Meloci.ru

Как называются правила обмена данными по шине

Шина данных это

Шина данных это система передачи информации в ПК

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:

  1. Центральный процессор
  2. Графический адаптер
  3. Система оперативной памяти (ОЗУ)

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

Отличие шин друг от друга базируется на нескольких моментах. Главным признаком считается Первенствующим показателем является место расположения. Исходя из этого шины бывают следующих типов:

  1. Шины для создания магистральной связи между компонентами установленными внутри компьютерного блока, а именно: центральный процессор, оперативное запоминающее устройство, системная плата. В современных компьютерах она обозначается как — локальная шина.
  2. Шины служащие для подсоединения к системной плате периферийных гаджетов, таких, как: адаптеры, карты памяти, называются — внешними шинами.

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

Все действия выполняемые нами с помощью компьютера, будь то работа с документами или прослушивание музыкальных треков, компьютерные игры — все это возможно только благодаря процессору. Равным образом и процессор не может выполнять свои функции, не имея при этом магистральной связи с остальными значимыми компонентами осуществляющими полноценную работу компьютера. То есть, именно с помощью системной шины процессора организуется в одно целое комплекс устройств.

Производительность компьютера

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

  1. Адресные шины
  2. Шины управления
  3. Шины данных

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

Шина USB

Спецификация USB была разработана консорциумом компаний, включая Intel и Microsoft. Целью нового стандарта было обеспечение организации недорогой среднескоростной шины в таких областях применения, как передача цифровых изображений, компьютерная телефония и мультимедийные игры. Текущими версиями спецификации USB является версии 2.0 (во вторую заложены более высокие скоростные характеристики).

Данные передаются последовательно по паре проводников. Питание для некоторых устройств доступно по отдельным проводникам питания и заземления (для устройств с небольшим энергопотреблением).

Устройства USB могут быть подключены 5-метровым кабелем (а практически – и более длинным). Использование USB-хаба (hub – концентратор) позволяет увеличить дальность размещения устройств от хост-контроллера, а так же количество устройств, подключаемых к одной шине USB. Последовательно можно подключить до пяти хабов, обеспечив длину соединения 30 метров. К хост-контроллеру можно подключить до 127 устройств, шинный адрес которых устанавливается динамически при подключении устройств.

На рисунке 1 приведен пример конфигурации сети USB-устройств:

Рис. 1 Сеть USB-устройств

Работа программиста, создающего драйвер внешнего (не находящегося на материнской плате) USB устройства сводится к тому, чтобы воспользоваться программным интерфейсом системных драйверов шины USB, общение с которым происходит при помощи пакетов, называемых URB (USB Request Block) пакетами. Работа с регистрами USB контроллеров на материнской плате теперь стала уделом узкого круга специалистов – разработчиков материнских плат и операционных систем. Всем остальным разработчикам USB-устройств в операционной системе Windows предлагается достаточно развитый программный интерфейс WDM-драйверов, которые берут на себя все аппаратно-ориентированные операции.

Внутренняя организация шины USB

Все операции по передаче данных по шине USB инициируются хостом. Периферийные устройства не могут сами начать обмен данными, они могут только реагировать на команды хоста. Рассмотрим общую схему обмена данными по шине USB.

Читать еще:  Как заклеить порез на шине автомобиля

Система USB разделяется на три логических уровня с определенными правилами взаимодействия. Устройство USB содержит интерфейсную, логическую и функциональную части. Хост тоже делится на три части: интерфейсную, системную и программное обеспечение. Каждая часть отвечает только за определенный круг задач. Логическое и реальное взаимодействие между ними показано на рисунке 2.

Рис. 2. Взаимодействие компонентов USB

Таким образом, операция обмена данными между прикладной программой и шиной USB выполняется путем передачи буферов памяти через следующие уровни:

· уровень клиентского программного обеспечения в хосте – обычно представляется драйвером устройства USB, обеспечивает взаимодействие пользователя с операционной системой с одной стороны и системным драйвером с другой;

· уровень системного программного обеспечения USB в хосте (USBD, Universal Serial Bus Driver) – управляет нумерацией устройств на шине, управляет распределением пропускной способности шины и мощности питания, обрабатывает запросы пользовательских драйверов;

· хост-контроллер интерфейса шины USB (HCD, Host Controller Driver) – преобразует запросы ввода / вывода в структуры данных, по которым хост-контроллер выполняет физические транзакции, работает с регистрами хост-контроллера.

Уровень клиентского программного обеспечения определяет тип передачи данных, необходимый для выполнения затребованной прикладной программой операции. После определения типа передачи данных этот уровень передает системному уровню следующее:

– буфер памяти, называемый клиентским буфером;

– пакет IRP, указывающий тип необходимой операции. Непосредственной обработкой запроса занимается системный драйвер USB.

Уровень системного драйвера USB необходим для управления ресурсами USB. Он отвечает за выполнение следующих действий:

· распределение полосы пропускания шины USB;

· назначение логических адресов устройств каждому физическому USB-устройству;

Логическое устройство USB представляет собой набор независимых конечных точек, с которыми клиентское программное обеспечение обменивается информацией. Каждому логическому устройству USB назначается свой адрес, уникальный на данной шине USB. Каждая конечная точка логического устройства идентифицируется своим номером и направлением передачи (IN – передача к хосту, OUT – от хоста).

Транзакция на шине USB – это последовательность обмена пакетами между хостом и периферийным устройством, в ходе которой может быть передан или принят один пакет данных. Когда клиентское программное обеспечение передает IRP уровню системного драйвера, USB-драйвер преобразует их в одну или несколько транзакций шины и затем передает получившийся перечень транзакций драйверу контроллера хоста.

Системный драйвер USB состоит из драйвера USB и драйвера хост-контроллера. Когда клиентский уровень передает IRP уровню системного обеспечения USB, USB-драйвер преобразует их в одну или несколько транзакций шины и затем передает получившийся перечень транзакций драйверу контроллера хоста. Драйвер контроллера хоста принимает от системного драйвера шины перечень транзакций и выполняет следующие действия:

· планирует исполнение полученных транзакций, добавляя их к списку транзакций;

· извлекает из списка очередную транзакцию и передает ее уровню хост-контроллера интерфейса шины USB;

· отслеживает состояние каждой транзакции вплоть до ее завершения.

При выполнении всех связанных с командным пакетом транзакций системный уровень уведомляет об этом клиентский уровень.

Уровень хост-контроллера интерфейса шины USB получает отдельные транзакции от драйвера контроллера хоста (в составе уровня системного обеспечения USB) и преобразует их в соответствующую последовательность операций шины. В результате этого USB-пакеты передаются вдоль всей физической иерархии хабов до периферийного USB-устройства.

Нижний уровень периферийного USB-устройства называется уровнем интерфейса шины USB. Он взаимодействует с интерфейсным уровнем шины USB на стороне хоста и передает пакеты данных от хоста к периферийному устройству в формате, определяемом спецификацией USB. Затем он передает пакеты вверх – уровню логического USB-устройства.

Средний уровень периферийного устройства USB-устройства называется уровнем логического USB-устройства. Каждое логическое USB-устройство представляется набором своих конечных точек, с которыми может взаимодействовать системный уровень USB-хоста. Эти точки являются источниками и приемниками всех коммуникационных потоков между хостом и периферийными USB-устройствами.

Самый верхний уровень периферийного USB-устройства называется функциональным уровнем. Этот уровень соответствует уровню клиентского обеспечения хоста. С точки зрения клиентского уровня, нижележащие уровни нужны для организации между ним и конечными точками прямых «каналов данных», которые идут вплоть до функционального уровня. А с точки зрения нашей схемы функциональный уровень выполняет следующие действия:

· получает данные, посылаемые клиентским уровнем хоста из конечных точек каналов данных нижележащего уровня логического USB-устройства;

· посылает данные клиентскому уровню хоста, направляя их в конечные точки каналов данных нижележащего уровня логического USB-устройства.

Логически передача данных между конечной точкой и программным обеспечением производится с помощью выделения канала и обмена данными по этому каналу, а с точки зрения представленных уровней, передача данных выглядит следующим образом:

Рис. 3. Уровни передачи данных

Конечная точка (Endpoint) – это часть USB-устройства, которая имеет уникальный идентификатор и является получателем или отправителем информации, передаваемой по шине USB. Проще говоря, это буфер, сохраняющий несколько байт. Обычно это блок данных в памяти или регистр микроконтроллера. Данные, хранящиеся в конечной точке, могут быть либо принятыми данными, либо данными, ожидающими передачу. Хост также имеет буфер для приема и передачи данных, но хост не имеет конечных точек.

Конечная точка имеет следующие основные параметры:

· частота доступа к шине;

· допустимая величина задержки обслуживания;

· требуемая ширина полосы пропускания канала;

· номер конечной точки;

· способ обработки ошибок;

· максимальный размер пакета, который конечная точка может принимать или отправлять;

· используемый конечной точкой тип посылок;

Читать еще:  Как вести карточки учета шин

· направление передачи данных.

Любое USB-устройство имеет конечную точку с нулевым номером (Endpoint Zero). Эта точка позволяет хосту опрашивать устройство с целью определения его типа и параметров, выполнять инициализацию и конфигурирование устройства.

Кроме нулевой точки, устройства, обычно, имеют дополнительные конечные точки, которые используются для обмена данными с хостом. Дополнительные точки могут работать либо только на прием данных от хоста (входные точки, IN), либо только на передачу данных хосту (выходные точки, OUT).

Нулевая точка устройства доступна после того, как устройство подключено к шине, включено и получило сигнал сброса по шине (bus reset). Все остальные конечные точки после включения питания или сброса находятся в неопределенном состоянии и недоступны для работы до тех пор, пока хост не выполнит процедуру конфигурирования устройства.

Глава 5 Шины. Устройства сопряжения ПЭВМ. Видеоконтроллер

5.1. Системные шины ПЭВМ

Ранее, в разделе 2.1, уже были рассмотрены понятие «шина» и основные виды шин. Рассмотрим теперь более подробно их разновидности, используемые в качестве системных, обеспечивающих связь между МП и периферийными устройствами ПЭВМ.

Напомним, что шиной называется совокупность электрических проводников, обеспечивающих передачу данных в двоичном коде. Шины, передающие данные (исходные и результирующие), называются шинами данных, предназначенные для передачи номеров используемых ячеек памяти — шинами адресов (адресными шинами), а обеспечивающие передачу служебных импульсов — управляющими шинами. Совокупность всех этих шин иногда называют шиной расширения.

Все шины характеризуются разрядностью — количеством проводников в шине (п), по которым одновременно может быть передано двоичное число. Его максимальное значение определяется по формуле N = 2″.

Иногда при описании шин отдельно рассматривают соединительные линии и особенности передаваемых по ним сигналов. Описание последних часто называют протоколом. Как правило, шины и их протоколы не разделяют, и тогда часто используют термин интерфейсinterface» — «сопряжение») как обозначение совокупности проводников и сигналов, обеспечивающих обмен информацией между центральным процессором и периферийными устройствами ПЭВМ.

Передача информации по шине может быть последовательной и параллельной. При последовательной передаче все разряды двоичного числа передаются по одной двухпроводной линии друг за другом — по очереди. При параллельной — количество проводников шины равно или кратно разрядности передаваемых чисел, и соответствующие сигналы одновременно передаются по всем проводникам (разрядам) шины. Передача данных также может быть как одно-, так и двунаправленной, в последнем случае данные передаются как от МП к периферийному устройству, так и обратно.

Одной из основных характеристик шины является скорость передачи информации — количество информационных битов, передаваемых всеми разрядами шины за единицу времени (бит/с или bps«bit per second»). Учитывая, что в ПЭВМ для записи данных используются, как правило, восьмиразрядные числа, иногда в качестве единицы измерения скорости передачи используют байт/с. При параллельной передаче двоичные символы передаются одновременно всеми разрядами шины, поэтому скорость передачи информации можно вычислить как произведение разрядности шины и ее рабочей частоты. При последовательной передаче для обмена одной порцией данных требуется столько периодов колебания сигнала, проходящего по шине, сколько разрядов используется для записи одного числа (например, при восьмиразрядном представлении, которое обычно применяется в ПЭВМ, — восемь периодов). Иногда для повышения помехозащищенности данных (возможности их восстановления при сбоях) для каждого символа передается большее число разрядов, чем обычно. Поэтому при последовательном способе скорость передачи информации можно вычислить как отношение рабочей частоты шины к количеству двоичных разрядов, используемых для записи одного символа данных (обычно — байта).

Как последовательный, так и параллельный способы передачи имеют свои достоинства и недостатки. Например, достоинством параллельной передачи данных является ее повышенная скорость, обусловленная одновременной передачей нескольких разрядов двоичного числа. Однако при увеличении разрядности шины увеличивается и пространство, занимаемое ее проводниками, а значит, соединять каждое из периферийных устройств с МП с помощью отдельной такой шины становится затруднительным. Поэтому используется одновременное подключение к одной шине нескольких периферийных устройств. Но это вынуждает делать поочередной передачу данных для каждого из устройств и не только снижает реальную скорость обмена данными, но и создает сложности в распределении времени работы с отдельными устройствами. При таком обмене необходима жесткая синхронизация работы устройств, позволяющая не только указывать устройство, которому передаются данные, но и обеспечить их передачу именно ему, а не другому устройству, активирующемуся для работы следующим. Кроме того, большое количество проводников шины, необходимое для параллельной передачи многоразрядных данных, создает сложности для ее практической реализации.

При последовательной передаче данных между отдельными устройствами обычно создаются самостоятельные каналы, не требующие согласованности и поочередности работы подключенных устройств — все эти каналы могут работать одновременно. Конструктивно последовательная шина выполняется в виде одной (или двух) двухпроводных линий, что значительно проще для схемотехники и монтажа. Однако это единственный путь передачи данных, поэтому скорость обмена при этом существенно ниже, чем при параллельной по шине с такой же рабочей частотой. Последовательная передача, как правило, происходит порциями, состоящими из информационных и служебных импульсов. К последним относятся идентификационные импульсы (старт-стопо – вые — показывающие начало и окончание порции данных), импульсы, соответствующие контрольным разрядам для проверки записанных данных (например, на четность или нечетность), а также другие. Для последовательных шин иногда в качестве единицы измерения скорости передачи используют бод (бит/с), учитывающий количество переданных разрядов не только информационных, но и служебных импульсов.

Читать еще:  Как считается размер шин

Шины, соединяющие компьютер с внешними устройствами, называются внешними, а объединяющие составные части внутри компьютера — внутренними.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Что такое шина?
  • 2. Какие шины называются шинами адресов, данных и управляющими?
  • 3. Какими параметрами характеризуются шины?
  • 4. Укажите достоинства и недостатки параллельной и последовательной передачи данных?
  • 5. Какие шины называются внешними и внутренними?

Глава 5 Шины. Устройства сопряжения ПЭВМ. Видеоконтроллер

5.1. Системные шины ПЭВМ

Ранее, в разделе 2.1, уже были рассмотрены понятие «шина» и основные виды шин. Рассмотрим теперь более подробно их разновидности, используемые в качестве системных, обеспечивающих связь между МП и периферийными устройствами ПЭВМ.

Напомним, что шиной называется совокупность электрических проводников, обеспечивающих передачу данных в двоичном коде. Шины, передающие данные (исходные и результирующие), называются шинами данных, предназначенные для передачи номеров используемых ячеек памяти — шинами адресов (адресными шинами), а обеспечивающие передачу служебных импульсов — управляющими шинами. Совокупность всех этих шин иногда называют шиной расширения.

Все шины характеризуются разрядностью — количеством проводников в шине (п), по которым одновременно может быть передано двоичное число. Его максимальное значение определяется по формуле N = 2″.

Иногда при описании шин отдельно рассматривают соединительные линии и особенности передаваемых по ним сигналов. Описание последних часто называют протоколом. Как правило, шины и их протоколы не разделяют, и тогда часто используют термин интерфейсinterface» — «сопряжение») как обозначение совокупности проводников и сигналов, обеспечивающих обмен информацией между центральным процессором и периферийными устройствами ПЭВМ.

Передача информации по шине может быть последовательной и параллельной. При последовательной передаче все разряды двоичного числа передаются по одной двухпроводной линии друг за другом — по очереди. При параллельной — количество проводников шины равно или кратно разрядности передаваемых чисел, и соответствующие сигналы одновременно передаются по всем проводникам (разрядам) шины. Передача данных также может быть как одно-, так и двунаправленной, в последнем случае данные передаются как от МП к периферийному устройству, так и обратно.

Одной из основных характеристик шины является скорость передачи информации — количество информационных битов, передаваемых всеми разрядами шины за единицу времени (бит/с или bps«bit per second»). Учитывая, что в ПЭВМ для записи данных используются, как правило, восьмиразрядные числа, иногда в качестве единицы измерения скорости передачи используют байт/с. При параллельной передаче двоичные символы передаются одновременно всеми разрядами шины, поэтому скорость передачи информации можно вычислить как произведение разрядности шины и ее рабочей частоты. При последовательной передаче для обмена одной порцией данных требуется столько периодов колебания сигнала, проходящего по шине, сколько разрядов используется для записи одного числа (например, при восьмиразрядном представлении, которое обычно применяется в ПЭВМ, — восемь периодов). Иногда для повышения помехозащищенности данных (возможности их восстановления при сбоях) для каждого символа передается большее число разрядов, чем обычно. Поэтому при последовательном способе скорость передачи информации можно вычислить как отношение рабочей частоты шины к количеству двоичных разрядов, используемых для записи одного символа данных (обычно — байта).

Как последовательный, так и параллельный способы передачи имеют свои достоинства и недостатки. Например, достоинством параллельной передачи данных является ее повышенная скорость, обусловленная одновременной передачей нескольких разрядов двоичного числа. Однако при увеличении разрядности шины увеличивается и пространство, занимаемое ее проводниками, а значит, соединять каждое из периферийных устройств с МП с помощью отдельной такой шины становится затруднительным. Поэтому используется одновременное подключение к одной шине нескольких периферийных устройств. Но это вынуждает делать поочередной передачу данных для каждого из устройств и не только снижает реальную скорость обмена данными, но и создает сложности в распределении времени работы с отдельными устройствами. При таком обмене необходима жесткая синхронизация работы устройств, позволяющая не только указывать устройство, которому передаются данные, но и обеспечить их передачу именно ему, а не другому устройству, активирующемуся для работы следующим. Кроме того, большое количество проводников шины, необходимое для параллельной передачи многоразрядных данных, создает сложности для ее практической реализации.

При последовательной передаче данных между отдельными устройствами обычно создаются самостоятельные каналы, не требующие согласованности и поочередности работы подключенных устройств — все эти каналы могут работать одновременно. Конструктивно последовательная шина выполняется в виде одной (или двух) двухпроводных линий, что значительно проще для схемотехники и монтажа. Однако это единственный путь передачи данных, поэтому скорость обмена при этом существенно ниже, чем при параллельной по шине с такой же рабочей частотой. Последовательная передача, как правило, происходит порциями, состоящими из информационных и служебных импульсов. К последним относятся идентификационные импульсы (старт-стопо – вые — показывающие начало и окончание порции данных), импульсы, соответствующие контрольным разрядам для проверки записанных данных (например, на четность или нечетность), а также другие. Для последовательных шин иногда в качестве единицы измерения скорости передачи используют бод (бит/с), учитывающий количество переданных разрядов не только информационных, но и служебных импульсов.

Шины, соединяющие компьютер с внешними устройствами, называются внешними, а объединяющие составные части внутри компьютера — внутренними.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Что такое шина?
  • 2. Какие шины называются шинами адресов, данных и управляющими?
  • 3. Какими параметрами характеризуются шины?
  • 4. Укажите достоинства и недостатки параллельной и последовательной передачи данных?
  • 5. Какие шины называются внешними и внутренними?
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector