Классификация шин по назначению

Традиционно шины делятся на шины, обеспечивающие организацию связи процессора с памятью, и шины ввода-вывода. Шины ввода-вывода могут иметь большую протяженность, поддерживать подсоединение многих типов устройств, и обычно следуют одному из шинных стандартов. Шины процессор-память, с другой стороны, сравнительно короткие, обычно высокоскоростные и соответствуют организации системы памяти для обеспечения максимальной пропускной способности канала память-процессор. Среди шин ввода-выводавыделяют два типа шин:

- шины расширения (Expansion Bus) предназначены для подключения различных устройств, расширяющих возможности компьютера. Шины расширения конструктивно оформляются в виде щелевых разъемов (слотов, англ. slot – щель, паз) для установки плат адаптеров.

- внешние шины и порты ввода-вывода предназначенные для подключения к компьютеру периферийных (располагаемых вне корпуса) устройств.

Иногда используется еще одно понятие – локальная шина. Локальной шиной, как правило, называется шина, непосредственно подключенная к контактам микропроцессора, т.е. являющаяся продолжением шины процессора.

Процессорная шина

Любой процессор обязательно оснащён процессорной шиной, которую для архитектуры x86 принято называть FSB (Front Side Bus). По этой шине передаются данные между процессором и оперативной памятью, а также между процессором и остальными устройствами персонального компьютера. Иначе эта шина носит название системной. (В литературе часто разделяют эти два понятия процессорная и системная шина, дело в том, что поначалу процессор подключался к основной системной шине через собственную, процессорную, шину, в современных же системах эти шины стали одним целым.) Системную шину иногда также называют хост шиной.

Классическая схема организации внешнего интерфейса процессора (используемая, к примеру, компанией Intel) предполагает, что системная шина соединяет процессор и контроллер памяти, а уже тот, в свою очередь, по специальной шине (назовём её шиной памяти) связывается с модулями ОЗУ на плате.

Тактовая частота системной шины во многом определяет производительность всей системы. Частота, на которой работает центральный процессор, определяется исходя из частоты FSB и коэффициента умножения. Фраза: «Моя материнская плата работает на частоте 100 МГц» означает, что именно системная шина работает на тактовой частоте в 100 МГц.

Параметры FSB у некоторых процессоров приведены в табл. 3.

Таблица 4

Процессор	частота FSB	Теоретическая пропускная способность
Pentium II	66 / 100 МГц	533 / 800 МБ/с
Pentium III	100 / 133 МГц	800 / 1066 МБ/с
Pentium 4	100 / 133 / 200 МГц	3200 / 4266 / 6400 МБ
Intel Core 2	200 / 266 / 333 / 400 МГц	6400 / 8533 / 10660 / 12800 МБ
Athlon XP	133 / 166 / 200 МГц	2133 / 2666 / 3200 МБ
Athlon 64/FX/Opteron	600 / 800 / 1000 МГц	4800 / 6400 / 8000 МБ

Шины расширения

Сначала покажем место шин расширения в общей архитектуре компьютера. В самом примитивном виде архитектура компьютера была показана на рис … (Упрощенная архитектура компьютера), покажем теперь архитектуру компьютера более детально. Эта будет опять результат некоторого упрощения, дальнейшая детализация будет сделана в разделе посвященном материнским платам.

Рисунок Уточненная архитектура компьютера, место шин разного типа в общей архитектуре

Как правило, современный персональный компьютер на базе x86-совместимого процессора устроен следующим образом: процессор через системную шину подключается к контроллеру памяти, а также к контроллеру шин расширения, к которым подключаются периферийные устройства (напрямую или через контроллеры внешних шин). Оперативная память связна с контроллером памяти через шины памяти, которая, как правило, работает на частоте большей чем частота FSB.

Интерфейс устройства

Разберем, как именно устройства подключаются к шине. Большинство адаптеров персонального компьютера, выполненных в виде отдельных плат расширения, используют как минимум один из следующих системных ресурсов:

- порты ввода – вывода;

- линии запросов прерывания IRQ;

- каналы прямого доступа к памяти DMA.

Так как режимы прерывания и прямого доступа к памяти уже были рассмотрены, нам осталось разобрать, что такое порты ввода – вывода.

Порты ввода – вывода. Каждое устройство, подключаемое в слоты расширения, или системное устройство (интегрированное на материнской плате) имеют один или несколько регистров, доступ к которым осуществляется через адресное пространство ввода/вывода. Эти регистры имеют разрядность 8, 16 или 32 бита. Адресное пространство ввода/вывода в IA-32 физически независимо от пространства оперативной памяти и имеет ограниченный объём, составляющий 2¹⁶ (65536) адресов ввода/вывода. Таким образом, понятие порта ввода/вывода можно определить как 8-, 16- или 32-разрядный аппаратный регистр, имеющий определённый адрес в адресном пространстве ввода/вывода. Вся работа системы с устройствами на самом низком уровне выполняется с использованием портов ввода/вывода, для работы с портами предусмотрены специальные инструкции.

Какие именно порты используются устройством в системе Windows можно увидеть при помощи диспетчера устройств (там же где мы видим используемую устройством линию прерывания, Рис …).