Hva systembussen består av. Det viktigste kommunikasjonssystemet. Moderne systembusser

Hva er den modulære tilnærmingen til å bygge en datamaskin?

Arkitekturen til moderne personlige datamaskiner er basert på et modulært prinsipp. Den lar forbrukeren fullføre den nødvendige datamaskinkonfigurasjonen og om nødvendig oppgradere den. Den modulære organiseringen av datamaskinen er basert på trunk (buss)-prinsippet for informasjonsutveksling mellom moduler. Utvekslingen av informasjon mellom individuelle datamaskinenheter utføres over tre multi-bit busser som forbinder alle moduler: databuss, adressebuss og kontrollbuss.

Hva er ryggraden for å utveksle informasjon?

Rygggradsmetoden sikrer utveksling av informasjon mellom funksjonelle og strukturelle moduler på forskjellige nivåer ved å bruke motorveier som kombinerer inngangs- og utgangsbusser.

Skille mellom en-, to-, tre- og flerlinjekommunikasjon.

Hva er mikroprogrammerbarhet?

Mikroprogrammerbarhet er en måte å implementere prinsippet om programmert kontroll på. Dens essens ligger i det faktum at prinsippet om programmert kontroll også gjelder for implementeringen av kontrollenheten. Styringsenheten er med andre ord bygget på nøyaktig samme måte som hele datamaskinen, kun på mikronivå, dvs. kontrollenheten har sitt eget minne, kalt kontrollminne eller mikroinstruksjonsminne, sin egen "prosessor", sin egen kontrollenhet.

Hvordan ser arkitekturen til en datamaskin med enkeltbussstruktur ut?

Single-bus-arkitektur - arkitekturen til et mikroprosessorsystem med et delt minne av data og kommandoer og en felles buss for utveksling med minne.

Lesing av kommandokoder fra systemminnet utføres ved hjelp av lesesykluser. Derfor, i tilfelle av en enkeltbussarkitektur, veksler syklusene med lesekommandoer og syklusene for overføring (lesing og skriving) av data på systembussen, men utvekslingsprotokollene forblir uendret uavhengig av hva som overføres - data eller kommandoer. I en enkeltbussarkitektur brukes den samme bussen til å kommunisere med minne og VU.

Hvordan ser arkitekturen til en datamaskin med flerbussstruktur ut?

Hovedtrekket til denne arkitekturen er at for hver metode for å utveksle informasjon med kontrollpanelet, brukes en egen gruppe busser: separate busser for den programmerte modusen for informasjonsutveksling med eller uten avbrudd og for input-output av informasjon i direkte minnetilgangsmodus, som overfører datablokker med høy hastighet.

Kommunikasjonsprotokollene, bussstrukturen og kommunikasjonshastigheten for hver av bussgruppene kan tilpasses optimalt til CP i henhold til den valgte metoden.

Hva er en von Neumann-maskin laget av?

En von Neumann-maskin består av minne, inngangs-/utgangsenheter og en sentral prosesseringsenhet (CPU). Sentralprosessoren består på sin side av en kontrollenhet (CU) og en aritmetisk logisk enhet (ALU)

Generalisert algoritme for von Neumanns datamaskinfunksjon.

Ved hjelp av en ekstern enhet legges et program inn i datamaskinens minne.

Kontrollenheten leser innholdet i minnecellen der den første instruksjonen (kommandoen) til programmet er plassert og organiserer utførelsen. Kommandoen kan spørre:

Utføre logiske eller aritmetiske operasjoner;

Lese data fra minnet for å utføre aritmetiske eller logiske operasjoner;

Registrering av resultater i minnet;

legge inn data fra en ekstern enhet i minnet;

Datautgang fra minnet til en ekstern enhet.

Kontrollenheten begynner å utføre kommandoen fra minnestedet rett bak kommandoen som nettopp ble utført. Denne rekkefølgen kan imidlertid endres ved å bruke kontrolloverføringskommandoer (hopp). Disse kommandoene indikerer til kontrollenheten at den trenger å fortsette kjøringen av programmet, med start fra kommandoen som ligger på en annen minneplassering.

Resultatene av programkjøringen sendes ut til en ekstern datamaskinenhet.

Datamaskinen går i ventemodus for et signal fra en ekstern enhet.

Multi-bus struktur av en datamaskin. Fordeler ulemper.

Hovedtrekket ved organisasjonen er at for hver metode for å utveksle informasjon med kontrollpanelet, brukes en egen gruppe busser: separate busser for programmodus for informasjonsutveksling med eller uten avbrudd og for input-output av informasjon i direkte minnetilgangsmodus, som overfører datablokker med høy hastighet. Kommunikasjonsprotokollene, bussstrukturen og kommunikasjonshastigheten for hver av bussgruppene kan tilpasses optimalt til CP i henhold til den valgte metoden.

Ulempene er større kompleksitet enn en enkelt bussstruktur og mindre standardisering av dekkene.

Enkeltbussstruktur av en datamaskin. Fordeler ulemper.

I dette tilfellet kombineres datamaskinblokkene ved hjelp av én bussgruppe, som inkluderer delsett av databusser, adresser og styresignaler. Med en slik organisering av bussystemet utføres utvekslingen av informasjon mellom prosessoren, perifere enheter og minne i henhold til en enkelt regel, det er ingen separate I / O-kommandoer for tilgang til CP i kommandosystemet. Dette gjør det mulig å øke fleksibiliteten og effektiviteten til datamaskinen, siden hele settet med instruksjoner for tilgang til minne kan brukes til å overføre og behandle innholdet i CP-registrene. I tillegg er en annen viktig fordel enkelheten til bussstrukturen og minimeringen av antall tilkoblinger for utveksling av informasjon mellom dataenheter.

Ulempene er: tilstedeværelsen av trege enheter på bussen, begrensning på samtidig utveksling av data (ikke mer enn to enheter samtidig).

13. List opp kravene til moderne datamaskiner.

Kravene til moderne datamaskiner er som følger:

Kostnad-til-ytelse-forhold.

Pålitelighet og robusthet.

Skalerbarhet.

Programvarekompatibilitet og portabilitet.

Hva er pålitelighet?

Påliteligheten til en datamaskin er evnen til en maskin til å opprettholde sine egenskaper under spesifiserte driftsforhold i en viss tidsperiode. Følgende indikatorer kan tjene som en kvantitativ vurdering av påliteligheten til en datamaskin som inneholder elementer, hvis feil fører til feil på hele maskinen:

Sannsynlighet for feilfri drift i en viss tid under gitte driftsforhold;

Datamaskinens driftstid mellom feil;

Gjennomsnittlig restitusjonstid for en bil osv.

15. Hvordan skiller begrepet "pålitelighet" seg fra begrepet "feiltoleranse"?

I motsetning til pålitelighet - evnen til en maskin til å opprettholde sine egenskaper under spesifiserte driftsforhold i en viss tidsperiode, er feiltoleranse egenskapen til en maskin for å opprettholde ytelsen etter feil på en eller flere komponentkomponenter. Feiltoleranse bestemmes av antall sekvensielle enkeltkomponentfeil, hvoretter systemet som helhet forblir operativt.

Hva er skalerbarhet?

Skalerbarhet karakteriserer en datamaskins evne til jevnt å øke datakraften uten å forringe ytelsen til datamaskinen som helhet. Et system kalles skalerbart hvis det kan øke ytelsen i forhold til tilleggsressursene.

Hva er kompatibilitet?

Maskinvarekompatibilitet refererer til evnen til én enhet logisk å erstatte en annen enhet av samme type, eller evnen til én enhet til både fysisk og logisk grensesnitt med andre. I sistnevnte tilfelle brukes begrepene "full (maskinvare) kompatibilitet" og "koblingskompatibilitet" også som synonymer for maskinvarekompatibilitet.

Programvarekompatibilitet for en datamaskin med en annen forstås som evnen til den første til å kjøre programmer som ble utviklet for den andre datamaskinen. Ulike modeller av samme familie av datamaskiner har som regel "enveis" kompatibilitet, siden datamaskiner av senere (eldre) modeller vanligvis er kraftigere (det vil si at de er i stand til å utføre tilleggsinstruksjoner, har mer minne osv. .) ... I dette tilfellet sies det at en datamaskin av en eldre modell er oppoverkompatibel med en datamaskin av en yngre modell, og understreker det faktum at den første kan kjøre programmer forberedt for den andre, men ikke omvendt.

Hva er X-terminaler?

En X-terminal er dedikert maskinvare som kjører en X-server og fungerer som en tynn klient. De er nyttige i tilfeller der mange brukere bruker én stor applikasjonsserver samtidig.

Hva er en stormaskin?

Mainframe (Mainframe) - en høyytelses datamaskin med en betydelig mengde RAM og eksternt minne, designet for å organisere sentralisert datalagring med stor kapasitet og utføre intensivt beregningsarbeid. Mainframes brukes vanligvis for heltallsoperasjoner som krever datautvekslingshastighet, pålitelighet og muligheten til å behandle flere prosesser samtidig.

Tester av SPEC.

Hovedutgangen til SPEC er testsuiter. Disse settene utvikles av SPEC ved å bruke koder fra forskjellige kilder. SPEC jobber med å portere disse kodene til forskjellige plattformer, og lager også verktøy for å generere meningsfulle arbeidsbelastninger fra kodene valgt som tester. Derfor er SPEC-tester forskjellig fra gratis programvare.

Det er for tiden to kjerne SPEC-referanser, som er beregningsintensive og måler ytelsen til prosessoren, minnesystemet og kompilatorens kodegenereringseffektivitet. Vanligvis er disse testene rettet mot UNIX-operativsystemet, men de har også blitt portert til andre plattformer. Prosentandelen av tid brukt på operativsystem og I/O-funksjoner er generelt ubetydelig.

Funksjonsdiagram av ROM.

Klassifisering av ROM.

ROM-er er delt inn i:

Mask ROM

Elektrisk engangsprogrammerbar ROM

Omprogrammerbar (EPROM, EPROM)

Uf. RPZU

E-post RPZU

54. Fysisk grunnlag for minneelementet til en engangsprogrammerbar ROM (diagram).

Når jumperen er tilstede, flyter strømmen gjennom transistoren og et høyt nivå avleses. Hvis Uп er høy, så brenner strømmen gjennom ledningen når transistoren åpnes.

55. Fysisk fundament for det omprogrammerte ROM-lagringselementet (diagram).

Den overskrivbare ROM-en bruker en magnetisk induksjons-MOSFET med flytende port.

56. Formål og enhet PLM (diagram).

PLM er en funksjonell blokk laget på grunnlag av halvlederteknologi og designet for å implementere de logiske funksjonene til digitale systemer. De brukes i kontroll- og dekrypteringsenheter.

57. Vertikal oppbygging av minne (skjema) og dens formål.

Vertikal vekst brukes for å øke den adresserbare lagringsplassen.

58. Horisontal minneutvidelse (skjema) og dens formål.

Horisontal vekst brukes til å øke bitkapasiteten til RAM.

Hvilke busser består systembussen av?

Systembussen inkluderer tre multi-bit busser:

Databuss – Brukes til å overføre data mellom CPU og minne, eller CPU- og I/O-enheter.

Adressebuss - tjener til å velge enheter eller minneceller hvor data sendes eller leses fra via databussen. Enveis buss.

Kontrollbuss - tjener til å overføre kontrollsignaler som bestemmer arten av informasjonsutveksling langs motorveien, beregnet på minne og inngangs-/utgangsenheter.

Tjener for utveksling av kommandoer og data mellom datakomponentene som ligger på matten. borde. PU kobles til bussen gjennom kontrollere (åpen arkitektur). overføring av informasjon på systemet. bussen utføres i klokkesykluser.

Syst. buss inkluderer:

Kodedatabuss for // - overføring av alle biter av den numeriske koden (maskinordet) til operanden fra RAM til MPP og omvendt (64 biter)

RAM-celleadressekodebuss (32-bit)

Kode buss med instruksjoner (kommandoer og kontrollsignaler, pulser) til alle datamaskinblokker (32 bits)

Strømbuss for tilkobling av dataenheter til strømforsyningssystemet

Syst. bussen gir 3 retninger for informasjonsoverføring: -mellom MP og RAM; -mellom MP og enhetskontrolleren; -mellom RAM og eksterne enheter (VZU og PU, i direkte minnetilgangsmodus)

Alle enheter er koblet til systemet. buss gjennom kontrollere - enheter som sikrer interaksjonen mellom VU og systemet. dekk.

For å frigjøre MP fra å administrere utveksling av informasjon mellom RAM og VU, er Direct Memory Access (DMA)-modus gitt.

Systemegenskaper busser: antall enheter den betjener og båndbredden, dvs. Maks. mulig hastighet på informasjonsoverføring.

Bussbåndbredde avhenger av:

Bussbredde (eller bredde) - antall bits, kat. m. sendes over bussen samtidig (det er 8,16,32 og 64-bits busser);

Buss klokkefrekvens - frekvens med kat. informasjonsbiter overføres over bussen.

Hovedegenskapene til dekkene:

PCI (Peripheral Component Interconnect) er den vanligste systembussen. Busshastigheten er uavhengig av antall tilkoblede enheter. Støtter følgende moduser:

- Støpsel og Spille (PnP) - automatisk deteksjon og konfigurasjon av enheten koblet til bussen;

- Buss Mestring- modusen for enekontroll av bussen av en hvilken som helst enhet som er koblet til bussen, som lar deg raskt overføre data over bussen og slippe den.

AGP (Accelerated Graphics Port) er stammen mellom skjermkortet og RAM. Designet fordi PCI-bussparametere ikke oppfyller ytelseskravene til videoadaptere. Bussen opererer med en høyere frekvens, noe som gjør det mulig å fremskynde arbeidet med datamaskinens grafikkundersystem.

Forelesning 5

18. Datamaskinminne og dets egenskaper og formål. Pzu, ozu, vzu. Organisering og fysisk presentasjon av data i en datamaskin.

Permanent og operativt minne.

Et minne i en datamaskin består av en sekvens av celler, som hver inneholder verdien av den 1. byten og har sitt eget nummer (adresse), hvor innholdet er tilgjengelig. Alle data i en datamaskin lagres i binær form (0,1).

Minnet er preget av 2 parametere:

Minnestørrelse - størrelsen i byte tilgjengelig for lagring av informasjon

Tilgangstid til minneceller - gjennomsnittlig tidsintervall under katten. den nødvendige minneplasseringen blir funnet og data hentes fra den.

Random Access Memory (RAM; RAM - Random Access Memory) er beregnet for operativ opptak, lagring og lesing av informasjon (programmer og data) som er direkte involvert i informasjonen og beregningsprosessen som utføres av datamaskinen i den aktuelle tidsperioden. Etter å ha slått av strømmen til datamaskinen, blir informasjonen i RAM-en ødelagt. (I en datamaskin basert på Intel Pentium-prosessorer brukes 32-bits adressering. Det vil si at antall adresser er 2 32, det vil si at mulig adresseplass er 4,3 GB. Tilgangstid 0,005-0,02 μs. 1 s = 106 μs .

Read Only Memory (ROM) lagrer uforanderlig (permanent) informasjon: programmer som kjøres under systemoppstart og permanente datamaskinparametere. I det øyeblikket datamaskinen er slått på, er det ingen data i RAM-en, siden RAM-en ikke lagrer data etter at datamaskinen er slått av. Men MP trenger kommandoer, inkludert umiddelbart etter at den er slått på. Derfor søker MP om en spesiell startadresse, som han alltid vet, for sitt førstelag. Denne adressen er fra ROM. Hovedformålet med ROM-programmene er å sjekke sammensetningen og funksjonaliteten til systemet og å gi interaksjon med tastatur, monitor, harddisker og disketter. Vanligvis kan du ikke endre ROM-informasjonen. ROM-volum 128-256 Kbyte, tilgangstid 0,035-0,1 μs. Siden mengden ROM er liten, men tilgangstiden er lengre enn for RAM, blir hele innholdet i ROM ved oppstart lest inn i et spesielt tildelt område med RAM.

Ikke-flyktig minne CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor RAM), som lagrer data om maskinvarekonfigurasjonen til datamaskinen: enheter koblet til datamaskinen og deres parametere, oppstartsparametere, passord for å gå inn i systemet, gjeldende klokkeslett og dato. CMOS RAM drives av et batteri. Hvis batteriet går tomt, tilbakestilles innstillingene som er lagret i CMOS RAM og datamaskinen bruker standardinnstillingene.

ROM og CMOS RAM utgjør Basic Input-Output System (BIOS).

Eksternt minne. VCU for langtidslagring og transport av informasjon. VCU samhandler med systemet. buss gjennom kontrollerene VZU (KVZU). KVZU gir grensesnittet til VCU og sist. busser i DMA-modus, dvs. uten deltakelse fra MP. GRENSESNITT er et sett med forbindelser med enhetlige signaler og utstyr beregnet for datautveksling mellom enheter i et datasystem.

OVC kan deles i henhold til kriteriet for transport i BÆRBAR og STASJONER. Bærbare VCU-er består av et medium koblet til en I/O-port (vanligvis YUSB), (flashminne) eller et medium og en stasjon (stasjoner på GMD-, CD- og DVD-stasjonene). I stasjonære VCUer er bæreren og stasjonen kombinert til en enkelt enhet (HDD). Stasjonære VCU-er er designet for å lagre informasjon inne i en datamaskin.

Før første gangs bruk eller ved funksjonsfeil må VCU-en FORMATERT - skriv serviceinformasjon til transportøren.

De viktigste tekniske egenskapene til OVC

Informasjonskapasitet bestemmer det største antallet enheter. data som katten samtidig kan lagre i VCU (avhenger av arealet av medievolumet og opptakstettheten.)

Opptakstetthet er antall biter med informasjon som er registrert på en enhet av medieoverflaten. Skille mellom langsgående tetthet (bit / mm) og tverrgående tetthet. //

Tilgangstid - tidsintervallet fra øyeblikket av forespørselen (lese eller skrive) til det øyeblikket blokkeringen utstedes (inkludert tidspunktet for søk etter informasjon på media og tidspunktet for lesing eller skriving.)

Dataoverføringshastigheten bestemmer mengden data som leses eller skrives per tidsenhet og avhenger av mediets hastighet, opptakstettheten, antall kanaler osv.

Buss (Buss) er hele settet med linjer (ledere på hovedkortet) som komponentene og enhetene til PC-en utveksler informasjon gjennom. Busser er designet for å utveksle informasjon mellom to eller flere enheter. En buss som bare forbinder to enheter kalles havn... I fig. 1 viser strukturen til bussen.

Bussen har plasser for tilkobling av eksterne enheter - spilleautomater, som som et resultat blir en del av bussen og kan utveksle informasjon med alle andre enheter som er koblet til den.

Ris. 1. Bussstruktur

Dekk i PC er forskjellige i deres funksjonelle formål :

• systembuss(eller CPU-bussen) brukes av Cipset-brikker for å sende informasjon til og fra (se også fig. 1);
• dekk beregnet for utveksling av informasjon mellom CPU og cache-minnet (se også fig. 1);
• minnebussen brukes til å utveksle informasjon mellom RAM og CPU;
• I/O-busser informasjon er delt inn i standard og lokal.

Lokal I/O-buss Er en høyhastighetsbuss designet for utveksling av informasjon mellom høyhastighets perifere enheter (videoadaptere, nettverkskort, skannerkort, etc.) og systembussen under kontroll av CPU. For tiden brukes PCI-bussen som lokal buss. Intel har utviklet AGP-bussen ( AkselerertGrafikkHavn).

Standard I/O-buss brukes til å koble tregere enheter (for eksempel mus, tastaturer, modemer, gamle lydkort) til bussene som er oppført ovenfor. Inntil nylig ble ISA-bussen brukt som denne bussen. For øyeblikket - USB-buss.

Bussen har sin egen arkitektur som gjør at den kan implementere sine viktigste egenskaper - muligheten for parallellkobling av et nesten ubegrenset antall eksterne enheter og sikre utveksling av informasjon mellom dem. Enhver bussarkitektur har følgende komponenter:

• linjer for datautveksling (databuss);
• linjer for adressering av data (adressebuss);
• datakontrolllinjer (kontrollbuss);
• busskontroller.

Kontroller Bussen administrerer dataprosessoren og servicesignalene og utføres vanligvis som en separat mikrokrets eller som et kompatibelt brikkesett - Chipset.

Data buss gir datautveksling mellom CPU, utvidelseskort installert i spor og RAM-minne. Jo høyere bussbredden er, desto mer data kan overføres per klokkesyklus og jo høyere PC-ytelse. Datamaskiner med 80286-prosessoren har en 16-bits databuss, de med 80386 og 80486 CPUer har en 32-bits databuss, og datamaskiner med en Pentium-familie av CPUer har en 64-bits databuss.

Adressebuss tjener til å indikere adressen til en PC-enhet som CPU-en utveksler data med. Hver PC-komponent, hvert I/O-register og RAM-celle har sin egen adresse og er inkludert i PC-ens generelle adresserom. En identifikasjonskode ( adresse) avsenderen og (eller) mottakeren av dataene.

For å øke hastigheten på datautvekslingen brukes en mellomliggende datalagringsenhet - RAM – RAM... I dette tilfellet spilles den avgjørende rollen av mengden data som midlertidig kan lagres i den. Volumet avhenger fra adressebussens bredde(antall linjer) og dermed fra maksimalt mulig antall adresser generert av prosessoren på adressebussen, dvs. på antall RAM-celler som kan tildeles en adresse. Antall RAM-celler bør ikke overstige 2 n, hvor n- bitbredde på adressebussen. Ellers vil noen av cellene ikke bli brukt, siden prosessoren ikke vil kunne adressere dem.

I det binære tallsystemet er den maksimale adresserbare minnestørrelsen 2 n, hvor n- antall linjer på bussadressen.

8088-prosessoren hadde for eksempel 20 adresselinjer og kunne dermed adressere 1 MB minne (2 20 = 1 048 576 byte = 1024 KB). I en PC med 80286-prosessor ble adressebussbredden økt til 24 biter, og 80486-, Pentium-, Pentium MMX- og Pentium II-prosessorene har allerede en 32-bits adressebuss som du kan adressere 4 GB minne med.

Kontroll buss overfører en rekke tjenestesignaler: skrive/lese, beredskap til å motta/sende data, bekrefte mottak av data, maskinvareavbrudd, kontroll og andre for å sikre dataoverføring.

Hovedegenskaper til dekket

Buss bredde bestemt av antall parallelle ledere som er inkludert i den. Den første ISA-bussen for IBM PC-en var åtte-bit, dvs. den kunne sende 8 bits samtidig. Systembussene til moderne PC-er, som Pentium IV, er 64-biters.

Båndbredde dekk bestemmes av antall byte med informasjon som sendes over bussen per sekund.

Når du beregner båndbredden, for eksempel AGP-bussen, bør du ta hensyn til dens driftsmodus: på grunn av doblingen av klokkefrekvensen til videoprosessoren og endringen i dataoverføringsprotokollen, var det mulig å øke bussen båndbredde med to (2x-modus) eller fire (4x-modus) ganger, noe som tilsvarer å øke bussens klokkefrekvens med tilsvarende antall ganger (opptil henholdsvis 133 og 266 MHz).

Eksterne enheter kobles til bussene vha grensesnitt (Grensesnitt- grensesnitt), som er et sett med forskjellige egenskaper til enhver perifer enhet på PC-en, som bestemmer organiseringen av utvekslingen av informasjon mellom den og sentralprosessoren.

Disse egenskapene inkluderer elektriske parametere og tidsparametere, et sett med kontrollsignaler, kommunikasjonsprotokoll og designfunksjoner for forbindelsen. Datautveksling mellom PC-komponenter er kun mulig hvis grensesnittene til disse komponentene er kompatible.

PC-bussstandarder

Prinsippet om IBM-kompatibilitet innebærer standardisering av grensesnittene til individuelle PC-komponenter, som igjen bestemmer fleksibiliteten til systemet som helhet, dvs. muligheten til å endre systemkonfigurasjonen etter behov og koble til ulike eksterne enheter. Ved inkompatibilitet av grensesnitt brukes kontrollere. I tillegg oppnås fleksibilitet og systemforening gjennom innføring av mellomliggende standardgrensesnitt, som grensesnittene som kreves for driften av de viktigste perifere inngangs- og utgangsenhetene.

Systembuss beregnet for utveksling av informasjon mellom CPU, minne og andre enheter som er inkludert i systemet. Systembusser inkluderer:

• GTL, som har 64 biter, klokkehastigheter på 66, 100 og 133 MHz;
• EV6, hvis spesifikasjon gjør det mulig å øke klokkehastigheten til 377 MHz.

Dekk er forbedret i samsvar med utviklingen av PC-tilbehør. Bord 2 viser egenskapene til noen I/O-busser.

DekkER EN ble ansett som en PC-standard i mange år, men den er fortsatt beholdt på noen PC-er sammen med den moderne PCI-bussen. Intel har inngått samarbeid med Microsoft for å utvikle en utfasingsstrategi for ISA-bussen. I begynnelsen er det planlagt å utelukke ISA-kontakter på hovedkortet, og senere utelukke ISA-spor og koble diskettstasjoner, mus, tastaturer, skannere til USB-bussen, og harddisker, CD-ROM-stasjoner til IEEE 1394-bussen. Imidlertid er det en stor flåte av PC-er med ISA-bussen vil være etterspurt i noen tid.

Dekk EISA var en videreutvikling av ISA-bussen i retning av å forbedre systemytelsen og kompatibiliteten til dens komponenter. Bussen har ikke fått bred aksept på grunn av dens høye pris og båndbredde, som er dårligere enn båndbredden til VESA-bussen som har dukket opp på markedet.

tabell 2. I/O-bussspesifikasjoner

Dekk VESA , eller VLB , er beregnet for kommunikasjon av CPU med raske perifere enheter og er en utvidelse av ISA-bussen for utveksling av videodata.

Dekk PCI ble utviklet av Intel for Pentium-prosessoren og er en helt ny buss. Det underliggende prinsippet bak PCI-bussen er bruken av såkalte broer, som kommuniserer mellom PCI-bussen og andre typer busser. PCI-bussen implementerer Bus Mastering-prinsippet, som innebærer en ekstern enhets evne til å kontrollere bussen ved sending av data (uten deltakelse fra CPU). Under overføring av informasjon griper en enhet som støtter Bus Mastering bussen og blir master. I dette tilfellet frigjøres CPU for andre oppgaver mens dataene overføres. I moderne

På hovedkort er PCI-bussens klokkehastighet satt til halvparten av systembussens klokkehastighet, dvs. ved 66 MHz FSB, vil PCI-bussen operere på 33 MHz. I dag har PCI-bussen blitt de facto-standarden blant I/O-busser.

Dekk AGP - en høyhastighets lokal I/O-buss designet eksklusivt for behovene til videosystemet. Den kobler videoadapteren (3D-akseleratoren) til PC-minnesystemet. AGP-bussen ble utviklet basert på PCI-bussarkitekturen, så den er også 32-bit. Men samtidig har den ytterligere muligheter til å øke gjennomstrømningen, spesielt ved bruk av høyere klokkefrekvenser.

Dekk USB ble utviklet av lederne av data- og telekommunikasjonsindustrien Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft for å koble til eksterne enheter utenfor PC-dekselet. Hastigheten på informasjonsutveksling via USB-bussen er 12 Mbit/s eller 15 Mbyte/s. Perifere enheter som tastatur, mus, joystick, skriver kan kobles til datamaskiner utstyrt med en USB-buss uten å slå av strømmen. Alle eksterne enheter må være utstyrt med USB-kontakter og koblet til PC-en gjennom en separat ekstern enhet kalt USB-hub , eller hub , som du kan koble til opptil 127 eksterne enheter til din PC. USB-bussarkitekturen er vist i fig. 4.

Dekk SCSI (LitenDatamaskinSystemgrensesnitt) gir en dataoverføringshastighet på opptil 320 MB/s og sørger for tilkobling til én adapter opptil åtte enheter: harddisker, CD-ROM-stasjoner, skannere, foto- og videokameraer. Et særtrekk ved SCSI-bussen er at det er en kabelsløyfe. Med PC-busser (ISA eller PCI) kobles SCSI-bussen via vertsadapter (VertAdapter). Hver enhet koblet til SCSI-bussen kan starte kommunikasjon med andre enheter.

Dekk IEEE 1394 – er en høyhastighets lokal seriebussstandard utviklet av Apple og Texas Instruments. IEEE 1394-bussen er designet for å utveksle digital informasjon mellom

PC-er og andre elektroniske enheter, spesielt for tilkobling av harddisker og lyd- og videobehandlingsenheter, samt for å kjøre multimedieapplikasjoner. Den er i stand til å overføre data med hastigheter på opptil 1600 MB / s, og jobber samtidig med flere enheter som overfører data med forskjellige hastigheter, som SCSI.

Nesten alle enheter som kan jobbe med SCSI kan kobles til en datamaskin via IEEE 1394-grensesnittet. Disse inkluderer alle typer diskstasjoner, inkludert harddisker, optiske stasjoner, CD-ROMer, DVDer, digitale videokameraer, enheter. Takket være så brede muligheter har denne bussen blitt den mest lovende for å kombinere datamaskiner med forbrukerelektronikk. IEEE 1394-adaptere for PCI-bussen er allerede under utgivelse.

Personlig datamaskin buss

Gjennomsnittlig prosentandel i poeng: 100 %
totalt antall stemmer: 1
gjennomsnitt: 5

Ved å hjelpe BEST-EKSAMEN-prosjektet gjør du utdanning mer tilgjengelig for hver person, du vil også gi ditt eget bidrag -
del denne artikkelen på sosiale medier!

Etter å ha studert dette emnet, vil du lære:

Hva er strukturskjemaet til en datamaskin;
- hva er prinsippet for programmert kontroll;
- hva er formålet med systembussen;
- hva menes med prinsippet om åpen arkitektur som brukes til å bygge en datamaskin.

Strukturdiagram av en datamaskin

I de forrige emnene ble du kjent med formålet og egenskapene til hovedenhetene på datamaskinen din. Åpenbart kan ikke alle disse enhetene fungere separat, men bare som en del av hele datamaskinen. Derfor, for å forstå hvordan en datamaskin behandler informasjon, er det nødvendig å vurdere strukturen til datamaskinen og de grunnleggende prinsippene for samspillet mellom enhetene.

I samsvar med formålet med en datamaskin som et informasjonsbehandlingsverktøy, bør samhandlingen mellom enhetene som inngår i den organiseres på en slik måte at hovedstadiene i databehandlingen sikres.

For å klargjøre hva som er sagt, vurder blokkdiagrammet for informasjonsbehandling av en datamaskin vist i figur 21.1, hvor hovedstadiene i denne prosessen som allerede er kjent for deg fra seksjon 1 er angitt i den øverste raden. Utførelsen av hvert av disse trinnene bestemmes av tilstedeværelsen av tilsvarende enheter i strukturen til datamaskinen. Åpenbart utføres input og output av informasjon ved hjelp av input-enheter (tastatur, mus, etc.) og output (skjerm, skriver, etc.). Internt og eksternt minne på ulike medier (magnetiske eller optiske disker, magnetbånd, etc.) brukes til å lagre informasjon.

Ris. 21.1. Strukturdiagram av en datamaskin

Mørke piler indikerer utveksling av informasjon mellom ulike enheter på datamaskinen. Stiplede linjer med piler representerer kontrollsignaler fra prosessoren. Lette tomme piler representerer henholdsvis inngangs- og utgangsstrømmene.

En datamaskin er et system av sammenkoblede komponenter. Strukturelt sett er alle hovedkomponentene i en datamaskin kombinert i en systemenhet, som er den viktigste delen av en personlig datamaskin.

Systemenhet og hovedkort

Følgende enheter er plassert inne i systemenheten:

♦ mikroprosessor;
♦ internt datamaskinminne;
♦ diskettstasjoner - eksterne minneenheter;
♦ systembuss;
♦ elektroniske kretser som gir kommunikasjon mellom ulike komponenter i datamaskinen;
♦ elektromekanisk del av datamaskinen, inkludert strømforsyning, ventilasjon, indikasjon og beskyttelsessystemer.

Datamaskinlayout IBM 286

Layout av en moderne PC

Alle de oppførte enhetene som utgjør systemenheten er plassert i et etui, og det finnes ulike typer etuier. Type kabinett til systemenheten avhenger av typen PC og bestemmer størrelsen, plasseringen og antall installerte komponenter til systemenheten. For stasjonære personlige datamaskiner er de vanligste tilfellene horisontale eller stasjonære (skrivebord) eller i form av et tårn (tårn). I bærbare datamaskiner er systemenheten kombinert med en skjerm og er laget i bokstørrelsesstandarden, det vil si størrelsen på en bok.

Det tekniske (maskinvare) grunnlaget for en personlig datamaskin er systemet eller hovedkortet.

Hovedkortet er hovedkortet i datasystemenheten. Den inneholder de viktigste mikrokretsene - prosessoren og minnet. Hovedkortet kobler forskjellige enheter til en enkelt helhet, gir arbeidsforhold og kommunikasjon av hovedkomponentene til en personlig datamaskin. Prosessoren gir ikke bare informasjonskonvertering, men også kontroll over driften av alle andre dataenheter.

Datamaskinen er basert på det såkalte prinsippet om programkontroll. I samsvar med den lagres programkommandoer og data i en kodet form i RAM. Når datamaskinen kjører, leses kommandoene som skal utføres og dataene de trenger etter tur fra minnet og sendes til prosessoren, hvor de dekrypteres og deretter utføres. Resultatene av utførelsen av forskjellige kommandoer kan på sin side skrives inn i minnet eller overføres til forskjellige utdataenheter. Hastigheten som en prosessor utfører inmed er en avgjørende faktor for å bestemme ytelsen. Faktum er at all informasjon (tall, tekst, bilder, musikk osv.) lagres og behandles på en datamaskin kun i digital form. Derfor er behandlingen redusert til utførelse av prosessoren av forskjellige aritmetiske og logiske operasjoner levert av instruksjonssystemet.

Systembuss

For å gi informasjonsutveksling mellom ulike enheter på en datamaskin, må den være utstyrt med en slags motorvei for å flytte informasjonsstrømmer. La oss avklare denne ideen med et lite eksempel.

Du vet at livet til en storby er en konstant strøm av mennesker og kjøretøy som beveger seg i forskjellige retninger. Ofte avhenger hastigheten på trafikken eller menneskestrømmen ikke av hastigheten til en bil, sykkel eller fotgjenger, men av kapasiteten til byens transportnettverk, på undergrunns- og overflatemotorveier.

Datamaskinen flytter ikke trafikk, men informasjon flyter langs den tilsvarende informasjonsmotorveien. Rollen til en slik informasjonsmotorvei som forbinder med hverandre alle datamaskinenheter utføres av systembussen som er plassert inne i systemenheten. Forenklet kan systembussen betraktes som en gruppe kabler og elektriske (ledende) linjer på hovedkortet.

Alle hovedenhetene til en personlig datamaskin er koblet til systembussen (Figur 21.2). Hovedfunksjonen er å gi interaksjon mellom prosessoren og resten av de elektroniske komponentene til datamaskinen. Denne bussen overfører data, minneadresser og kontrollinformasjon.

Ris. 21.2. Formålet med systembussen

Hastigheten på informasjonsbehandlingen av en personlig datamaskin avhenger av typen systembuss, så vel som av typen prosessor. Hovedkarakteristikkene til systembussen er bitbredden og ytelsen til kommunikasjonskanalen.

Buss bredde bestemmer antall biter med informasjon som overføres samtidig fra en enhet til en annen.

Systembussene til de første personlige datamaskinene kunne overføre bare 8 biter med informasjon, ved å bruke 8 datalinjer i form av 8 parallelle ledere. Videre utvikling av datamaskiner førte til opprettelsen av en 16-bits systembuss, og deretter økte bitdybden til 32 og videre til 64 biter. En økning i bredden på databussen førte til en økning i hastigheten på informasjonsutvekslingen, og en økning i bredden på adressebussen ga en større mengde RAM.

Dekkytelse bestemmes av mengden informasjon som kan overføres gjennom den på ett sekund.

I likhet med motorveier, hvis gjennomstrømning avhenger av antall kjørefelt på veien, er ytelsen til systembussen i stor grad bestemt av dens kapasitet. Jo høyere bussbredden er, desto flere informasjonsbiter kan overføres samtidig over den, for eksempel fra prosessoren til minnet. Dette fører til raskere datautveksling og frigjør prosessoren for andre oppgaver.

Systembussen som hovedvei for informasjon kan imidlertid ikke gi tilstrekkelig ytelse for eksterne enheter. For å løse dette problemet begynte lokale busser å bli brukt i datamaskinen, som kobler mikroprosessoren med forskjellige minne-, inngangs- og utgangsenheter. Hensikten med lokale busser er lik formålet med krets- eller ringveier rundt en stor by, som avlaster belastningen på hovedveiene.

Havner

Datamaskinen kommuniserer med ulike inngangs- og utgangsenheter gjennom porter. Noen enheter gir ekstern tilkobling til porter gjennom kontakter, som også ofte refereres til som porter. Disse kontaktene er plassert på baksiden av systemenheten. Diskettstasjoner, harddisker og laserstasjoner er installert og tilkoblet inne i systemenheten. Skille mellom kablet ( seriell og parallell, USB, Fire Wire) og trådløst ( infrarød, bluetooth) porter.

Parallelle porter

Denne typen port brukes til å koble til eksterne enheter som trenger å overføre store mengder informasjon over kort avstand. En parallellport overfører vanligvis 8 biter med data samtidig over 8 parallelle ledninger. En skriver, skanner er koblet til parallellporten. Antall parallellporter på en datamaskin overstiger ikke tre, og de har henholdsvis de logiske navnene LPT1, LPT2, LPT3 (fra den engelske Line Printer - printer line).

Serielle porter

Denne typen porter brukes til å koble mus, modemer og mange andre enheter til systemenheten. En seriell datastrøm på 1 bit går gjennom en slik port. Dette kan sammenlignes med hvordan trafikken går på en vei med ett kjørefelt. Seriell dataoverføring brukes over lange avstander. Derfor blir serielle porter ofte referert til som kommunikasjonsporter. Antall kommunikasjonsporter overstiger ikke fire, og de er navngitt fra COM1 til COM4 (engelsk COMmunication-port).

USB-port

USB-porten (Universal Serial Bus) er for øyeblikket den vanligste måten å koble mellom- og lavhastighets eksterne enheter til en datamaskin. USB-porten bruker en seriell kommunikasjonsmetode. Den mest utbredte er høyhastighets USB 2.0-porten. Hvis datamaskinen din ikke har nok USB-porter, kan denne ulempen elimineres ved å kjøpe en USB-hub som har flere slike porter.

Med sine innebygde strømlinjer gjør USB ofte at enheter kan brukes uten egen strømforsyning.

FireWire-port

FireWire (IEEE 1394) - brennende ledning (uttales "fire wire") er en seriell port som støtter dataoverføringshastigheter på 400 Mbps. Denne porten brukes til å koble videoenheter til datamaskinen, som for eksempel en videospiller, samt andre enheter som krever rask overføring av store mengder informasjon, for eksempel eksterne harddisker.

FireWire-portene er plug and play og hot-pluggable.

FireWire-porter er av to typer. De fleste stasjonære datamaskiner bruker 6-pinners porter, mens bærbare datamaskiner bruker 4-pinners porter.

Infrarød trådløs port

Dataoverføring utføres via en optisk kanal i det infrarøde området. Fjernkontroller for husholdningsapparater - TV-er, videospillere etc. fungerer på lignende måte Rekkevidden til den infrarøde porten er flere meter, mens det er nødvendig å gi en direkte siktlinje mellom mottakeren og senderen.

Den infrarøde porten brukes vanligvis til å koble til en mobiltelefon som har samme port. Dette gjør det mulig å implementere Internett-tilgang ved hjelp av en mobiltelefon, som er viktigst for bærbare bærbare datamaskiner under ikke-stasjonære forhold.

Bluetooth trådløs modul

Én Bluetooth-adapter tillater trådløs tilkobling av ca. 100 enheter plassert i en avstand på opptil 10 m. Samtidig kan ulike typer trådløse enheter kobles til en datamaskin utstyrt med en slik adapter: mobiltelefoner, skrivere, mus, tastaturer , etc. frekvensområde 2,2-2,4 GHz. Hovedfordelen er stabil kommunikasjon uavhengig av den relative posisjonen til mottakeren og senderen. Hvis datamaskinen din ikke har en innebygd Bluetooth-modul, kan den kjøpes separat og kobles til via en USB-port.

Andre hovedkortkomponenter

Hovedkortet, i tillegg til de ovennevnte kritiske komponentene til datamaskinen, inneholder ekstra mikrokretser, brytere og jumpere. Alle disse enhetene er nødvendige for å sikre samspillet mellom ulike datamaskinenheter, for å angi driftsmodusene deres. For eksempel kan hovedkortet ha mikrokretser som krever forskjellige forsyningsspenninger. Driftsparametrene til enhetene settes av brytere på hovedkortet.

I enhver systemenhet er det obligatoriske komponenter som sikrer driften av en datamaskin - en strømforsyning, en systemklokke, et batteri, signalindikatorer på forsiden av systemenheten.

Systemklokken bestemmer hastigheten som datamaskinen utfører operasjoner med, som er relatert til klokkefrekvensen, målt i megahertz (1 MHz er lik 1 million sykluser per sekund).

Systemklokken bestemmer rytmen til hele datamaskinen, synkroniserer driften av de fleste komponentene på hovedkortet.

Utvidelseskort og spor gir implementeringen av det såkalte prinsippet om åpen arkitektur for å bygge en moderne personlig datamaskin. Et spor er kontakten der brettet settes inn. Tilstedeværelsen av utvidelsesspor på hovedkortet lar deg vurdere en personlig datamaskin som en enhet som kan endres. Utvidelse av datamaskinens muligheter utføres ved å installere et utvidelseskort i sporet. Noen enheter utenfor systemenheten er koblet til kontakten på dette kortet ved hjelp av en kabel.

I stedet for begrepet "utvidelseskort" brukes ofte navnene "kort", "adapter". De vanligste utvidelseskortene er skjermkort, lydkort og interne modemer.

Forstå den åpne arkitekturen til datamaskinen

Dataproduksjonsteknologi utvikler seg raskt, noe som gir en kontinuerlig økning i ytelsen, minnekapasiteten og, som et resultat, evnen til å løse stadig mer komplekse problemer. Noen enheter forbedres raskt, andre blir skapt, fundamentalt nye. Med en så rask utvikling av teknologi, er det nødvendig å sørge for et slikt prinsipp om å bygge en datamaskin som gjør det mulig å bruke enhetene (blokkene) som allerede er i den, samt erstatte dem med nye, mer avanserte uten å endre designet. Ettersom byer er bygget i henhold til arkitekturens lover, må dataenheten utvikle seg i henhold til visse lover. Hovedprinsippet for å bygge en moderne personlig datamaskin er prinsippet om åpen arkitektur: hver ny blokk må være programvare- og maskinvarekompatibel med de tidligere opprettede. Dette betyr at en moderne personlig datamaskin ganske enkelt kan presenteres som et barnebyggesett laget av murstein, som er kjent for alle. I en datamaskin er det like enkelt å erstatte gamle kuber (blokker) med nye, uansett hvor de er plassert, som et resultat av at datamaskinens arbeid ikke bare ikke forstyrres, men blir mer produktivt. Det er prinsippet om åpen arkitektur som gjør det mulig å ikke kaste, men modernisere en tidligere kjøpt datamaskin, enkelt erstatte utdaterte blokker med mer avanserte og praktiske, samt kjøpe og installere nye blokker og sammenstillinger. Samtidig er stedene for deres installasjon (kontakter) i alle datamaskiner standard og krever ingen endringer i utformingen av selve datamaskinen.

Prinsippet for åpen arkitektur er reglene for å bygge en datamaskin, ifølge hvilke hver ny node (blokk) må være kompatibel med den gamle og enkelt installeres på samme sted i datamaskinen. 

Kontrollspørsmål

1. Hva er hovedblokkene som danner strukturen til en datamaskin og hvordan er de relatert til stadiene i informasjonsbehandlingen?

2. Hva er rollen til en persondatabehandler i informasjonsbehandling?

3. Hva er prinsippet for programmert styring?

4. Hva er formålet og hovedkomponentene til systemenheten?

5. Hvilke typer tilfeller av systemenheten kjenner du til?

6. Hva er hovedkortet til?

7. Hva er formålet med systembussen i en personlig datamaskin?

8. Hva er analogien mellom systembussen og ryggraden?

9. Hvilke egenskaper ved systembussen kjenner du til?

10. Hva er en datamaskinport? Hvilke typer porter er det og hva er forskjellen deres?

11. Hvorfor trenger vi utvidelseskort?

12. Hvorfor må jeg ha utvidelsesspor?

13. Hva er prinsippet for åpen arkitektur?

14. Hva vet du fra skjønnlitteratur, populærvitenskapelige publikasjoner, TV-programmer og filmer om mulighetene og bruken av fremtidens datamaskiner?

Et kompleks som består av en bunt av ledninger og elektroniske kretser som sikrer riktig overføring av informasjon inne i en datamaskin kalles en ryggrad, en systembuss eller ganske enkelt buss. Dekket er preget av kapasitet og frekvens.

Den maksimale mengden samtidig overført informasjon kalles buss bredde... Bussbredden bestemmes av prosessorkapasiteten og er for tiden 64 bits. Jo høyere bussbredden er, jo mer informasjon kan den overføre per tidsenhet.

Prosessoren søker etter en enhet eller minnecelle. Hver enhet eller celle har sin egen adresse. Adressen sendes over adressebussen, hvilke signaler sendes i én retning fra prosessoren til hovedminnet og enhetene. Bredden på adressebussen bestemmer adresserommet til prosessoren, dvs. antall minneceller. Antall adresserbare minneceller beregnes ved hjelp av formelen: N = 2Jeg, hvor Jeg- bitbredde på adressebussen. Hvis bredden på adressebussen er 32 biter, er det maksimalt mulige antallet adresserbare minneceller 232 = 4.294.967.296 celler.

Informasjon på bussen overføres i form av pulser av elektrisk strøm. Bussen jobber ikke kontinuerlig, men i sykluser. Antall bussdriftssykluser per tidsenhet kalles buss frekvens.

Bussen kobles til hverandre, ikke bare prosessoren og RAM, faktisk alle dataenheter - disker, tastatur, skjerm, etc. – på en eller annen måte mottar og overfører de data gjennom bussen. For dette gir bussen standard kontakter som en eller annen dataenhet er koblet til. Hvis det bare er én buss, er I/O-båndbredden begrenset. Busshastigheten er begrenset av fysiske faktorer - lengden på bussen og antall tilkoblede enheter. Derfor bruker moderne store systemer et sett med sammenkoblede busser. Tradisjonelt er busser delt inn i busser som sørger for organisering av kommunikasjon mellom prosessor og minne og I/O-busser.

I/O-busser kan være lange, støtter tilkobling av mange typer enheter, og følger vanligvis en av bussstandardene. Prosessor-til-minne-bussene er relativt korte, høyhastighets, og matcher organisasjonen av minnesystemet for å maksimere minne-til-prosessor kanalbåndbredden.

Noen datamaskiner har en enkelt buss for minne og I/O-enheter. Denne bussen heter systematisk. Lokalt En buss er en buss som går elektrisk direkte til kontaktene til mikroprosessoren. Den integrerer vanligvis prosessoren, minnet, bufferkretsene for systembussen og kontrolleren, samt noen hjelpekretser.

I utgangspunktet ble ISA-bussen (8- og 16-bit, frekvens - 8 MHz) brukt, som ble opprettet på begynnelsen av 80-tallet og hadde lav båndbredde. I dag brukes ISA-bussen noen ganger til å koble til lavhastighetsenheter (tastaturer, mus, etc.).

For tiden er de mest brukte:

ü PCI-buss (Peripheral Component Interconnect-buss);

ü grafikkbuss AGP (Accelerated Craphic Port - akselerert grafikkport);

ü HyperTransport er en høyhastighetsbuss for tilkobling av interne enheter i et datasystem. Klokkefrekvensen når 800 MHz. Båndbredden er opptil 6,4 GB/s;

ü USB er designet for å koble opptil 256 eksterne enheter (som en mus, skriver, skanner, kamera, FM-tuner, etc.) til én USB-kanal (ved bruk av det vanlige bussprinsippet). Gjennomstrømning opptil 480 Mbps (i USB 2.0-versjon).

I moderne datamaskiner kan prosessorfrekvensen overstige systembussfrekvensen (prosessorfrekvensen er 1 GHz, og bussfrekvensen er 100 MHz).