В чем заключается магистральный шинный принцип обмена информацией между устройствами

Для чего предназначена магистраль шина )? Из каких частей она состоит?

Магистраль или системная шина — это набор электронных линий, связывающих воедино по адресации памяти, передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства.

Для чего предназначена магистраль шина?

Магистраль – устройство, которое осуществляет взаимосвязь и обмен информацией между всеми устройствами компьютера.

Какую роль выполняет шина адреса?

Адресная шина используется центральным процессором или устройствами, способными инициировать сеансы прямого доступа к памяти для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство может обратиться для проведения операции чтения или записи. …

Для чего предназначена шина?

computer bus) в архитектуре компьютера — соединение, служащее для передачи данных между функциональными блоками компьютера. В устройстве шины можно различить механический, электрический (физический) и логический (управляющий) уровни. … В случае USB и некоторых других шин могут также использоваться хабы (концентраторы).

Какая шина является двунаправленной?

Шина данных всегда двунаправленная, так как предполагает передачу информации в обоих направлениях. Наиболее часто встречающийся тип выходного каскада для линий этой шины — выход с тремя состояниями. Обычно шина данных имеет 8, 16, 32 или 64 разряда.

Какую информацию передаёт системная шина?

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации: 1) между микропроцессором и основной памятью; 2) между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств; 3) между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Какие устройства компьютера подключаются непосредственно к системной шине?

Шина входит в состав материнской платы компьютера и осуществляет обмен данными между процессором или оперативной памятью и контроллерами внешних устройств компьютера: клавиатуры, монитора, дисков и т.

Какую роль выполняет шина данных адреса и управления?

Шина адреса предназначена для передачи по ней адреса того устройства (или той ячейки памяти), к которому обращается процессор. Адрес на нее выдает всегда только процессор. По шине данных передается вся информация. … Таким образом, каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес.

Что такое шина питания?

Шина питания — набор проводов для подачи питания (и линий обратной связи для контроля напряжений) электронному блоку/устройству.

Чем шире шина адреса?

Между шиной адреса и шиной данных есть эмпирическое соотношение: чем больше процессор должен адресовать памяти (т. е. чем больше разрядность шины адреса), тем быстрее они должны поступать в процессор. Следовательно, тем шире шина данных.

Что можно сказать о локальной сети типа шина?

Работа в сети Топология общая шина предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети. … При таком соединении компьютеры могут передавать информацию только по очереди, — последовательно — потому что линия связи единственная.

Что такое шина FSB?

Front Side Bus (FSB, системная шина) — шина, обеспечивающая соединение между x86/x86-64-совместимым центральным процессором и внутренними устройствами. Как правило, соединение устроено следующим образом: Микропроцессор через FSB подключается к системному контроллеру, который обычно называют «северным мостом», (англ.

Для чего нужна системная шина?

Системная шина (или шина процессора) необходима для обмена информацией между процессором и оперативной и внешней памятью. Вторая шина служит для подключения периферийных устройств и является как бы продолжением шины процессора, связывая ее с внешними устройствами.

Какая шина определяет устройство или ячейку памяти?

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. … Разрядность шины адреса определяет объём адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса.

Какая шина служит для передачи данных между основными устройствами компьютера?

Основные шины компьютера

Что входит в Магистрально модульную схему компьютера?

Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами. Магистраль включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления.

Источник

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Описание разработки

Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.

Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается. Быстродействие устройств зависит от тактовой частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах – МГц) и разрядности, т.е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт.

(Такт – это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройства компьютера). Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться.

Пропускная способность шины (измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в герцах – Гц, 1Гц = 1 такт в секунду):

Пропускная способность шины = разрядность шины × частоту шины

Важнейшей частью материнской платы является чипсет, который во многом определяет архитектуру современного персонально компьютера.

Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета:

— контроллер-концентратор памяти, или Северный мост, который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;

— контроллер-концентратор ввода-вывода, или Южный мост, обеспечивающий работу с внешними устройствами.

Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине (FSB от анл. FrontSide Bus).

В наиболее быстрых компьютерах частота системной шины составляет 400 МГц. Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Таким образом, процессор может получать и передавать данные с частотой 400 МГц × 4 = 1600 МГц.

Так как разрядность системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна 64 бита × 1600 МГц = 102400 Мбит/с = 100 Гбит/с = =12,5 Гбайт/с

В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины.

В современных процессорах используется коэффициент умножения частоты 8.

Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет

400 МГц × 8 = 3,2 ГГц.

Обмен данными между Северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти частота шины памяти может составлять 400 МГц × 4 = 1600 МГц, т.е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор.

Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:

Устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы) подключаются к Южному мосту по шине SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment – последовательная шина подключения накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.

Содержимое разработки

АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА Магистрально-модульный принцип построения компьютера

высшей квалификационной категории

Давыдовой Галины Владимировны

изучить и закрепить новые понятия по теме «Архитектура персонального компьютера. Магистрально-модульный принцип построения компьютера»

способствовать развитию логического мышления, умения излагать мысли, интереса учащихся к данной теме и предмету в целом

Воспитание информационной культуры студентов, внимательности, дисциплинированности, усидчивости

урок изучения нового материала

этапу занятия (3 мин);

способов действий (15мин);

домашнее задание (3 мин);

Подготовка к основному этапу занятия

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ ШИНЫ

Многие дополнительные устройства интегрированы в современные материнские (системные) платы:

Сетевой адаптер беспроводной

Северный и Южный мосты

Чипсет Intel 845 GE

Упрощенная схема системной платы

Web-камера, модем, клавиатура, мышь

(см. рисунок предыдущего слайда)

то пропускная способность системной шины равна

64 бита × 1600 МГц = 102400 Мбит/с = 100 Гбит/с = =12,5 Гбайт/с

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ТЕМЕ «АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА. МАГИСТРАЛЬНО-МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРА»

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА

Источник

Магистрально – модульный принцип построения компьютера

Цели:

Оборудование:доска, компьютер, компьютерная презентация.

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

Важнейшим аппаратным компонентом компьютера является системна плата. На системной плате реализована магистраль обмена информацией, имеются разъемы для установки процессора, слоты для установки оперативной памяти, а так же контроллеров внешних устройств.

Материнская плата (Motherboard) – основной элемент системного блока, позволяющий объединить все основные компоненты и устройства компьютера, и обеспечить передачу данных между ними.

Еще 10-15 лет назад системные платы (и подавляющее большинство других узлов) персональных компьютеров строились на основе цифровых микросхем малой и средней степени интеграции (вентилей, триггеров, регистров и т.п.). И если бы вам пришлось иметь дело с компьютерами ХТ/АТ, тогда вы бы увидели системную плату с полутора-двумя сотнями корпусов интегральных схем (ИС).

Пропускная способность. Быстродействие устройства зависит от тактовой частоты тактового генератора (обычно меряется в мегагерцах – МГц) и разрядность, т.е количество битов данных, которые устройство может обрабатывать или передавать одновременно (измеряется в битах). Дополнительно в устройствах используется внутреннее умножение частоты с разными коэффициентами.

Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность шины данных измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в Гц = 1/с):

Пропускная способность шины = Разрядность шины × Частота шины.

Северный и южный мосты. Для согласования тактовой частоты и разрядности устройств на системной плате устанавливают специальные микросхемы, включающие в себя контроллер оперативной памяти и видеопамяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост).

Северный мост – это системный контроллер, являющийся одним из элементов чипсета материнской платы, отвечающий за работу с оперативной памятью (RAM), видеоадаптером и процессором (CPU). Северный мост отвечает за частоту системной шины, тип оперативной памяти и ее максимально возможный объем. Одной из основных функций северного моста является обеспечение взаимодействия системной платы и процессора, а также определение скорости работы. Частью северного моста во многих современных материнских платах является встроенный видеоадаптер. Таким образом, функциональная особенность северного моста являет собой еще и управление шиной видеоадаптера и ее быстродействием. Также северный мост обеспечивает связь всех вышеперечисленных устройств с южным мостом.

Северный мост получил свое название благодаря «географическому» расположению на материнской плате. Внешне это квадратной формы микрочип, расположенный под процессором, но в верхней части системной платы. Как правило, северный мост использует дополнительное охлаждение. Обычно это пассивный радиатор, реже — радиатор с активным охлаждением в виде небольшого кулера. Связано это с тем, что температура северного моста примерно на 30 градусов Цельсия всегда выше температуры «южного собрата».

Завышенная температура вполне обоснована. Во-первых, северный мост находится в непосредственной близости от центрального процессора, во-вторых, он находится выше видеокарты, жестких дисков и южного моста. Это означает, что часть тепла от вышеупомянутых устройств доходит до северного моста. Ну и в-третьих, самое главное — северный мост отвечает за обработку команд самых сильных компонентов системы — процессор, память и графику. Поэтому будем считать, что увеличенный номинал температуры является нормой для северного моста любой материнской платы.

Южный мост – это функциональный контроллер, известен как контроллер ввода-вывода или ICH (In/Out Controller Hub). Отвечает за так называемые «медленные» операции, к которым относится отработка взаимодействия между интерфейсами IDE, SATA, USB, LAN, Embeded Audio и северным мостом системы, который, в свою очередь, напрямую связан с процессором и другими важными компонентами, такими как оперативная память или видеоподсистема. Также южный мост отвечает за обработку данных на шинах PCI, PCIe и ISA (в старых моделях системных плат).

Список обслуживаемых систем материнской платы южным мостом довольно велик. Помимо вышеприведенных IDE, SATA, USB, LAN и прочего, южный мост отвечает еще и за SM шину (используется для управления вентиляторами на плате), DMA-контроллер, IRQ-контроллер, системные часы, BIOS, системы энергообеспечения APM и ACPI, шину LPC Bridge.

Как правило, выход из строя южного моста ставит точку в жизни системной платы. Именно южный мост является порой первым щитом, принявшим «удар на себя». Ввиду технологических особенностей это так. Причин «гибели» южного моста на порядок больше, чем северного, ведь он работает напрямую с «внешними» устройствами. Так, частой причиной выхода из строя ЮМ является банальный перегрев, вызванный коротким замыканием, например, USB-разъема. Либо неисправности питания жесткого диска. Т.к. в большинстве случаев южный мост не оборудован системой дополнительного охлаждения, он перегревается и сгорает. Реже причиной поломки южного моста является заводской брак. Деформация (излишние изгибы) системной платы также приводит к повышению нагрева южного моста с последующим выходом его из строя.

Частота процессора. Северный мост обеспечивает обмен данными с процессором, оперативной памятью и видеопамятью. Частота процессора в несколько раз больше, чем базовая частота магистрали.

Частота процессора — это количество синхронизирующих импульсов в секунду.

Количество тактов в секунду, не совпадает с фактическим количеством операций в секунду, выполняемых компьютером. Для процессора значение частоты измеряют в гигагерцах (ГГц). Именно частота процессора влияет на производительность и быстроту вашего компьютера. Но производительность не зависит только от частоты процессора!

Например, в наиболее быстрых компьютерах частота шины составляет 266МГц, коэффициент умножения частоты 14, следовательно, частота процессора

266 МГц × 14 ≈ 3,7 ГГц.

Системная шина. Между северным мостом и процессором данные передаются по системной шине с частотой, которая в четыре раза больше частоты FSB. Таким образом, процессор может получать и передавать данные с частотой 266 МГц × 14 = 1064 МГц. Так как разрядность системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна:

64 бит × 1064 МГц = 68096 Мбит/с ≈ 66 Гбит/с ≈ 8 Гбайт/с

Шины AGP и PCI Express. По мере усложнения графики приложений требования к быстродействию шины, связывающей видеопамять с процессором и оперативной памятью, возрастают. Для подключения видеоплаты к северному мосту может использоваться 32-битовая шинаAGP. Эта шина первоначально передавала данные с частотой 66 МГц, в настоящее время возможно использование шины AGP×8, частота которой 66 МГц × 8 = 528 МГц. В этом случае пропускная способность шины видеоданных составляет:

32 бит × 528 МГц = 16896 Мбит/с = 16,5 Гбит/с ≈ 2Гбайт/с

В настоящее время для подключения видеоплаты к северному мосту все большее распространение получает шина PCI Express (ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств). Пропускная способность этой шины значительно выше пропускной способности AGPи PCI.

Шина PCI. К северному мосту подключается по специальной шине южный мост, к которому, в свою очередь, подключаются периферийные устройства. Шина PCI (шина взаимодействия периферийных устройств) обеспечивает обмен информацией с контролерами периферийных устройств, которые устанавливаются в слоты расширения системной платы.

Наиболее часто эта шина используется для установки устройств доступа по локальной сети, глобальной сети Интернет (встроенный модем) и беспроводной сети (Wi-Fi).

Разрядность шины PCI может составлять 32 бита или 64 бита, а частота – 33 МГц или 66 МГц. Таким образом, максимальная пропускная способность шины PCI составляет:

64 бит × 66 МГц = 4224 Мбит/с = 528 Мбайт/с

Шина IEEE 1394 (Fire Wire, i-Link). Последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и цифровыми устройствами без потери качества изображения и звука. Скорость передачи данных по этой шине может достигать 200 Мбайт/с и более.

Шина АТА. Устройства внешней памяти подключается к южному мосту по шине АТА. Ранее использовалась параллельная шина РАТА, скорость передачи данных по которой может достигать 133 Мбайт/с. В настоящее время широкое распространение получила последовательная шина SATA, скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.

Шина USB. Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина USB(универсальная последовательная шина). Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно нескольких периферийных устройств ( принтер, сканер, цифровая камера, модем и т.д.).

Клавиатура и мышь. Клавиатура и мышь подключается с помощью порта PS/2 или шины USB.

Звук. К южному мосту может подключаться интегрированная в системную плату микросхема, которая обеспечивает обработку цифрового звука. С помощью аудиоразъемов к системной плате могут подключаться микрофон, колонки или наушники.

Закрепление материала.

А сейчас давайте проверим, как вы закрепили новый материал и ответим на вопросы:

Источник

Магистрально-модульный принцип построения компью­тера

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) прин­цип обмена информацией между устройствами.

Магистраль (системная шина) включает в себя три много­разрядные шины, которые представляют собой многопроводные линии (рис. 2.4.) :

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из опера­тивной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправле­ны обратно в оперативную память для хранения. Таким об­разом, данные но шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, кото­рые могут обрабатываться или передаваться процессором од­новременно. Разрядностьпроцессоров постоянно увеличива­ется по мере развитиякомпьютерной техники.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес переда­ется по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина). Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобай­товых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уни­кальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти мож­но рассчитать по формуле:

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресу­емых ячеек памяти равно:

N = 2 36 = 68 719 476 736.

Шина управления. По шине управления передаются сиг­налы, определяющие характер обмена информацией по ма­гистрали. Сигналы управления показывают, какую опера­цию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

К магистрали, которая представляет собой три различ­ные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных элек­трическими импульсами. Многие необходимые дополнительные устройства интег­рированы в современные материнские (системные) платы: сетевая карта, внутренний модем, сетевой адаптер беспро­водной связи Wi-Fi, контроллер IEEE 1394 для подключе­ния цифровой видеокамеры, звуковая плата и др. Раньше эти устройства подключались к материнской плате с помо­щью слотов расширения и разъемов.

Принтер, т.е. печатающее устройство предназначен для вывода информации на бумагу. Как правило, применяются принтеры трех типов.

Отличие от обычного ксерокопировального аппарата состоит в том, что печатающий барабан электризуется с помощью лазера по командам компьютера (рис.22).

Достоинство лазерных принтеров- высокие скорости печати (до 10 и более страниц в минуту) и разрешающая способность.

Звуковая карта. Производит преобразова­ние звука из аналоговой формы в цифровую. Для ввода зву­ковой информации используется микрофон, который под­ключается к входу звуковой карты. Звуковая карта имеет также возможность синтезировать звук (в ее памяти хранят­ся звуки различных музыкальных инструментов, которые она может воспроизводить).

Многие звуковые платы имеют специальный игровой порт (GAME-порт), к которому подключаются игровые ма­нипуляторы (джойстики), которые предназначены для более удобного управления ходом компьютерных игр.

Источник