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.
Статья: Функции микропроцессорного комплекта (чипсета)
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.
