Смагин М.С. Вычислительные машины, системы и сети (1088253), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Материнская плата106сама по себе является сложным вычислительным устройством, оснащённымсобственным процессором, управляющим её работой. Данный процессор выполняется в виде единой микросхемы или группы микросхем и называется«чипсетом». Давайте разберёмся со структурой материнской платы болееподробно и рассмотрим основные типы шин данных, поддерживаемых современными материнскими платами.Рис.45 Структурная схема материнской платы.Если мы посмотрим на структуру материнской платы с точки зренияструктуры Машины фон Неймана, то увидим что роль основной памятиздесь, в первую очередь, выполняет оперативная память, блоком управленияявляется чипсет, а функциональным блоком – микропроцессор.
Если вспомнить, что сам процессор также построен по принципу Машины фон Неймана,то можно наглядно видеть, как одна и та же структура используется на разных уровнях системной иерархии.107Рис.46 Отображение структуры Машины фон Нейманана структуру материнской платыИтак, в основе материнской платы лежит так называемый «чипсет»,специализированное вычислительное устройство, представляющее собой, какследует из названия, набор процессоров, специально предназначенных дляорганизации совместной работы процессора и прочих устройств, подключённых к материнской плате.
Иногда чипсет ещё называют «набором системнойлогики».Как правило, современные наборы состоят из двух микросхем, условноназываемых «северным» и «южным» мостами. Северный мост или, как егоеще называют, MCH (Memory Controller Hub – Узел контроля памяти) предназначен для соединения между собой всех высокоскоростных устройств.
Ктаким устройствам относятся: центральный процессор, подключаемый с помощью специальной шины FSB (Front Side Bus), оперативная память и графическая карта, подключаемая по специальной шине. В современных компьютерах для этой цели чаще всего используется шина PCI-Express.108Через тракт передачи данных «Северный мост» соединяется с «Южным мостом», который ещё называется ICH (I/O Controller Hub – Узел контроля ввода-вывода).
Микросхема Южного моста служит для подключения ксравнительно низкоскоростным устройствам – слотам расширения через шину PCI, внешним разъёмам передачи данных через шину USB, жёстким дискам и устройствам воспроизведения компакт-дисков через интерфейсы SATAи IDE и, наконец, для соединения с локальными вычислительными сетямичерез сетевой разъём Ethernet.Принципиальное отличие шины от интерфейса в том, что шина является разделяемым коммуникационным ресурсом, т.е. к одной шине может подключаться сразу несколько устройств. Распределением ресурсов шины, иликак ещё говорят, арбитражем шины, занимается специальное устройство.Если же говорят об «интерфейсе», то речь идёт о способе подключения кшине специализированных устройств, для управления которыми напрямуюшина не приспособлена.
Как правило интерфейс между шиной и специализированным устройством обеспечивает специальный блок, называемый контроллером интерфейса. Один контроллер может обеспечивать подключение кшине нескольких однотипных устройств, однако с точки зрения шины всеони выступают как единый абонент, интересы которого представлены контроллером.Вопросы построения локальных вычислительных сетей мы рассмотримв соответствующей главе, интерфейса IDE коснёмся лишь вскользь, а вотшины FSB, SATA, PCI и PCI-Express разберём довольно подробно.Шины передачи данныхОсновными характеристиками шин передачи данных являются следующие:1.
Способ передачи данных2. Тип линий3. Метод арбитража1094. Синхронизация5. Разрядность6. Допустимые виды операций передачи.Способ передачи данных может быть последовательным и параллельным. При последовательном способе передачи данные на линию выдаютсяпоследовательно, бит за битом. При параллельном способе передаваемыйблок отправляется целиком, данные распределяются параллельно по одномубиту на каждую линию передачи данных. Последовательные шины тоже допускают параллельное подключение нескольких линий передачи, но, приэтом, данные на них будут передаваться независимо друг от друга.По типу линий, шины передачи данных можно поделить на специализированные и переключаемые (мультиплексируемые).
В специализированных шинах линии передачи данных делятся на линии передачи адреса и линии передачи данных. В переключаемых шинах адрес и данные передаютсяпо одним и тем же линиям.По методу арбитража шины делятся на шины с централизованным идецентрализованным арбитражем. Централизованный метод арбитражапредполагает, что существует специальный блок управления, так называемый «контроллер шины», который управляет передачей ресурсов шины томуили иному подключённому к ней устройству. При децентрализованном арбитраже контроллер отсутствует, но в каждом из устройств, подключённых кшине, существует свой маленький блок управления, который отвечает за организацию взаимодействия с устройствами, подключёнными к шине.С точки зрения синхронизации шины бывают синхронными и асинхронными.
В синхронных шинах все события привязаны к сигналу тактовойчастоты, передаваемому с помощью специальной линии всем абонентам.Разрядность шины определяет количество линий передачи адресов иданных. Очевидно, что чем больше разрядность, тем больше информацииможно передать в каждый момент времени. В случае с последовательными110шинами разрядность определяет размер минимальной передаваемой единицыданных.С допустимыми видами операций передачи всё несколько сложнее.Помимо традиционных и очевидных чтения и записи, существуют такие операции, как «чтение-модификация-запись», «чтение-после-записи» а также«блочная передача».
Операция «чтение-модификация-запись» используется впараллельных вычислительных системах. Её особенность в том, что при еёвыполнении значение адреса не меняется и запись производится в ту жеячейку, из которой произведено чтение. Другой её особенностью являетсянепрерывность, т.е. в процессе последовательного выполнения операцийчтения и записи они не могут быть прерваны с целью передачи шины другому абоненту.Комбинированная операция «чтение-после-записи» тоже является непрерывной и применяется в системах повышенной надёжности, где есть вероятность искажения информации при записи.Ну, и, наконец, системы с блочной передачей позволяют передаватьданные блоками.
В этом случае после одной адресной посылки следует несколько посылок данных. Это может существенно увеличить пропускнуюспособность шины.Шина FSBНачнём с шины FSB. Расшифровывается эта аббревиатура, как FrontSide Bus. В буквальном переводе это звучит приблизительно как «шина передней стороны». В отечественной технической литературе данную шинутакже называют «фасадной».
Логично предположить, что если есть «шинапередней стороны», то, наверное, должна быть и «Шина задней стороны»или Back Side Bus (BSB). «Шина задней стороны» имеется в некоторых типахпроцессоров для связи с кэшем второго уровня. Её наличие позволяет снятьчасть нагрузки с фасадной шины и ускорить передачу данных между процессором и кэшем второго уровня. Такие процессоры называются процессорами111с двумя независимыми шинами или процессорами с DIB-архитектурой. (DIB− Dual Independent Bus). Сейчас кэш второго уровня, как правило, конструктивно выполняют на одном кристалле с процессором, поэтому шина BSB невыводится на материнскую плату.Вернёмся, однако, к шине FSB. Это высокоскоростная шина, предназначенная, в первую очередь, для передачи данных из процессора в память иобратно.
Поскольку она непосредственно осуществляет передачу информации процессору, её ещё иногда называют процессорной. В многопроцессорной системе шина FSB отвечает не только за передачу данных между памятью и процессором, но и за взаимодействие процессоров между собой.Производительность шины FSB является определяющей для быстродействия вычислительной системы в целом, поскольку даже самый быстрыйпроцессор не сможет обрабатывать данные быстрее, чем он их получает.Важно иметь в виду, что обозначение FSB – это термин структуры материнских плат. Для решения задач FSB-шины может быть использована иPCI-шина и любая другая, но, как правило, для FSB разрабатываются специальные типы шин передачи данных.
Так для FSB-шин процессоров Pentium 2использовались шины типа GTL+, для процессоров Pentium III- AGTL+.В процессорах фирмы Intel, начиная с Pentium 4, в качестве FSB-шиныиспользуется шина типа QPB. QPB расшифровывается как Quad Pumped Bus.В буквальном переводе, − “шина с учетверённой накачкой”. Она имеет разрядность 64 бита и при максимальной тактовой частоте в 400 МГц осуществляет передачу четырёх посылок данных за один цикл тактовой частоты, тоесть, работает с эквивалентной тактовой частотой 1600 МГц. С учётом того,что за каждую посылку передаётся 8 байт, c её помощью можно передавать8х1600 – до 12800 МБ/сек.112Шина PCIРассмотрим теперь следующий тип шин передачи данных, – шины типа PCI.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
