Шины — это совокупность каналов, по которым идет обмен информацией между процессором и устройствами системного блока (оперативная память, порты ввода-вывода, видеокарта, жесткий диск и другие) компьютера.
Общие сведения о шинах и контроллерах
Шины в компьютерной архитектуре являются подсистемами, которые предназначены для передачи данных между функциональными блоками компьютера. Как правило, шина должна управляться при помощи драйвера. К шине могут быть подключены несколько модулей по одной совокупности проводников. Каждая шина обладает своим набором коннекторов (соединений), предназначенных для физического подсоединения устройств, карт и кабелей.
Компьютерные магистрали подразделяются на системные и локальные. Системная магистраль (шина) PCI предназначена для связи микропроцессора и внешних устройств. Локальные шины делятся на несколько видов, а именно:
- Шина микропроцессора FSB.
- Шина, предназначенная для подключения видеоконтроллера.
- Шины, предназначенные для внешних накопителей IDE SCI.
- Шины, предназначенные для низкоскоростных внешних устройств USB.
Контроллером является устройство управления в сфере электроники и вычислительной техники. Контроллером может считаться электронное устройство, которое способно забирать приходящие в порт сигналы или выдавать их через порт. Контроллер может определить, для него ли предназначается сигнал, а также он способен кодировать и раскодировать сигналы, выполнять преобразование сигналов (если это предусмотрено смыслом его работы и конструкцией), передавать обработанную информацию процессору или в оперативной памяти для дальнейшего её применения или дальнейшей обработки, но лишь только тогда, когда он получил подтверждение, что память свободна или процессор готов информацию принять.
Контроллеры и шины. Шины FSB, PCI Express, PCI
Базой архитектуры современных персональных компьютеров является магистрально-модульный принцип построения. Модульный принцип предоставляет возможность пользователю самому формировать требуемую комплектацию компьютера и производить, когда это необходимо, ее модернизацию. Модульная структура компьютера должна опираться на магистральный (шинный) принцип информационного обмена среди модулей.
Обмен информацией между отдельными модулями компьютера реализуется при помощи трёх многоразрядных шин, которые соединяют все модули, а именно это:
- Шина данных.
- Шине адреса.
- Шина управления.
Разрядность шины данных должна быть такой же, как и у процессора (существуют 8-, 16-, 32-, 64-разрядные процессоры).
Front Side Bus (FSB) — это шина, с помощью которой возможна организация соединения x86-совместимых центральных процессоров с внутренними компьютерными модулями. Компьютеры, выполненные на основе x86-совместимого микропроцессора, организованы следующим образом. При помощи шины FSB микропроцессор подсоединён к системному контроллеру, именуемому «северным мостом», который, в свою очередь, оснащён контроллером оперативной памяти. Необходимо заметить, что отдельные модели персональных компьютеров обладают встроенным в микропроцессор контроллером оперативной памяти. То же самое относится и к контроллерам шин для периферийных устройств.
Сегодня, повсеместно применяется подход, при котором к северному мосту подсоединяются самые производительные периферийные устройства (например, видеокарты PCI Express 16x), а периферийные устройства, которые обладают меньшей производительностью (к примеру, устройства на шине PCI), подключаются, наоборот, к «южному мосту». Он имеет соединение с северным мостом при помощи специальной шины.
Комбинация из «южного» и «северного» моста именуется «набором системной логики», но более часто применяется термин «чипсет». То есть, шина FSB реализует функции магистрального канала между процессором и чипсетом. Частоты, на которых функционируют центральный процессор и шина, имеют общую опорную частоту.
Что касается памяти, то здесь существуют следующие варианты:
- Контроллер памяти встроен в системный контроллер. В более ранние этапы развития компьютерной техники, частота работы памяти была аналогична частоте шины FSB. Однако, в современных компьютерах частоты шины FSB и шины памяти уже редко бывают одинаковыми. Так как взаимодействие процессора с памятью осуществляется через FSB, то это означает, что производительность шины FSB может считаться одним из ключевых параметров системы.
- Контроллер памяти находится в процессоре. Современные процессоры имеют интегрированный контроллер памяти. Это определяет минимальную зависимость производительности таких процессоров от шины FSB.
Когда в начале девяностых годов прошлого века появилась шина PCI (Peripheral Component Interconnect, то есть, взаимодействие периферийных компонентов), то по своим техническим параметрам она обладала значительным превосходством в сравнении с существовавшими до того момента шинами, такими, как ISA, EISA, MCA и VL-bus. В те времена шина PCI, которая работала на частоте 33 Мгц, отлично подходила практически для всех периферийных устройств. Но на сегодняшний день положение дел значительно изменилось.
В первую очередь, существенно выросли тактовые частоты процессора и памяти. К примеру, тактовая частота процессоров возросла с 33 МГц до нескольких ГГц, при этом рабочая частота PCI выросла лишь до 66 МГц. Но, вместе с тем, архитектура PCI обладает рядом достоинств в сравнении с предшественниками, поэтому полностью отказываться от неё было бы нерациональным подходом.
Новое поколение шины, которое было названо PCI Express (или сокращенно PCI-E), впервые увидело свет в 2004-ом году и должно было разрешить весь тот набор проблем, с которыми столкнулась шина PCI. Сегодня практически все новые компьютеры обладают шиной PCI Express. И хотя типовые слоты PCI в них также имеются, однако вероятнее всего скоро эта шина станет достоянием истории.
