Шины компьютера

Связь различных устройств вычислительной системы между собой осуществляется с помощью шин. К шинам предъявляются требования высокого быстродействия (пропускной способности), высокой надежности и малой стоимости. Пропускная способность шины определяется объемом информации, передаваемой по шине в единицу времени, и равна произведению тактовой частоты шины на ее разрядность. Ширина шины определяется ее разрядностью, т.е. количеством линий, входящих в состав шины.

Шины могут быть нескольких профилей в зависимости от количества ведущих устройств, т.е. устройств, которые могут инициировать транзакции чтения или записи. При нескольких ведущих устройствах предоставление полномочий на захват шины осуществляет схема арбитража.

Различают синхронные и асинхронные шины. В синхронных шинах предполагается, что тактовые сигналы связываемых устройств засинхронизированы, поэтому возможно большее быстродействие, но при существенном ограничении длины шины. В асинхронных шинах используется старт-стопный режим передачи с предварительным запросом связи и согласием на нее.

В простейшем случае компьютер может иметь единственную шину, называемую системной. Однако применение единственной шины не позволяет распараллеливать операции обмена, кроме того, для ряда устройств оказываются не согласованными параметры быстродействия устройства и шины. Поэтому обычно используют иерархию шин. В современных персональных компьютерах имеются системная шина, связывающая процессор с оперативной памятью (и возможно с кэш-памятью второго уровня), шина связи с видеоадаптером, шина для подключения сетевого контроллера и быстрых внешних устройств и шина медленных устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер и т.п.

В качестве шины для подключения графического контроллера используются последовательные шины AGP или PCI Express. Шина AGP (Accelerated Graphics Port) представляет собой канал передачи данных между видеокартой и оперативной памятью. . Поскольку эта шина соединяет только два устройства, то она является портом. Используется для ускорения обработки графических данных, подключается непосредственно с одной стороны к системному контроллеру, а с другой стороны к видеокарте. В современных материнских платах преимущественно испольуют PCI Express. В 2007 г. создан вариант PCI Express 2.0 с пропускной способностью одного соединения 5 Гбит/с, а модификация PCI Express 3.0 будет обладать пропускной способностью в 8 Гбит/с.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) — шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. Иимеет 32- и 64-разрядный варианты. Одни и те же линии служат для передачи и адреса, и данных. Шина PCI используется для связи с быстродействующими устройствами, к числу которых относят сетевую карту,сканер и некоторые другие устройства. PCI — многомастерная шина, т.е. ведущими могут быть многие устройства. Ведущее устройство, захватывая шину, управляет ею, освобождая от этой работы центральный процессор.

Шина USB (Universal Serial Bus) — универсальная последовательная шина для связи компьютера как с среднескоростными, так и низкоскоростными периферийными устройствами. Для подключения устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства. К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств по топологии "звезда". Пропускная способность USB 2.0 от 1,5 до 480 Мбит/с в зависимости от характеристик подклюячаемого устройства.

Шина ISA (Industry Standard Architecture) — 16-разрядная стандартная шина для подключения медленных устройств ввода/вывода таких, как мышь, клавиатура, модем и т.п. Ее тактовая частота 8,3 МГц. Использовалась в компьютерах прошлых поколений. Происходит передача функций ISA к шинам USB или 1394.

В настоящее время для связи различных устройств в вычислительных системах все более широкое применение находят последовательные шины.