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.
