Шины используются для передачи данных от ЦП к другим устройствам ПК. Для согласования передачи данных к отдельным компонентам, которые работают на своей частоте, используется микропроцессорный комплект (чипсет), от параметров которого в наибольшей степени зависят свойства и функции системной платы.
Большинство чипсетов материнских плат для современных ПК выпускаются на базе двух микросхем:
- «Северный мост» (или четырехпортовый контроллер), управляющий взаимосвязью 4-х устройств: ЦП, оперативной памяти, порта AGP и шины PCI;
- «Южный мост» (многофункциональный контроллер), выполняющий функции контроллера устройств, которые подключаются через соответствующие разъемы: жесткие и гибкие диски, функции моста ISA–PCI, устройства, которые находятся на системной плате (встроенная аудиосистема, сетевое устройство и др.); для внешних устройств: клавиатура, мышь, шины USB и т.д.
В ранних версиях системных плат связь между обоими мостами обеспечивала шина PCI, контроллер которой располагался в северном мосте. У современных системных плат мосты соединены новой шиной повышенной производительности, а контроллер шины PCI находится в южном мосте вместе с контроллерами остальных устройств.
Рисунок 1. Схема системной платы
Связь ЦП с мостами обеспечивается шиной FSB (Front Side Bus). В современных ПК наиболее часто используются Hyper−Transport и SCI.
Северный мост отвечает за функционирование наиболее производительных устройств – видеоадаптера через шину PCI Express 16x и оперативной памяти с помощью шины памяти.
Южный мост позволяет функционировать менее скоростным устройствам, которые подключаются с помощью карт расширения (аудиокарта, сетевая карта, видеокарта и т.д.) с помощью шины PCI и шины PCI Express, оптическим дисководам и жестким дискам с помощью шины ATA (ранее называлась IDE, сейчас – PATA (Parallel ATA) и наиболее современной шины SATA. Еще более медленные устройства подключаются к южному мосту с помощью шины LPC: микросхема BIOS, мультиконтроллер для связи с внешними устройствами через последовательные и параллельные порты (клавиатура, мышь, принтер и др.).
В наиболее современных ПК функции северного моста выполняет ЦП. Основной шиной в ПК является шина передачи данных между ЦП и Северным мостом. Следующая шина имеется между ЦП и оперативной памятью (раньше она была между Северным мостом и оперативной памятью). Рассмотрим шины, которые ведут к картам расширения.
Рисунок 2. Шины, ведущие к картам расширений
Для передачи данных в ПК используется специальная шина, состоящая из трех частей, которыми передаются данные, адреса и управляющие сигналы. Таким образом данные передаются тремя частями через:
- шину адреса – для передачи адреса ячейки или порта к памяти или устройства ввода/вывода (УВВ);
- шину данных – для передачи данных или команд;
- шину управления – для передачи синхронизирующих сигналов и информации о состоянии устройств.
Рисунок 3. Общая схема взаимодействия устройств
Число линий адресной шины указывает на максимальное адресное пространство, куда можно направлять данные, в основном в оперативную память. ЦП 8086, который имел 20 линий для адреса, мог адресовать 220=1 Мб памяти; ЦП 286 имел 24 линии (224=16 Мб), а ЦП 386–32 линии (232=4 Гб). Современные же ПК имеют более 32 линий. Т.е. чем больше линий в адресной шине, тем большее количество оперативной памяти поддерживает системная плата.
Шина данных отвечает за непосредственную передачу данных. Таким образом, чем больше шина имеет линий, тем больше е количество данных она сможет передать за 1 такт. При разработке шин компании разработчики постоянно увеличивает число линий – от 8 в первых ПК до 32 в современных системах. Информация между ЦП и внешними устройствами (по отношению к системной плате) передается с помощью вставки плат в разъемы системной платы. Следовательно, через эти разъемы невозможно передать больше данных, чем поддерживает внутренняя системная шина, и даже меньше, в зависимости от типа той шины, с которой работают карты расширения. Существует несколько видов шин и разъемов под них: ISA, EISA, PCI и др. В современных моделях ПК чаще всего применяется наиболее производительная шина PCI−Е. Но многие устройства до сих пор работают с менее производительными шинами, потому в современных системных платах установлены до 5 разных шин и им соответствующих разъемов.
С помощью шины управления передаются сигналы, которые определяют характер обмена передаваемой информацией по магистрали – считывание или запись информации, синхронизируется обмен информацией между устройствами и т.д.