Модуль 2. 4 страница

§ Часть устройств умеет передавать данные только по одному байту последовательно (символьные устройства), а часть устройств умеет передавать блок байт как единое целое (блочные устройства).

§ Существуют устройства, предназначенные только для ввода информации, устройства, предназначенные только для вывода информации, и устройства, которые могут совершать и ввод, и вывод.

В даний час|нині| кожен комп'ютер має безліч вбудованих інтерфейсів для підключення периферійних пристроїв|устроїв|. У цьому списку можна відзначити послідовні і паралельний порти, роз'єми клавіатури і миші і ін.

У обчислювальній системі, що складається з безлічі підсистем, необхідний механізм для їх взаємодії. Ці підсистеми винні швидко і ефективно обмінюватися даними. Наприклад, процесор, з одного боку, повинен бути пов'язаний з пам'яттю, з іншого боку, необхідний зв'язок процесора з|із| пристроями|устроями| введення/виводу|висновку,виведення|. Одним з простих механізмів, що дозволяють організувати взаємодію різних підсистем, є|з'являється,являється| єдина центральна шина, до якої під'єднуються всі підсистеми. Доступ до такої шини розділяється між всіма підсистемами. Подібна організація має дві основні переваги: низька вартість і універсальність. Оскільки така шина є|з'являється,являється| єдиним місцем під'єднування для різних пристроїв|устроїв|, нові пристрої|устрої| можуть бути легко додані|добавляти|, і одні і ті ж периферійні пристрої|устрої| можна навіть застосовувати в різних обчислювальних системах, що використовують однотипну шину. Вартість такої організації виходить достатньо|досить| низькою, оскільки для реалізації безлічі шляхів|колій,доріг| передачі інформації використовується єдиний набір ліній шини, що розділяється безліччю пристроїв|устроїв|.

Головним недоліком|нестачею| організації з|із| єдиною шиною є|з'являється,являється| те, що шина створює вузьке горло, обмежуючи, можливо, максимальну пропускну спроможність введення/виводу|висновку,виведення|.

Традиційно шини діляться на шини, що забезпечують організацію зв'язку процесора з|із| пам'яттю, і шини введення/виводу|висновку,виведення|. Шини введення/виводу|висновку,виведення| можуть мати велику протяжність, підтримувати під'єднування багатьох типів пристроїв|устроїв|, і зазвичай|звично| слідують|прямують| одному з шинних стандартів. Шини процесор-пам'ять, з іншого боку, порівняно короткі, зазвичай|звично| високошвидкісні і відповідають організації системи пам'яті для забезпечення максимальної пропускної спроможності каналу пам'ять-процесор. На етапі розробки системи, для шини процесор-пам'ять заздалегідь|наперед| відомі всі типи і параметри пристроїв|устроїв|, які повинні з'єднуватися між собою, тоді як розробник шини введення/виводу|висновку,виведення| повинен мати справу|річ| з|із| пристроями|устроями|, що розрізняються по затримці і пропускній спроможності.

Як вже було відмічено, з метою зниження вартості деякі комп'ютери мають єдину шину для пам'яті і пристроїв|устроїв| введення/виводу|висновку,виведення|. Така шина часто називається системною. Персональні комп'ютери, як правило, будуються на основі однієї системної шини в стандартах ISA|, EISA| або MCA|. Необхідність збереження|зберігання| балансу продуктивності у міру зростання|зросту| швидкодії мікропроцесорів привела до дворівневої організації шин в персональних комп'ютерах на основі локальної шини. Локальною шиною називається шина, що електрично виходить безпосередньо на контакти мікропроцесора. Вона зазвичай|звично| об'єднує процесор, пам'ять, схеми буферизації для системної шини і її контролер, а також деякі допоміжні схеми. Типовими прикладами|зразками| локальних шин є|з'являються,являються| VL-Bus| і PCI|.

Розробка шини пов'язана з реалізацією ряду|лави,низки| додаткових можливостей|спроможностей| Вирішення про вибір тієї або іншої можливості|спроможності| залежить від цільових параметрів вартості і продуктивності. Перші три можливості|спроможності| є|з'являються,являються| очевидними: роздільні лінії адреси і даних, ширші (що мають велику розрядність) шини даних і режим групових пересилок (пересилки декількох слів) дають збільшення продуктивності за рахунок збільшення вартості.

Наступний|такий| термін - кількість головних пристроїв|устроїв| шини (bus| master|). Головний пристрій|устрій| шини - це пристрій|устрій|, який може ініціювати транзакції читання або запису. ЦП, наприклад, завжди є|з'являється,являється| головним пристроєм|устроєм| шини. Шина має декілька головних пристроїв|устрої|, якщо є|наявний| декілька ЦП або коли пристрої|устрої| введення/виводу|висновку,виведення| можуть ініціювати транзакції на шині. Якщо є|наявний| декілька таких пристроїв|устроїв|, то потрібна схема арбітражу, щоб|аби| вирішити|рішати,розв'язати|, хто|КТО| наступний|слідуючий| захопить шину. Арбітраж часто заснований або на схемі з|із| фіксованим пріоритетом, або на "справедливішій" схемі, яка випадковим чином вибирає, який головний пристрій|устрій| захопить шину.

В даний час|нині| використовуються два типи шин, комутації, що відрізняються способом: шини з|із| комутацією ланцюгів|цепів| (circuit-switched| bus|) і шини з|із| комутацією пакетів (packet-switched| bus|), що отримали|одержували| свої назви по аналогії із способами комутації в мережах|сітях| передачі даних. Шина з|із| комутацією пакетів за наявності декількох головних пристроїв|устроїв| шини забезпечує значно велику пропускну спроможність в порівнянні з шиною з|із| комутацією ланцюгів|цепів| за рахунок розділення|поділу| транзакції на дві логічні частини|частки|: запиту шини і відповіді. Така методика отримала|одержувала| назву "розщеплювання" транзакцій (split| transaction|). (У деяких системах така можливість|спроможність| називається шиною з'єднання|сполучення,сполуки|/роз'єднання (connect/disconnect) або конвеєрною шиною (pipelined| bus|). Транзакція читання розбивається на транзакцію запиту читання, яка містить|утримує| адресу, і транзакцію відповіді пам'яті, яка містить|утримує| дані. Кожна транзакція тепер повинна бути помічена|позначити| (тегирована|) відповідним чином, щоб|аби| ЦП і пам'ять могли повідомити що є що.

Шина з|із| комутацією ланцюгів|цепів| не робить|чинить| розщеплювання транзакцій, будь-яка транзакція на ній є неподільна|неділима| операція. Головний пристрій|устрій| запрошує шину, після|потім| арбітражу поміщає на неї адресу і блокує шину до закінчення обслуговування запиту. Велика частина|частка| цього часу обслуговування при цьому витрачається не на виконання операцій на шині (наприклад, на затримку вибірки з пам'яті). Таким чином, в шинах з|із| комутацією ланцюгів|цепів| це час просто втрачається|розгублює|. Розщеплені транзакції роблять|чинять| шину доступною для інших головних пристроїв|устроїв| поки пам'ять читає слово за запитаною|запросити| адресою. Це, правда, також означає, що ЦП повинен боротися за шину для посилки|посилання| даних, а пам'ять повинна боротися за шину, щоб|аби| повернути дані. Таким чином, шина з|із| розщеплюванням транзакцій має вищу пропускну спроможність, але|та| зазвичай|звично| вона має і велику затримку, чим шина, яка захоплюється на весь час виконання транзакції. Транзакція називається розщепленою, оскільки довільну кількість інших пакетів або транзакцій можуть використовувати шину між запитом і відповіддю.

Останнє питання пов'язане з вибором типу|типа| синхронізації і визначає чи є|з'являється,являється| шина синхронною|синхрон| або асинхронною. Якщо шина синхронна|синхрон|, то вона включає сигнали синхронізації, які передаються по лініях управління шини, і фіксований протокол, що визначає розташування сигналів адреси і даних щодо|відносно| сигналів синхронізації. Оскільки практично ніякої|жодної| додаткової логіки не потрібна для того, щоб вирішити|рішати,розв'язати|, що робити|чинити| в наступний|такий| момент часу, ці шини можуть бути і швидкими, і дешевими. Проте|однак| вони мають два головні недоліки|нестачі|. Все на шині повинно відбуватися|походити| з|із| однією і тією ж частотою синхронізації, тому із-за проблеми перекосу синхросигналов|, синхронні|синхрон| шини не можуть бути довгими. Зазвичай|звично| шини процесор-пам'ять синхронні|синхрон|.

Таблиця 1. Основні можливості|спроможності| шин

Можливість|спроможність|	Висока продуктивність	Низька вартість
Загальна|спільна| розрядність шини	Окремі лінії адреси і даних	Мультиплексування ліній адреси і даних
Ширина (разрядність|) даних	Чим ширше, тим швидше (наприклад, 32 битий)	Чим вже, тим дешевше (наприклад, 8 битий)
Розмір пересилки	Пересилка декількох слів має менші накладні витрати	Пересилка одного слова дешевша
Головні пристрої|устрої| шини	Декілька (потрібний арбітраж)	Одне (арбітраж не потрібний)
Розщеплені транзакції?	Так|та| - окремі пакети Запиту і Відповіді дають велику смугу пропускання (потрібно декілька головних пристроїв|устрої|)	Немає - з'єднання|сполучення,сполука|, що продовжується|триває|, дешевше і має меншу затримку
Тип синхронізації	Синхронні|синхрон|	Асинхронні

Асинхронна шина, з іншого боку, не тактується. Замість цього зазвичай|звично| використовується старт-стопний режим передачі і протокол "рукостискання" (handshaking|) між джерелом і приймачем даних на шині. Ця схема дозволяє набагато простіше пристосувати широку різноманітність пристроїв|устроїв| і подовжити шину без неспокою|занепокоєння| про перекіс сигналів синхронізації і про систему синхронізації. Якщо може використовуватися синхронна|синхрон| шина, то вона зазвичай|звично| швидше, ніж асинхронна, через відсутність накладних витрат на синхронізацію шини для кожної транзакції. Вибір типу|типа| шини (синхронною|синхрон| або асинхронною) визначає не тільки|не лише,не те що| пропускну спроможність, але також безпосередньо впливає на ємкість|місткість| системи введення/виводу|висновку,виведення| в термінах фізичної відстані і кількості пристроїв|устроїв|, які можуть бути приєднані до шини. Асинхронні шини у міру зміни технології краще масштабуються|масштабують|. Шини введення/виводу|висновку,виведення| зазвичай|звично| асинхронні.

Системну шину можна спрощено представити|уявляти| як сукупність сигнальних ліній, об'єднаних|з'єднаних| по їх призначенню (дані, адреси, управління), які також мають цілком|сповна| певні електричні характеристики і протоколи передачі інформації. Основним обов'язком системної шини є|з'являється,являється| передача інформації між процесором (або процесорами) і рештою електронних компонентів комп'ютера. По цій шині здійснюється не тільки|не лише| передача інформації, але і адресація пристроїв|устроїв|, а також відбувається|походить| обмін спеціальними службовими сигналами. Використовувані в даний час|нині| шини відрізняються по розрядності, способу передачі сигналу (послідовні або паралельні), пропускній спроможності, кількості і типу|типові| підтримуваних пристроїв|устроїв|, а також протоколу роботи. Як правило, шини ПК можна представити|уявляти| у вигляді якоїсь|деякої| ієрархічної структури - шинної архітектури. Особливістю сучасних ПК є|з'являється,являється| наявність шини ISA|, успадкованої від найперших моделей IBM| РС. Окрім|крім| неї, в ПК застосовуються шини EISA|, MCA|, VLB|, PCI|, AGP|.

Якщо обмін інформацією ведеться між периферійним пристроєм|устроєм| і контроллером, то лінія передачі даних, що сполучає|з'єднує| їх, називається інтерфейсом передачі даних, або просто інтерфейсом. Серед вживаних в сучасних і перспективних ПК інтерфейсів можна відзначити EIDE|, SCSI|, SSA| і Fibre| Channel|, USB|, FireWire| (IEEE| 1394) і DeviceBay|.

Серед інтерфейсів передачі даних осібно|окремо| коштують порти введення/виводу|висновку,виведення|, що використовуються для підключення низькошвидкісних периферійних пристроїв|устроїв|: послідовний порт (COM|), паралельний порт (LPT|), ігровий порт/MIDI порт і інфрачервоний порт (IRDA|).