Шины в ПК используются для передачи данных от ЦП к другим устройствам компьютера. Для согласования передачи данных к отдельным компонентам, которые работают на собственной частоте, используется чипсет – набор контроллеров, которые объединены в Северный и Южный мосты. Северный мост управляет обменом информацией с оперативной памятью и видеосистемой, Южный мост отвечает за функционирование других устройств, которые подключаются через соответствующие разъемы – жесткие диски, накопители, устройства, которые находятся на системной плате (встроенная аудиосистема, сетевое устройство и др.) и внешние устройства (относительно системной платы) – клавиатура, мышь и др.
Рисунок 1. Схема системной платы
Связь между всеми устройствами системной платы и устройствами, которые подключаются к ней, обеспечивается через шины и логические устройства, размещенные в микросхемах чипсета. Производительность ПК зависит от архитектуры этих элементов.
ISA (Industry Standard Architecture). Архитектура промышленного стандарта ISA была внедрена около 20 лет назад. Эта архитектура позволила установить связь между всеми устройствами системного блока и сделала возможным выполнять простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты). Несмотря на низкую пропускную способность шины ISA, которая составляет до 5,5 Мб/с, она еще используется в некоторых ПК для подключения «медленных» периферийных устройств, таких как звуковые карты и модемы.
IESA (Extended ISA) является расширением стандарта ISA, который отличается увеличенным разъемом и большей производительностью (до 32 Мб/с). Для современных системных плат стандарт IESA считается устаревшим. Выпуск системных плат с разъемами ISA/EISA и устройств, которые к ним подключаются, практически прекращен.
VLB (VESA Local Bus – локальная шина стандарта VESA). Понятие «локальная шина» впервые появилось в конце 80-х гг и связано с тем, что при внедрении ЦП III и IV поколений частоты основной шины, в качестве которой использовалась шина ISA/EISA, стало недостаточно для обмена между ЦП и оперативной памятью. Локальная шина, которая имела повышенную частоту, связала между собой ЦП и память в обход основной шины. Позже в эту шину встроили интерфейс для подключения видеоадаптера, требующий повышенной пропускной способности. Разработанный стандарт VLB, позволивший поднять тактовую частоту локальной шины до 50 МГц, обеспечил пропускную способность до 130 Мб/с.
Однако предельная частота локальной шины и ее пропускная способность зависят от количества устройств, которые к ней подключены. Например, при частоте 50 МГц к шине можно подключить одно устройство; при частоте 40 МГц – два; при частоте 33 МГц – три устройства. Использование шины VLB было вытеснено шиной PCI.
Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения внешних компонентов) был введен еще во времена ЦП 486 и первых версий Pentium. По сути это тот же интерфейс локальной шины, которая связывает ЦП с оперативной памятью с врезанными разъемами для подключения периферийных устройств. Для связи с основной шиной ПК, которой оставалась ISA/EISA, использовались мосты PCI (PCI Bridge) – специальные интерфейсные преобразователи. В современных ПК функции моста PCI выполняют микросхемы чипсета.
В данном интерфейсе частота шины составляет 33 МГц и пропускная способность – 132 Мб/с. Последние версии PCI обеспечивают частоту до 66 МГц и производительность 264 М/с для 32-разрядных и 528 Мб/с для 64-разрядных данных.
Важное нововведение, которое было реализовано этим стандартом, получило название режима plug−and−play, который впоследствии оформился в промышленный стандарт на самоустанавливающиеся устройства. Суть этого стандарта состоит в том, что после подключения периферийного устройства через разъем шины PCI происходит обмен данными между устройством и системной платой, после чего устройство автоматически подключается.
Конфликты между устройствами за обладание одними и теми же ресурсами (номерами прерываний, адресами портов и каналами прямого доступа к памяти) вызывают массу проблем у пользователей при установке устройств, подключаемых к шине ISA. С появлением интерфейса PCI и с оформлением стандарта plug−and−play появилась возможность выполнять установку новых устройств с помощью автоматических программных средств — эти функции во многом были возложены на операционную систему.
В современных ПК шина PCI используется только для подключения периферийных устройств.
FSB (Front Side Bus) используется для связи ЦП и оперативной памяти и обеспечивает частоту 100–200 МГц, которая является одним из основных параметров для потребителя. Современные типы памяти (DDR SDRAM, RDRAM) могут передавать несколько сигналов за 1 такт шины FSB, вследствие чего повышается скорость обмена данными с оперативной памятью.
AGP (Advanced Graphic Port – усовершенствованный графический порт) разработан для удовлетворения требований видеоадаптеров. Частота AGP соответствует частоте PCI–33 МГц или 66 МГц, но имеет более высокую пропускную способность за счет передачи нескольких сигналов за 1 такт. Количество сигналов, которые передаются за 1 такт, указан в виде множителя, например АGP4X (скорость передачи до 1066 Мб/с).
PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association – стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для ПК) обеспечивает интерфейс подключения плоских карт памяти небольших размеров и используется в портативных ПК.
USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль) определяет способ взаимодействия ПК с внешними устройствами и позволяет подключать до 256 устройств с последовательным интерфейсом. Устройства могут подключаться цепочками (каждое последующее устройство подключается к предыдущему). Производительность шины USB относительно невысокая, но вполне подходит для клавиатуры, мыши, модема, джойстика, принтера и т.п. Преимуществом использования шины USB: практически невозможность возникновения конфликтов между различными устройствами, возможность подключения и отключения устройства при включенном ПК и возможность объединения нескольких ПК в локальную сеть без использования специального оборудования и программного обеспечения.