Шины компьютера

Основу любого персонального компьютера составляет материнская плата и процессор. От них зависит производительность всей системы. На материнской плате для каждого устройства – клавиатуры, дисководов и т. д. имеется управляющая электронная схема – адаптер, или контроллер. Некоторые контроллеры могут управлять сразу несколькими устройствами.

Все контроллеры компьютера взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которая называется также системной шиной. Кроме системной шины на современных материнских платах имеется несколько шин и соответствующих им разъемов для подключения устройств:

1. шина памяти – для обмена информацией между оперативной памятью и центральным процессором;
2. шина AGP – для подключения видеоадаптера.
3. шина кэш-памяти – для обмена информацией между кэш-памятью и центральным процессором;
4. шины ввода-вывода (интерфейсные шины) – служат для подключения различных устройств.

Существует три основных показателя работы шины компьютера: тактовая частота, разрядность, скорость передачи данных или пропускная способность.

Работа любого компьютера зависит от тактовой частоты, определяемой кварцевым генератором, который представляет собой оловянный контейнер с помещенным в нем кристаллом кварца. Под воздействием электрического напряжения в кристалле возникают электрические колебания. Частота этих колебаний и называется тактовой частотой. Все изменения логических сигналов в любой микросхеме компьютера происходит через определенные интервалы времени, называемыми тактами. Таким образом, наименьшей единицей измерения времени для большинства логических устройств компьютера есть период тактовой частоты. На каждую операцию требуется минимум один такт, хотя некоторые современные устройства успевают выполнить несколько операций за один такт. Тактовая частота компьютера измеряется в мегагерцах (МГц или ГГц). Существуют так называемые пустые такты (циклы ожидания), когда устройство находится в процессе ожидания ответа от какого-либо другого устройства. Так организована работа оперативной памяти и процессора компьютера, тактовая частота которого значительно выше тактовой частоты оперативной памяти.

Для передачи электрических сигналов шины используют множество каналов. Если используются 32 канала, то шины считаются 32-разрядными, если 64 канала – то шины 64-разрядные. В действительности шины любой разрядности имеют большее количество каналов. Дополнительные каналы предназначены для передачи специфической информации.

Каждая шина компьютера отличается от простого проводника тем, что имеет три типа линий: линии данных, линии адреса, линии управления.

По шине данных происходит обмен между центральным процессором, установленными в слоты картами расширения и оперативной памятью компьютера.

Процесс обмена данными возможен лишь в том случае, когда известен отправитель и получатель этих данных. Каждый компонент персонального компьютера и каждая ячейка оперативной памяти имеют свой адрес и входят в общее адресное пространство. Для адресации к какому-либо устройству служит шина адреса, по которой передается уникальный адрес устройства. Максимальный объем оперативной памяти зависит от разрядности адресной шины компьютера (числа линий) и равен 2 в степени n, где n – число линий шины адреса. Например, компьютеры с процессором 80486 и выше имеют 32-разрядную шину адреса, с помощью которой можно адресовать 4 Гб памяти.

Для успешной передачи данных по шине недостаточно установить их на шине данных и задать адрес на шине адреса. Необходим еще ряд служебных сигналов, которые передаются по шине управления компьютера.

Быстродействие каждой шины компьютера характеризуется ее пропускной способностью, максимально возможному объему информации, передаваемому по шине в единицу времени, и измеряется в Мбайт/с или Гбайт/c. Пропускная способность шины определяется произведением разрядности линии данных и тактовой частоты. Чем выше пропускная способность, тем выше производительность всей системы.

В действительности на пропускную способность шины компьютера влияет множество всевозможных факторов: неэффективная проводимость материалов, недостатки конструкции и сборки и многое другое. Разность между теоретической скоростью передачи данных и практической может составлять до 25 %.