Как обозначается шина данных

Опубликовано: 14.05.2024

Шина данных это одна из самых важных шин, из-за необходимости которой собственно и формируется вся остальная система. Численность имеющихся у нее разрядов указывает на скорость и производительность обмена данными, кроме этого определяет наибольшее число выполняемых команд. Шина данных это устройство, которое передает данные всегда в двух направлениях.

Для работы компьютера предполагается наличие в его составе комплекса определенных систем, и отсутствие хотя бы одной из них приведет к полной неработоспособности ПК. Ниже перечислены основные системы:

Но все-таки эти модули, даже в комплексе не будут выполнять тех функций, которые от них требуются. Для того, чтобы все компоненты функционировали как положено, среди них создается взаимосвязь, с помощью которой будет выполняться необходимые вычислительные и другие операции. Средства связи такого рода создают именно компьютерные системные шины. Следовательно, можно утверждать, что данный компонент является крайне необходимым элементом в компьютерном блоке.

Компьютерная шина

Компьютерная шина – это электронная магистраль предназначенная для передачи информации между функциональными модулями компьютера. Такими как: центральный процессор, графический адаптер, винчестер, ОЗУ и остальными устройствами. Данная система включает в себя некоторое количество других шин, в частности: шины адреса, шина данных, кстати их может быть несколько, и шина управления.

Основное деление компьютерных шин

По-большому счету, компьютерной шиной можно охарактеризовать практически всякое устройство, служащее для создания связи между двумя и более компонентами. Даже оборудование для подключения компьютера к сети Интернет в определенной степени считается системной шиной.

Одна из самых значимых устройств связи

Производительность компьютера

Все основные компьютерные шины в зависимости от предназначения, делятся на несколько категорий:

У процессора может быть задействовано несколько системных трактов связи, при этом, как показала практика, наличие определенного количества шин увеличивает эффективность работы компьютера. Пропускная способность компьютерной шины в большей части определяет производительность ПК. Принцип ее действия заключается в определение скорости трансляции данных, передающихся с локальных устройств на другие вычислительные модули и обратно.

Системные шины в современных компьютерах

Стандартная локальная шина, разработанная ассоциацией VESA, получила компетентное признание в мире компьютерных технологий. Официальное ее название VL-Bus и она же является одной из самых популярных шин локального назначения со дня ее представления. Используя шину VL-Bus можно осуществлять 32-разрядную передачу информации между графическим адаптером и процессором либо винчестером.

Однако, такая магистраль связи не способна поддерживать корректную работу микропроцессора. Вследствие этого она встраивается в систему вместе с 16-разрядной шиной ISA, и таким образом выполняет функции дополнительного расширения.

Компьютерная шина, оперативка, центральный процессор и мосты

Компьютер представляет собой, по существу, совокупность регистров для хранения данных, АЛУ и средств перемещения чисел между ними по мере необходимости. Поэтому пересылка данных играет ключевую роль. Мультиплексор (см. разд. 13.16) ведет себя как электронный переключатель, и его можно применить для пересылки данных к месту их назначения. Поэтому мы могли бы представить себе компьютер как систему с такими мультиплексорами на входе каждого регистра, у которых входы соединены с выходами всех других регистров. К сожалению, такая конструкция становится чрезвычайно запутанной, как это демонстрирует рис. 14.6, даже в том случае, когда имеется только четыре регистра и у каждого из них лишь один разряд. Если теперь принять во внимание, что даже у маленького компью-

Рис. 14.6. Сложность «звездообразных» соединений между регистрами для пересылки данных.

тера память состоит из более чем миллиона регистров по 16 разрядов в каждом, то становится ясной непрактичность так организованных взаимных соединений. Хотелось бы построить «систему железных дорог» с индивидуальными подъездными путями и поездами, курсирующими между любой парой станций, из числа тех, между которыми предположительно может захотеть совершить путешествие какой-либо пассажир.

Точно так же, как в реальной жизни на железной дороге один путь связывает между собой многие станции, так и при передаче данных используется сигнальная шина, чтобы соединить между собой все регистры. Шина (bus) — это вполне уместное название, происходящее от латинского omnibus (дословно: для всех), поскольку она служит магистралью для данных (data highway), по которой могут обмениваться числами любые два блока цифровой системы. Аналогию с железной дорогой нельзя продолжать слишком далеко, так как по одному пути могут одновременно ехать несколько поездов, тогда как по электрической шине данных в каждый момент времени может передаваться только одно число. Поэтому передача по шине носит последовательный характер, а связь между регистрами происходит в очень быстрой последовательности. У шинной организации передачи данных три отличительные черты.

1. Выход любой схемы, не посылающей данные в текущем отрезке времени, должен находиться в состоянии с большим выходным сопротивлением, чтобы не испортить сигналы на шине.

2. Любой блок, подключенный к шине, имеет свой собственный адрес или номер.

3. В дополнение к адресным линиям и линиям данных необходимы линии для сигналов управления. Это может быть единственная линия чтения/

Рис. 14.7. Простота пересылки данных по шине.

записи или несколько линий для выбора одного из дополнительных внешних устройств, когда, как это иногда случается, различные устройства имеют одинаковые адреса.

Такой принцип шинного обмена данными приводит к упрощению схемной реализации, как это видно из рис. 14.7. Здесь показаны четыре регистра, для которых требуются всего лишь 2 разряда в адресе: 00, 01, 10 и 11. В реальной компьютерной системе нужны более широкие возможности в отношении адресов; например, даже «крошечной» памяти объемом 64 Кбайта (64 1024 байт) требуется 16 адресных линий для ее 65 536 ячеек.

На рисунке ради наглядности показана шина, состоящая из одной линии, но на практике бывают шины из 8 или 16 линий для передачи 1- или 2-байтовых чисел. Все входы можно подключить к шине параллельно без какого-либо ущерба, тогда как выходы должны обладать достаточной нагрузочной способностью (соответствующим коэффициентом разветвления по выходу). Сами выходы, как подчеркивалось выше, не должны нагружать шину, если вызовом по адресным линиям и посылкой импульса «чтение» не подана команда передавать данные. Выход обычного базового элемента TTJI не годится для непосредственного подключения к шине, так как он специально рассчитан на то, чтобы его выходное сопротивление было малым в течение всего времени. Один из способов подключения к шине состоит в использовании ИС TTJI с открытым коллектором, когда верхний выходной транзистор в базовом элементе TTJI заменяется внешним резистором, то есть схем такого типа, какие мы рассматривали (в разд. 13.13) в связи с подачей сигнала на индикатор чисел. Большинству маломощных TTJI-схем с диодами Шотки, таким как схемы И-НЕ 74LS01 (аналог 555ЛА8. — Примеч. перев.) и инверторы 74LS05 (аналог 555ЛН2. — Примеч. перев.) (вариантами этих схем со стандартными выходами являются схемы 74LS00 и 74LS04 соответственно), требуется резистор нагрузки с сопротивлением 2,2 кОм. Когда логическое значение сигнала на выходе такой схемы равно 1, ток через выходной транзистор в ней не течет; этот выход можно подключить к шине параллельно с несколькими другими при условии, что на каждом отрезке времени только один из них переходит на низкий уровень. Такой способ объединения выходов логических схем иногда называют «монтажным И», поскольку сигнал на шине имеет высокий уровень только тогда, когда у всех схем собственный выходной сигнал имеет высокий уровень. В достаточно сложных шинных системах часто используется мощная буферная ИС И-НЕ с открытым коллектором 74LS38 с коэффициентом разветвления по выходу 30 и с минимальным сопротивлением нагрузки 680 Ом, к выходу которой можно подключать до 30 входов маломощных TTJI- схем с диодами Шотки.

Как указывалось в разд. 10.6., переключающие схемы, у которых нет активного элемента между шиной питания и выходом, обладают тем недостатком, что заряд паразитных емкостей должен обеспечиваться исключительно резистором нагрузки, из-за чего заряд происходит значительно медленнее, чем при применении «грубой силы», каковой является коллекторный ток транзистора, посредством которого в этом случае потенциал выхода подтягивается к напряжению питания. Поэтому как в КМОП-логике, так и в семействе ТТЛ в большинстве случаев используется более совершенная конструкция схем, нежели открытый коллектор, — шинные формирователи, выход которых подключается к шине; эти схемы носят название схем с тремя состояниями на выходе и представляют собой комбинацию базового элемента с изолирующим выключателем. Эти три состояния следующие: высокий логический уровень, низкий логический уровень и большое выходное сопротивление (запертое состояние). Специальный входной сигнал разрешения по выходу (Output Enable, ОЕ) переключает выход схемы, когда это требуется; если выходы нескольких схем с тремя состояниями подключены параллельно к одной шине, то важно, чтобы только один из входов ОЕ переводил свою схему в активный режим на данном отрезке времени. На рис. 14.8 схематически изображено внутреннее устройство логических элементов ТТЛ, рассчитанных на подключение к шине, со значениями компонентов, типичными для «стандарта» ТТЛ. Интересно сравнить эти схемы с обычным элементом, представленным на рис. 13.14. В логическом элементе с открытым коллектором (а) просто опущен верхний транзистор выходного каскада. В схеме с тремя состояниями (б) применен простой и изящный способ размыкания на выходе с помощью сигнала ОЕ, подаваемого на вход разрешения. Когда сигнал ОЕ имеет высокий уровень, схема в целом работает точно так же, как обычный логический элемент, а диод D₂ при этом закрыт. Когда уровень сигнала ОЕ становится низким, срабатывает правило И-НЕ в отношении входных эмиттеров транзистора T_v так что транзисторы Т₂ и Г₃ оказываются запертыми. В обычной схеме в этих условиях транзистор Г₄ был бы открыт и подтягивал бы вверх потенциал выхода Y, но на этот раз диод D₂ открыт, благодаря чему транзистор Т₄ заперт. Теперь, когда оба выходных транзистора заперты, на выходе ^выполняется условие большого выходного сопротивления, что фактически означает «отключение» схемы от шины. На рис. 14.8, в показаны типичные условные обозначения логических элементов с тремя состояниями на выходе. Имеется широкий спектр схем с тремя состояниями; типичными примерами служат ИС 74LS244, содержащая восемь буферов, и ИС 74LS374 (аналог 555ИР23. — Примеч. перев.), представляющая собой 8-разрядный регистр- защелку с фиксацией по положительному фронту. Особенно полезна для сопряжения с шиной ИС 74LS245 (аналог 555АП6. — Примеч. перев.), являющаяся 8-разрядным двунаправленным приемопередатчиком, который можно переключать на передачу данных по шине или на прием данных с шины по мере необходимости; при работе в режиме передачи он имеет коэффициент разветвления по выходу, равный 30, а при работе в режиме приема встроен-

Рис. 14.8. Логические ТТЛ-элементы для подключения к шине:

а — открытый коллектор; б — схема с тремя состояниями; в — условное изображение схем с тремя состояниями.

ный гистерезис сводит к минимуму влияние паразитных наводок и отраженных импульсов, поступающих с шины. Все эти схемы имеются также в КМОП-серии ИС с тремя состояниями 74НС; в них предусмотрено подобное «отключение» от шины.

При практической реализации шинной передачи данных требуется тщательное соблюдение правил построения цифровых схем, перечисленных в разд. 13.17, и, в частности, тех из них, которые относятся к формированию сигналов для передачи по длинным линиям. Когда к линии в шине подключено большое число входов логических элементов, ее емкость возрастает, и, для того чтобы избежать паразитных импульсов, вызываемых отражениями, желательно включать на дальнем конце линии резисторы согласованной нагрузки. В том случае, когда взаимодействие с шиной осуществляется через приемопередатчики 74LS245, эффективное согласование обеспечивает включение двух резисторов: резистора с сопротивлением 330 Ом между линией и землей (0 В) и резистора с сопротивлением 220 Ом между линией и шиной питания (V _с).

Компьютер состоит из множества различных компонентов, это центральный процессор, память, жесткий диск, а также огромное количество дополнительных и внешних устройств, таких как экран, мышка клавиатура, подключаемые флешки и так далее. Всем этим должен управлять процессор, передавать и получать данные, отправлять сигналы, изменять состояние.

Для реализации этого взаимодействия все устройства компьютера связаны между собой и с процессором через шины. Шина - это общий путь, по которому информация передается от одного компонента к другому. В этой статье мы рассмотрим основные шины компьютера, их типы, а также для соединения каких устройств они используются и зачем это нужно.

Что такое шина компьютера

Как я уже сказал - шина - это устройство, которое позволяет связать между собой несколько компонентов компьютера. Но к одной шине могут быть подключены несколько устройств и у каждой шины есть свой набор слотов для подключения кабелей или карт.

Фактически, шина - это набор электрических проводов, собранных в пучок, среди них есть провода питания, а также сигнальные провода для передачи данных. Шины также могут быть сделаны не в виде внешних проводов, а вмонтированы в схему материнской платы.

По способу передачи данных шины делятся на последовательные и параллельные. Последовательные шины передают данные по одному проводнику, один бит за один раз, в параллельных шинах передача данных разделена между несколькими проводниками и поэтому можно передать большее количество данных.

Виды системных шин

Все шины компьютера можно разделить за их предназначением на несколько типов. Вот они:

Шины данных - все шины, которые используются для передачи данных между процессором компьютера и периферией. Для передачи могут использоваться как последовательный, так и параллельный методы, можно передавать от одного до восьми бит за один раз. По размеру данных, которые можно передать за один раз такие шины делятся на 8, 16, 32 и даже 64 битные;
Адресные шины - связаны с определенными участками процессора и позволяют записывать и читать данные из оперативной памяти;
Шины питания - эти шины питают электричеством различные, подключенные к ним устройства;
Шина таймера - эта шина передает системный тактовый сигнал для синхронизации периферийных устройств, подключенных к компьютеру;
Шина расширений - позволяет подключать дополнительные компоненты, такие как звуковые или ТВ карты;

В то же время, все шины можно разделить на два типа. Это системные шины или внутренние шины компьютера, с помощью которых процессор соединяется с основными компонентами компьютера на материнской плате, такими как память. Второй вид - это шины ввода/вывода, которые предназначены для подключения различных периферийных устройств. Эти шины подключаются к системной шине через мост, который реализован в виде микросхем процессора.

Также к шинам ввода/вывода подключается шина расширений. Именно к этим шинам подключаются такие компоненты компьютера, как сетевая карта, видеокарта, звуковая карта, жесткий диск и другие и их мы более подробно рассмотрим в этой статье.

Вот наиболее распространенные типы шин в компьютере для расширений:

ISA - Industry Standard Architecture;
EISA - Extended Industry Standard Architecture;
MCA - Micro Channel Architecture;
VESA - Video Electronics Standards Association;
PCI - Peripheral Component Interconnect;
PCI-E - Peripheral Component Interconnect Express;
PCMCIA - Personal Computer Memory Card Industry Association (также известна как PC bus);
AGP - Accelerated Graphics Port;
SCSI - Small Computer Systems Interface.

А теперь давайте более подробно разберем все эти шины персональных компьютеров.

Шина ISA

Раньше это был наиболее распространенный тип шины расширения. Он был разработан компанией IBM для использования в компьютере IBM PC-XT. Эта шина имела разрядность 8 бит. Это значит что можно было передавать 8 бит или один байт за один раз. Шина работала с тактовой частотой 4,77 МГц.

Для процессора 80286 на базе IBM PC-AT была сделана модификация конструкции шины, и теперь она могла передавать 16 бит данных за раз. Иногда 16 битную версию шины ISA называют AT.

Из других усовершенствований этой шины можно отметить использование 24 адресных линий, что позволяло адресовать 16 мегабайт памяти. Эта шина имела обратную совместимость с 8 битным вариантом, поэтому здесь можно было использовать все старые карты. Первая версия шины работала на частоте процессора - 4,77 МГц, во второй реализации частота была увеличена до 8 МГц.

Шина MCA

Компания IBM разработала эту шину в качестве замены для ISA, для компьютера PS/2, который вышел в 1987 году. Шина получила еще больше усовершенствований по сравнению с ISA. Например, была увеличена частота до 10 МГц, а это привело к увеличению скорости, а также шина могла передавать 16 или 32 бит данных за раз.

Также была добавлена технология Bus Mastering. На плате каждого расширения помещался мини-процессор, эти процессоры контролировали большую часть процессов передачи данных освобождая ресурсы основного процессора.

Одним из преимуществ этой шины было то, что подключаемые устройства имели свое программное обеспечение, а это значит что требовалось минимальное вмешательство пользователя для настройки. Шина MCA уже не поддерживала карты ISA и IBM решила брать деньги от других производителей за использование этой технологии, это сделало ее непопулярной с сейчас она нигде не используется.

Шина EISA

Эта шина была разработана группой производителей в качестве альтернативы для MCA. Шина была приспособлена для передачи данных по 32 битному каналу с возможностью доступа к 4 Гб памяти. Подобно MCA для каждой карты использовался микропроцессор, и была возможность установить драйвера с помощью диска. Но шина все еще работала на частоте 8 МГц для поддержки карт ISA.

Слоты EISA в два раза глубже чем ISA, если вставляется карта ISA, то она использует только верхний ряд разъемов, а EISA использует все разъемы. Карты EISA были дорогими и использовались обычно на серверах.

Шина VESA

Шина VESA была разработана для стандартизации способов передачи видеосигнала и решить проблему попыток каждого производителя придумать свою шину.

Шина VESA имеет 32 битный канал передачи данных и может работать на частоте 25 и 33 МГц. Она работала на той же тактовой частоте, что и центральный процессор. Но это стало проблемой, частота процессора увеличивается и должна была расти скорость видеокарт, а чем быстрее периферийные устройства, тем они дороже. Из-за этой проблемы шина VESA со временем была заменена на PCI.

Слоты VESA имели дополнительные наборы разъемов, а поэтому сами карты были крупными. Тем не менее сохранялась совместимость с ISA.

Шина PCI

Peripheral Component Interconnect (PCI) - это самая новая разработка в области шин расширений. Она является текущем стандартом для карт расширений персональных компьютеров. Intel разработала эту технологию в 1993 году для процессора Pentium. С помощью этой шины соединяется процессор с памятью и другими периферийными устройствами.

PCI поддерживает передачу 32 и 64 разрядных данных, количество передаваемых данных равно разрядности процессора, 32 битный процессор будет использовать 32 битную шину, а 64 битный - 64 битную. Работает шина на частоте 33 МГц.

В PCI можно использовать технологию Plug and Play (PnP). Все карты PCI поддерживают PnP. Это значит, что пользователь может подключить новую карту, включить компьютер и она будет автоматически распознана и настроена.

Также тут поддерживается управление шиной, есть некоторые возможности обработки данных, поэтому процессор тратит меньше времени на их обработку. Большинство PCI карт работают на напряжении 5 Вольт, но есть карты, которым нужно 3 Вольта.

Шина AGP

Необходимость передачи видео высокого качества с большой скоростью привела к разработке AGP. Accelerated Graphics Port (AGP) подключается к процессору и работает со скоростью шины процессора. Это значит, что видеосигналы будут намного быстрее передаваться на видеокарту для обработки.

AGP использует оперативную память компьютера для хранения 3D изображений. По сути, это дает видеокарте неограниченный объем видеопамяти. Чтобы ускорить передачу данных Intel разработала AGP как прямой путь передачи данных в память. Диапазон скоростей передачи - 264 Мбит до 1,5 Гбит.

PCI-Express

Это модифицированная версия стандарта PCI, которая вышла в 2002 году. Особенность этой шины в том что вместо параллельного подключения всех устройств к шине используется подключение точка-точка, между двумя устройствами. Таких подключений может быть до 16.

Это дает максимальную скорость передачи данных. Также новый стандарт поддерживает горячую замену устройств во время работы компьютера.

PC Card

Шина Personal Computer Memory Card Industry Association (PCICIA) была создана для стандартизации шин передачи данных в портативных компьютерах.

Шина SCSI

Шина SCSI была разработана М. Шугартом и стандартизирована в 1986 году. Эта шина используется для подключения различных устройств для хранения данных, таких как жесткие диски, DVD приводы и так далее, а также принтеры и сканеры. Целью этого стандарта было обеспечить единый интерфейс для управления всеми запоминающими устройствами на максимальной скорости.

Шина USB

Это стандарт внешней шины, который поддерживает скорость передачи данных до 12 Мбит/сек. Один порт USB (Universal Serial Bus) позволяет подключить до 127 периферийных устройств, таких как мыши, модемы, клавиатуры, и другие устройства USB. Также поддерживается горячее удаление и вставка оборудования. На данный момент существуют такие внешние шины компьютера USB, это USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1 и USB Type-C.

USB 1.0 был выпущен в 1996 году и поддерживал скорость передачи данных до 1,5 Мбит/сек. Стандарт USB 1.1 уже поддерживал скорость 12 Мбит/сек для таких устройств, как жесткие диски.

Более новая спецификация - USB 2.0 появилась в 2002 году. Скорость передачи данных выросла до 480 Мбит/сек, а это в 40 раз быстрее чем раньше.

USB 3.0 появился в 2008 году и поднял стандарт скорости еще выше, теперь данные могут передаваться со скоростью 5 Гбит/сек. Также было увеличено количество устройств, которые можно питать от одного порта. USB 3.1 был выпущен в 2013 и тут уже поддерживалась скорость до 10 Гбит/с. Также для этой версии был разработан компактный разъем Type-C, к которому коннектор может подключаться любой стороной.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели основные шины компьютера, историю их развития, назначение шин компьютера, их типы и виды. Надеюсь эта статья была для вас полезной и вы узнали много нового.

На завершение небольшое видео про шины и интерфейсы компьютера:

Компьютерной системе необходимы три сигнальные шины, чтобы осуществлять связь или управление операциями. Эти три шины следующие:

шина данных
шина адреса
шина команд

Каждая из шин внутри системы имеет особую функцию.

Шина данных используется, чтобы передавать информацию от одной части компьютера другой. Она известна как двунаправленная шина, поскольку информация может передаваться в любом направлении. Шина данных обычно имеет 4, 8, 16 или 32 линии, по каждой из которых передастся один бит. Важно отметить, что в отдельный момент времени на шине может находится только один элемент данных. Как правило, шина используется либо для передачи информации из памяти или из входного порта в микропроцессор, либо из микропроцессора в выходной порт. Предварительно на шине адреса выставляется адрес запрашиваемых данных.

Адресная шина начинается в микропроцессоре и является однонаправленной. Каждое устройство компьютерной системы, память или порт, имеет уникальный адрес в двоичном формате. Микропроцессор может обратиться по адресу любого из этих устройств и выставить на шине данных необходимую информацию или считать её. Адресная шина фактически сообщает компьютеру, какая из частей системы используется в данный момент времени.

Наконец, шина команд, как предполагает ее название, позволяет микропроцессору управлять остальной частью системы. Шина команд может иметь до 20 линий, но обязательно имеет четыре основных управляющих сигнала. Это сигналы чтения, записи, запроса ввода/вывода и обращения к памяти.

Адресная шина будет указывать, какая из частей компьютерной системы должна функционировать в данный момент времени, а шина команд укажет, как именно эта часть должна функционировать. Например, если микропроцессор требует информацию из ячейки памяти, адрес этой особой ячейки помещается на адресную шину. Шина команд в этом случае будет содержать два сигнала: сигнал обращения к памяти и сигнал чтения. Это приведет к тему, что содержимое памяти по заданному адресу будет выставлено на шину данных. Затем эта информация будет использована микрокомпьютером для выполнения другой команды.

Шину данных образуют линии, служащие для передачи данных между отдельными структурными группами ПК. Исходным пунктом линий данных является центральный процессор. Он определяет разрядность шины данных, т.е. число линий, по которым передаются данные. Чем выше разрядность шины данных, тем больший объем данных можно передать по ней за некоторый определенный промежуток времени и тем выше быстродействие компьютера.

В первых ПК использовался процессор Intel 8088. Этот 16-разрядный процессор имел всего лишь 8 внешних линий данных (этим объясняется его низкая стоимость). Для внутренних операций было задействовано 16 линий данных, благодаря чему процессор мог одновременно обрабатывать два восьмиразрядных числа. Но на внешнем уровне к нему присоединялась дешевая восьмиразрядная шина данных. Эти 8 линий обеспечивали связь со всеми микросхемами на системной плате, выполняющими функции обработки данных, и всеми платами расширения, установленными в гнездах. Таким образом осуществлялась передача данных между платами расширения и процессором.

Адресная шина. Разрядность шины

Другая группа линий образует адресную шину. Эта шина используется для адресации. Каждая ячейка памяти и устройство ввода-вывода компьютера имеет свой собственный адрес.

При считывании или записи данных процессор должен сообщать, по какому адресу он желает прочитать или записать данные, для чего необходимо указать этот адрес.

В отличие от шины данных шина адреса является однонаправленной.

Разрядность адресной шины определяет максимальное число адресов, по которым может обратиться процессор, т. е. число линий в адресной шине показывает, каким объемом памяти может управлять процессор. Учитывая, что одна адресная линия обеспечивает представление одного разряда двоичного числа, формулу для максимального объема адресуемой памяти можно записать в следующем виде:

максимальное число адресов = 2n,

Процессор 8088 имел 20 адресных линий, что в соответствии с приведенной формулой обеспечивало адресацию памяти объемом:

220 =1 048 576 байт = 1024 Кбайт = 1 Мбайт.

Это тот самый предельный объем памяти, который все еще имеет силу в операционной системе DOS.

Совсем иная ситуация с процессором 80286. Он имеет 24 адресных линии и поэтому в состоянии управлять памятью объемом:

224= 16 777 216 байт =16 Мбайт.

Для обеспечения связи с микросхемами памяти число адресных линий процессора должно равняться числу адресных линий на системной плате.

Процессоры 80386, 80486 и Pentium имеют 32 адресных линии, что обеспечивает адресацию свыше 4 млрд. ячеек памяти. На системной плате с такими процессорами должно быть 32 линии, обеспечивающие обмен адресами между центральным процессором и всеми важными периферийными микросхемами.

Линии шины управления на системной плате служат для управления различными компонентами ПК. По выполняемой ими функции их можно сравнить с переводной стрелкой на железнодорожных путях.

С помощью небольшого числа линий шина управления обеспечивает такое функционирование системы, чтобы в каждый данный момент времени только одна структурная единица ПК пересылала данные по шине данных или осуществляла адресацию памяти.

К шине может быть подключено много приемных устройств. Сочетание управляющих и адресных сигналов определяет, для кого именно предназначаются данные на шине. Управляющая логика возбуждает специальные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю, когда ему следует принимать данные.

Управляющая логика активизирует в каждый конкретный момент только одно устройство, которое становиться ведущим. Когда устройство активизировано, оно помещает свои данные на шину. Все другие микросхемы в этот промежуток времени должны блокироваться с помощью соответствующего сигнала на линии управления.

Микропроцессор взаимодействует с внешней средой с помощью шины адреса/данных/состояния и нескольких управляющих сигналов. Собственно взаимодействие заключается в выполнении одной из двух операций: МП либо выводит (записывает) данные, либо вводит (считывает) данные или команды. В каждой из этих операций процессор должен указывать то устройство, с которым он будет взаимодействовать; другими словами, процессор должен адресовать ячейку памяти либо порт ввода или вывода.

Для передачи данных или выборки команды процессор инициирует так называемый цикл шины. Кроме процессора, цикл шины могут инициировать и другие устройства, например, арифметический сопроцессор.

Цикл шины представляет собой последовательность событий, в течение которой процессор выдает адрес ячейки памяти или периферийного устройства, а затем формирует сигнал записи или считывания, а также выдает данные в операции записи. Выбранное устройство воспринимает данные с шины в цикле записи или помещает данные на шину в цикле считывания. По окончании цикла шины устройство фиксирует записываемые данные или снимает считываемые данные.

Рассмотрим цикл шины микропроцессора 8086, который имеет совмещенную 20-разрядную шину адреса/данных/состояния и шину управления (рис. 4).

Рис. 4. Шины микропроцессора 8086

Цикл шины микропроцессора 8086 состоит минимум из четырех тактов синхронизации, называемых также состояниями T, которые идентифицируются спадающим фронтом сигнала синхронизации CLC. В первом такте (T1) процессор выдает на шину адреса/данных/состояния AD20-AD0 адрес устройства, которое будет источником или получателем информации в текущем цикле шины. Во втором такте (T2) процессор снимает адрес с шины и либо переводит тристабильные буферы линий AD15-AD0 в высокоимпедансное состояние, подготавливая их к выводу информации в цикле считывания, либо выдает на них данные в цикле записи.

Управляющие сигналы, инициирующие считывание, запись или подтверждение прерываний, всегда выдаются в такте T2. В максимальной конфигурации системы сигнал записи формируется в такте T3, чтобы гарантировать стабилизацию сигналов данных до начала действия этого сигнала.

В такте T2 старшие четыре линии адреса/состояния переключаются с режима выдачи адреса на режим выдачи состояния. Сигналы состояния предназначены в основном для диагностических целей, например, идентифицируют сегментный регистр, который участвует в формировании адреса памяти.

В течение такта T3 процессор сохраняет информацию на линиях состояния. На шине данных в цикле записи сохраняются выводимые данные, а в цикле считывания производится опрос вводимых данных.

Тактом T4 заканчивается цикл шины. В этом такте снимаются все управляющие сигналы и выбранное устройство отключается от шины.

Таким образом, цикл шины для памяти или периферийного устройства представляет собой асинхронное действие. Устройство может управлять циклом шины только путем введения состояний ожидания.

Процессор выполняет цикл шины в том случае, когда ему необходимо осуществить запись или считывание информации. Если циклы шины не требуются, шинный интерфейс реализует холостые состояния Ti, в течение которых процессор сохраняет на линиях состояния сигналы состояния от предыдущего цикла шины.