Основні шини комп`ютера

Комп`ютер складається з безлічі різних компонентів, це центральний процесор, пам`ять, жорсткий диск, а також величезна кількість додаткових і зовнішніх пристроїв, таких як екран, мишка клавіатура, підключаються флешки і так далі. Всім цим повинен управляти процесор, передавати і отримувати дані, відправляти сигнали, змінювати стан.

Для реалізації цієї взаємодії всі пристрої комп`ютера пов`язані між собою і з процесором через шини. Шина - це спільний шлях, по якому інформація передається від одного компонента до іншого. У цій статті ми розглянемо основні шини комп`ютера, їх типи, а також для з`єднання яких пристроїв вони використовуються і навіщо це потрібно.

Що таке шина комп`ютера

Як я вже сказав - шина - це пристрій, який дозволяє зв`язати між собою кілька компонентів комп`ютера. Але до однієї шині можуть бути підключені декілька пристроїв і у кожної шини є свій набір слотів для підключення кабелів або карт.

Фактично, шина - це набір електричних проводів, зібраних в пучок, серед них є дроти живлення, а також сигнальні дроти для передачі даних. Шини також можуть бути зроблені не у вигляді зовнішніх проводів, а вмонтовані в схему материнської плати.

За способом передачі даних шини діляться на послідовні і паралельні. Послідовні шини передають дані по одному провіднику, один біт за один раз, в паралельних шинах передача даних розділена між кількома провідниками і тому можна передати більшу кількість даних.

Види системних шин

Всі шини комп`ютера можна розділити за їх призначенням на кілька типів. Ось вони:

• Шини даних - всі шини, які використовуються для передачі даних між процесором комп`ютера і периферією. Для передачі можуть використовуватися як послідовний, так і паралельний методи, можна передавати від одного до восьми біт за один раз. За розміром даних, які можна передати за один раз такі шини діляться на 8, 16, 32 і навіть 64 бітні;
• адресні шини - пов`язані з певними ділянками процесора і дозволяють записувати і читати дані з оперативної пам`яті;
• Шини харчування - ці шини живлять електрикою різні, підключені до них пристрої;
• шина таймера - ця шина передає системний тактовий сигнал для синхронізації периферійних пристроїв, підключених до комп`ютера;
• шина розширень - дозволяє підключати додаткові компоненти, такі як звукові або ТВ карти;

У той же час, всі шини можна розділити на два типи. Це системні шини або внутрішні шини комп`ютера, за допомогою яких процесор з`єднується з основними компонентами комп`ютера на материнській платі, такими як пам`ять. Другий вид - це шини введення / виводу, які призначені для підключення різних периферійних пристроїв. Ці шини підключаються до системної шини через міст, який реалізований у вигляді мікросхем процесора.

Також до шин введення / виводу підключається шина розширень. Саме до цих шинам підключаються такі компоненти комп`ютера, як мережева карта, відеокарта, звукова карта, жорсткий диск та інші їх ми більш детально розглянемо в цій статті.

Ось найбільш поширені типи шин в комп`ютері для розширень:

• 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 (також відома як PC bus);
• AGP - Accelerated Graphics Port;
• SCSI - Small Computer Systems Interface.

А тепер давайте більш детально розберемо всі ці шини персональних комп`ютерів.

шина ISA

Раніше це був найбільш поширений тип шини розширення. Він був розроблений компанією IBM для використання в комп`ютері IBM PC-XT. Ця шина мала розрядність 8 біт. Це означає що можна було передавати 8 біт або один байт за один раз. Шина працювала з тактовою частотою 4,77 МГц.

Для процесора 80286 на базі IBM PC-AT була зроблена модифікація конструкції шини, і тепер вона могла передавати 16 біт даних за раз. Іноді 16 бітну версію шини ISA називають AT.

З інших удосконалень цієї шини можна відзначити використання 24 адресних ліній, що дозволяло адресувати 16 мегабайт пам`яті. Ця шина мала зворотну сумісність з 8 бітним варіантом, тому тут можна було використовувати всі старі карти. Перша версія шини працювала на частоті процесора - 4,77 МГц, у другій реалізації частота була збільшена до 8 МГц.

шина MCA

Компанія IBM розробила цю шину в якості заміни для ISA, для комп`ютера PS / 2, який вийшов в 1987 році. Шина отримала ще більше удосконалень у порівнянні з ISA. Наприклад, була збільшена частота до 10 МГц, а це призвело до збільшення швидкості, а також шина могла передавати 16 або 32 біт даних за раз.

Також була додана технологія Bus Mastering. На платі кожного розширення містився міні-процесор, ці процесори контролювали більшу частину процесів передачі даних звільняючи ресурси центрального процесора.

Одним з переваг цієї шини було те, що пристрої, які підключаються мали своє програмне забезпечення, а це значить що потрібно мінімальне втручання користувача для налаштування. Шина MCA вже не підтримувала карти ISA і IBM вирішила брати гроші від інших виробників за використання цієї технології, це зробило її непопулярною з нині вона ніде не використовується.

шина EISA

Ця шина була розроблена групою виробників в якості альтернативи для MCA. Шина була пристосована для передачі даних по 32 битному каналу з можливістю доступу до 4 Гб пам`яті. Подібно MCA для кожної карти використовувався процесор, і була можливість встановити драйвера за допомогою диска. Але шина все ще працювала на частоті 8 МГц для підтримки карт ISA.

Слоти EISA в два рази глибше ніж ISA, якщо вставляється карта ISA, то вона використовує тільки верхній ряд роз`ємів, а EISA використовує всі роз`єми. Карти EISA були дорогими і використовувалися зазвичай на серверах.

шина VESA

Шина VESA була розроблена для стандартизації способів передачі відеосигналу і вирішити проблему спроб кожного виробника придумати свою шину.

Шина VESA має 32 бітний канал передачі даних і може працювати на частоті 25 і 33 МГц. Вона працювала на тій же тактовій частоті, що і центральний процесор. Але це стало проблемою, частота процесора збільшується і повинна була зростати швидкість відеокарт, а чим швидше периферійні пристрої, тим вони дорожче. Через цієї проблеми шина VESA згодом була замінена на PCI.

Слоти VESA мали додаткові набори роз`ємів, а тому самі карти були великими. Проте зберігалася сумісність з ISA.

шина PCI

Peripheral Component Interconnect (PCI) - це найновіша розробка в області шин розширень. Вона є поточному стандартом для карт розширень персональних комп`ютерів. Intel розробила цю технологію в 1993 році для процесора Pentium. За допомогою цієї шини з`єднується процесор з пам`яттю і іншими периферійними пристроями.

PCI підтримує передачу 32 і 64 розрядних даних, кількість переданих даних одно розрядності процесора, 32 бітний процесор буде використовувати 32 бітну шину, а 64 бітний - 64 бітну. Працює шина на частоті 33 МГц.

У PCI можна використовувати технологію Plug and Play (PnP). Всі карти PCI підтримують PnP. Це означає, що користувач може підключити нову карту, включити комп`ютер і вона буде автоматично розпізнає і налаштована.

Також тут підтримується керування шиною, є деякі можливості обробки даних, тому процесор витрачає менше часу на їх обробку. Більшість PCI карт працюють на напрузі 5 Вольт, але є карти, яким потрібно 3 Вольта.

шина AGP

Необхідність передачі відео високої якості з великою швидкістю привела до розробки AGP. Accelerated Graphics Port (AGP) підключається до процесора і працює зі швидкістю шини процесора. Це означає, що відеосигнали будуть набагато швидше передаватися на відеокарту для обробки.

AGP використовує оперативну пам`ять комп`ютера для зберігання 3D зображень. По суті, це дає відеокарті необмежений обсяг відеопам`яті. Щоб прискорити передачу даних Intel розробила AGP як прямий шлях передачі даних в пам`ять. Діапазон швидкостей передачі - 264 Мбіт до 1,5 Гбіт.

PCI-Express

Це модифікована версія стандарту PCI, яка вийшла в 2002 році. Особливість цієї шини в тому що замість паралельного підключення всіх пристроїв до шини використовується підключення точка-точка, між двома пристроями. Таких підключень може бути до 16.

Це дає максимальну швидкість передачі даних. Також новий стандарт підтримує гарячу заміну пристроїв під час роботи комп`ютера.

PC Card

Шина Personal Computer Memory Card Industry Association (PCICIA) була створена для стандартизації шин передачі даних в портативних комп`ютерах.

шина SCSI

Шина SCSI була розроблена М. Шугарта і стандартизована в 1986 році. Ця шина використовується для підключення різних пристроїв для зберігання даних, таких як жорсткі диски, DVD приводи і так далі, а також принтери і сканери. Метою цього стандарту було забезпечити єдиний інтерфейс для управління всіма пристроями, що запам`ятовують на максимальній швидкості.

шина USB

Це стандарт зовнішньої шини, який підтримує швидкість передачі даних до 12 Мбіт / сек. Один порт USB (Universal Serial Bus) дозволяє підключити до 127 периферійних пристроїв, таких як миші, модеми, клавіатури, і інші пристрої USB. Також підтримується гаряче видалення і вставка обладнання. На даний момент існують такі зовнішні шини комп`ютера USB, це USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1 і USB Type-C.

USB 1.0 був випущений в 1996 році і підтримував швидкість передачі даних до 1,5 Мбіт / сек. Стандарт USB 1.1 вже підтримував швидкість 12 Мбіт / сек для таких пристроїв, як жорсткі диски.

Більш нова специфікація - USB 2.0 з`явилася в 2002 році. Швидкість передачі даних зросла до 480 Мбіт / сек, а це в 40 разів швидше ніж раніше.

USB 3.0 з`явився в 2008 році і підняв стандарт швидкості ще вище, тепер дані можуть передаватися зі швидкістю 5 Гбіт / сек. Також було збільшено кількість пристроїв, які можна живити від одного порту. USB 3.1 був випущений в 2013 і тут вже підтримувалася швидкість до 10 Гбіт / с. Також для цієї версії був розроблений компактний роз`єм Type-C, до якого коннектор може підключатися будь-якою стороною.

висновки

У цій статті ми розглянули основні шини комп`ютера, історію їх розвитку, призначення шин комп`ютера, їх типи і види. Сподіваюся ця стаття була для вас корисною і ви дізналися багато нового.

На завершення невелике відео про шини і інтерфейси комп`ютера: