компьютеру и его компонентам двоичным кодом (т. Е. 0 и 1), путешествующим через шину (Data Bus). Внешняя шина данных (также называемая внешней шиной или шиной данных) — это данные на компьютере. К нему подключены все компоненты адресации данных или любые другие дополнительные устройства передачи данных; следовательно, любая информация/данные, отправляемые по этой шине, доступны всем подключенным к компьютеру устройствам.

Как обсуждалось ранее, компьютеры используют восемь проводников (8-битная шина данных), что позволяет передавать только 1-байтную информацию одновременно. Затем компьютеры эволюционировали, размер /ширина внешней шины данных увеличилась с 1 до 16, 32 и, наконец, до нынешнего размера данных / ширины 64 проводников. Большая и широкая шина дает больше места для потока данных за раз, так же, как добавление большего количества полос движения к шоссе позволяет большему количеству движения автомобилей через точку за определенный промежуток времени.

Основная/ЦП/материнская плата является основной печатной платой компьютера, которая содержит внешнюю шину данных, подключенную к устройствам расширения, которые не являются частью основной конструкции материнской платы. Слоты расширения представляют собой наклонную поверхность, соединяющую два внешних устройства с материнской платой компьютера через внешнюю шину.

Карты расширения, также называемые дочерними картами, представляют собой мини-схемы, встроенные в слоты шины расширения на материнской плате. Другими формами являются слоты, которые удерживают и вмещают память компьютера.

Итоги

Как мы видим, последовательные интерфейсы пришли в компьютерную индустрию всерьёз и надолго. Не за горами времена, когда такие почётные долгожители, как PCI, IDE(PATA), SCSI, совсем уйдут со сцены, ибо преемники – PCI Express, Serial ATA, Serial Attached SCSI – уже агрессивно отвоёвывают позиции у «старичков». В стане процессорных шин пока паритет – архитектура K8 компании AMD c организацией процессорной шины на основе HyperTransport уже зарекомендовала себя как удачное решение, но и компания Intel с «последней редакцией» параллельной шины FSB (QPB) чувствует себя довольно уверенно и не собирается от неё отказываться.

Что касается возможной войны технологий PCI Express и HyperTransport, то здесь не тот случай – уж слишком разные сферы применения уготованы разработчиками этим решениям. Для вторжения в сферу сверхбыстрых передач у PCI Express недостаточно пропускной способности (максимум 8 ГБ/с для х16 против 41 ГБ/с у HyperTransport). Что касается работы HyperTransport с периферийными контроллерами, то данная шина не обладает для этого достаточными возможностями протоколов в силу своего изначального предназначения – замены процессорной шины, первое упоминание о «горячем» подключении появилось лишь в спецификации HyperTransport 3.0, да и стандартом пока что не предусмотрено внешних разъёмов.