Персональный компьютер — устройство сколь сложное, столько и простое. Сложное оно потому, что за его элементами стоит многолетний труд инженеров. Просто из-за того, что внутреннее его устройство спроектировано как можно проще. Основным фактором этого является стандартизация узлов ПК. Сегодня речь пойдёт об одной из важнейших его составляющих — компьютерных шинах.
Как правило, на обывательском уровне принято уравнивать компьютерную шину и используемые ею разъём. Конечно, это неправильный подход. Разъём это один из составляющих компьютерной шины.
Если говорить обобщённо, то компьютерная шина это специализированная подсистема, которая отвечает за передачу данных между комплектующими персонального компьютера или между функциональными блоками.
Прародителями современных компьютерных шин были группы проводников, чья функция состояла в том, чтобы подключить оперативную память и различные периферийные устройства к центральному процессору. Уже на начальном этапе сложилась практика использования различных интерфейсов (разъёмов) для подключения устройств. Кроме того, определилось разделение шин на локальные (или внутренние) и периферийные (внешние). И те, и другие отвечают за подключение к материнской плате. Разница в том, что локальные шины отвечают за подключение к материнской плате внутренних устройств компьютера (т.е. тех, что внутри корпуса), а внешние шины отвечают за подключение периферийных устройств (которых находятся вне корпуса компьютера).
Во всей этой схеме центральным звеном является материнская плата. Именно на ней мы можем увидеть множество разъёмов. Это должно сказать нам, что материнская плата представляет собой скопление множества шин. В общем-то, её главная функция как раз и заключается в том, чтобы связывать между собой внутренние и внешние устройства.
Различные устройства подключаются через северный и южный мосты на материнской плате. Данная концепция зарекомендовала себя как проверенная временем. И, несмотря на появление большого числа новых интерфейсов и эволюцию типоразмеров ПК, эта схема остаётся неизменной уже долгое время.
Говоря о компьютерных шинах, невозможно не упомянуть две важнейших категории — последовательные и параллельные шины. Это разделение основывается на количестве сигнальных линий, используемых в шине.
В последовательной компьютерной шине сигнальная линия одна. При этом допускается использование двух каналов для разделения потоков приёма и передачи. Чтобы не слишком усложнять описание, скажем, что в последовательной шине биты передаются один за другим (последовательно, как ни странно).
Передаваемые биты облекаются в байт (8 бит = 1 байт). Первым делом передаётся так называемый стартовый бит. Он является противоположной полярностью состоянию незанятой линии. После этого передаются 8 бит полезной информации. После этого идёт бит чётности, а последним стоповый бит. Он говорит о том, что передача завершена.
Из описания последовательной шины может показаться, что их «ширина» составляет только один бит. Но это совсем не так. Хотя принцип устройства последовательной шины и подразумевает передачу бит за битом, ширина это шины может быть и 2 бита, и 8 бит, и так далее. При этом данные разделены на логическом уровне.
Из примеров последовательной шины очень распространенным является стандарт RS-232, применяемый, как правило, при соединении различного компьютерного и телекоммуникационного оборудования.
Параллельные шины представляют собой своего рода совокупность сигнальных линий. В параллельных шинах ширина соответствует количеству сигнальных линий. Другими словами, ширина параллельных шин соответствует количеству передаваемых битов информации. Сигнал каждой линии может принимать два значения — 0 или 1. На физическом уровне это означает, что в параллельной шине используется большее число проводов или стекловолокон, нежели в последовательной. Если последовательная и параллельные шины работают на одной и той же частоте, то параллельный канал окажется быстрее.
Для стабильной передачи сигнала параллельные каналы передачи данных обладают дополнительными контрольными сигналами и, как следствие, контроллером, который отвечает за управление процессом обмена данными. Это несколько усложняет процесс обмена данными, поскольку контроллеру требуется внешних синхронизирующий сигнал.
Из известных примеров параллельных шин можно вспомнить ISA, ATA (также известен как IDE или PATA), SCSI или PCI.
Скорее всего, читателя интересует вопрос, какой из двух подходов лучше. Как ни странно, живы оба. Причина лежит на физическом уровне.
По сути, скорость передачи данных это тактовая частота, которую надо помножить на разрядность. В параллельных шинах на скорость передачи данных влияют следующие факторы: неэффективная проводимость материалов, помехи, недостатки конструкции и сборки и прочее. В последовательных шинах повышение частоты упирается в возможности приемопередающих цепей. Фактически, если говорить о последовательных шинах, то всё упирается в свойства используемого кабеля. На текущий момент свойств оптического кабеля хватает для передачи данных. Поэтому последовательный способ передачи данных рано сбрасывать со счетов. Тем более, если речь идёт о передачи на дальние расстояния.
Также необходимо упомянуть такие понятия, как шина адреса, шина данных и шина управления.
Шина адреса — это компьютерная шина, которая используется центральным процессором или другими устройствами, обладающими прямым доступом к памяти, для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство может обратиться для проведения чтения или записи.
Шина данных — это компьютерная шина, отвечающая за передачу данных между компонентами компьютера.
Шина управления — это компьютерная шина, передающая сигналы, которые сообщают устройствам, какую операцию необходимо проводить.
Напоследок о такой важной характеристике компьютерных шин как пропускная способность, которая измеряется в количестве бит в секунду (бит/с) или байт в секунду (Б/с). Скорость работы параллельных шин обычно измеряют в байтах в секунду, а последовательных — в битах в секунду.
Статьи по теме: