Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Информационная магистраль (шина)

Устройства ввода

Устройства вывода

Долговременная память

В основу архитектуры современных ПК положен магистрально-модульный принцип: построение компьютера из функциональных блоков, взаимодействующих посредством общего канала (каналов) – шины.
Магистраль включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии.

Контроллеры

Оперативная память

Процессор

Контроллеры

Контроллеры

Информационная магистраль (шина)

Устройства ввода

Устройства вывода

Долговременная память

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами.
Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

Контроллеры

Оперативная память

Процессор

Контроллеры

Контроллеры

Информационная магистраль (шина)

Устройства ввода

Устройства вывода

Долговременная память

Шина адреса. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине от процессора к оперативной памяти и устройствам.
Разрядность шины адреса определяется объемом адресуемой памяти.
Количество адресуемых ячеек можно рассчитать по формуле: N = 2I, где I – разрядность шины адреса.
N = 264 ячеек.

Контроллеры

Оперативная память

Процессор

Контроллеры

Контроллеры

Информационная магистраль (шина)

Устройства ввода

Устройства вывода

Долговременная память

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали.
Сигналы управления определяют, какую операцию – считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т.д.

Контроллеры

Оперативная память

Процессор

Контроллеры

Контроллеры

Северный
мост

Процессор

Южный
мост

Оперативная
память

Шина памяти

PCI Express

AGP

Монитор
Проектор

Видеоплата

SATA

PATA

Жесткие диски
CD-дисководы
DVD-дисководы

USB

PCI

Сетевая карта
Внутренний модемСетевой адаптер Wi-Fi
Звуковая плата

Принтер
Сканер
Цифровая камера
Web-камера
Модем

PS/2

Клавиатура
Мышь

Цифровые
видеокамеры

Звуковая
микросхема

Микрофон
Колонки
Наушники

Быстродействие устройства зависит от тактовой частоты тактового генератора (измеряется в МГц) и разрядности, т.е. количества битов данных, которое устройство может обработать или передать одновременно (измеряется в битах).
Дополнительно в устройствах используется внутреннее умножение частоты с разными коэффициентами.

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

Для согласования тактовой частоты и разрядности устройств на системной плате устанавливаются специальные микросхемы (их набор называется чипсетом), включающие в себя контроллер оперативной памяти и видеопамяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост)

Северный мост обеспечивает обмен данными с процессором, оперативной памятью и видеопамятью.
Частота процессора в несколько раз больше, чем базовая частота магистрали (шина FSB – от англ. FrontSide Bus).
Если частота шины FSB равна 266 МГц, коэффициент умножения частоты 14, то частота процессора будет равна: 266 МГц × 14 ≈ 3,7 ГГц

Между северным мостом и процессором данные передаются по системной шине с частотой, в четыре раза больше частоты шины FSB, т.е. процессор может получать и передавать данные с частотой
266 МГц × 4 = 1064 МГц.
Так как разрядность системной шины равна разрядности процессора (64 бит), то пропускная способность системной шины равна:
64 Бит × 1064 МГц = 68 096 Мбит/с ≈
66 Гбит/с ≈ 8 Гбайт/с

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть меньше, чем частота шины процессора.
Если частота шины памяти равна 533 МГц, а разрядность шины памяти, равная разрядности процессора, составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти равна:
64 Бит × 533 МГц = 34 112 Мбит/с ≈
33 Гбит/с ≈ 4 Гбайт/с

Для подключения видеоплаты к северному мосту используется 32-битная шина AGP (Accelerated Graphic Port) с частотой 66 МГц или шина AGP×8, частота которой равна
66 МГц × 8 = 528 МГц.
Пропускная способность шины видеоданных AGP×8 составляет:
32 Бит × 528 МГц = 16 896 Мбит/с ≈
16,5 Гбит/с ≈ 2 Гбайт/с.
Более высокую пропускную способность имеет шина PCI Express - ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств.
К видеоплате с помощью аналогового разъема VGA или цифрового разъема DVI подключается монитор или проектор.

AGP×8

Шина PCI (шина взаимодействия периферийных устройств) обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств (сетевая карта, встроенный модем, сетевой адаптер Wi-Fi), которые устанавливаются в слоты расширения системной платы.
Разрядность шины PCI может составлять 32 бита или 64 бита, а частота 33 МГц или 66 МГц.
Максимальная пропускная способность шины PCI составляет:
64 Бит × 66 МГц = 4224 Мбит/с = 528 Мбайт/с.

По шине АТА к южному мосту подключаются устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы).
Скорость передачи данных по параллельной шине РАТA (Parallel ATA) достигает 133 Мбайт/с, а по последовательной шине SATA (Serial ATA) – 300 Мбайт/с.

Шина USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) обеспечивает подключение к компьютеру одновременно нескольких периферийных устройств (принтер, сканер, цифровая камера, Web-камера, модем и др.).
Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с.

Порт USB

Клавиатура и мышь подключаются с помощью порта PS/2 или шины USB (в том числе с помощью беспроводного адаптера)

Порт USB

Порт PS/2
для подключения мыши

Порт PS/2
для подключения клавиатуры

К южному мосту может подключаться интегрированная в системную плату микросхема, которая обеспечивает обработку цифрового звука (эту функцию может выполнять также звуковая плата, которая подключается к шине PCI).
С помощью аудиоразъемов к системной плате могут подключаться микрофон, колонки или наушники.

Аудиоразъемы

Практическое задание «Тестирование системной платы».
1. С помощью программы CPU-Z определить у вашего компьютера частоту шины FSB, частоту процессора, частоту шины памяти.
2. Вычислить пропускную способность шины памяти.

Пропускная способность шины памяти = 64 бита × 199,9 МГц ≈ 12800 Мбит/с ≈ 1600 Мбайт/с ≈ 1,5 Гбайт/с