рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Последовательные и параллельные шины

Последовательные и параллельные шины - раздел Архитектура, Шестнадцатеричное представление чисел 3 По Способу Передачи Сигнала Все Шины Можно Разделить На Последователь...

По способу передачи сигнала все шины можно разделить на последовательные и параллельные.

Основным отличием параллельных шин от последовательных является сам способ передачи данных. Параллельные шины можно рассматривать как совокупность сигнальных линий (можно сказать что просто проводников), объединённых по их назначению (данные, адреса, управление), которые имеют определённые электрические характеристики и протоколы передачи информации. Группы этих сигнальных линий также называются шинами:

- Линии для обмена данными (шина данных);

- Линии для адресации данных (шина адреса);

- Линии для управления данными (шина управления);

Для каждой из этих шин вводится понятие ширины. В параллельных шинах понятие «ширина шины» соответствует её разрядности – количеству сигнальных линий, или, другими словами, количеству одновременно передаваемых («выставляемых на шину») битов информации. Сигнал на каждой линии может принимать два значения 0 и 1 (линия с двумя состояниями). Сигналом для старта и завершения цикла приёма/передачи данных служит внешний синхросигнал.

Для передачи в шине может использоваться положительная логика или отрицательная логика. При положительной логике высокий уровень напряжения соответствует логической единице на соответствующей линии связи, низкий – логическому нулю. При отрицательной логике – наоборот.

На рис … показана в приближенном виде передача данных по шине шириной 8 разрядов (т.е. шина имеет 8 линий для передачи данных и одну для синхросигнала). Понятно, что за один цикл по 8-разрядной шине может передаваться один байт.

Проблема параллельных шин в том, что каждая линия такой шины имеет свою длину, свою паразитную ёмкость и индуктивность, а также взамоиндуктивность. При параллельной передаче байты мешают друг другу вследствие наличия взаимоиндуктивности, поэтому вероятность ошибок увеличивается, чем ограничивается частота шины.

Помимо линий (проводников) важным компонентом шины является контроллер шины,который осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхема либо интегрируется в микросхемы Chipset. Для работы контроллера шины нужен внешний синхронизирующий сигнал (тактовая частота), который вырабатывается опорным генератором.

Еще раз обсудим особенности каждой из видов шин (линий), перечисленных выше.

Шина данных – это основная шина, по которой собственно и происходит передача информации. Количество ее разрядов (линий связи) определяет скорость и эффективность информационного обмена. Скорость передачи данных (она же пропускная способность) высчитывается по формуле:

скорость передачи данных = тактовая частота * разрядность * [2..4]

Полученное число не является реальным. В жизни на шины влияет куча всевозможных факторов: неэффективная проводимость материалов, помехи, недостатки конструкции и сборки а также многое другое. По некоторым данным, разность между теоретической скоростью передачи данных и практической может составлять до 25%.

                             
    Будет передано
                             
   
                             
           
                             
           
                             
           
                             
           
                             
           
                             
           
                             
                             
Синхросигнал                            
                             
                             
Рисунок Работа параллельной шины, сигналы на линии данных

 

Шина данных всегда двунаправленная, так как предполагает передачу информации в обоих направлениях.

Шина адреса — вторая по важности шина, которая определяет максимально возможную сложность микропроцессорной системы, то есть допустимый объем памяти и, следовательно, максимально возможный размер программы и максимально возможный объем запоминаемых данных. Количество адресов, обеспечиваемых шиной адреса, определяется как N =2I , где I, – количество разрядов. Разрядность шины адреса обычно кратна 4 и может достигать 64. Шина адреса может быть однонаправленной (когда магистралью всегда управляет только процессор) или двунаправленной (когда процессор может временно передавать управление магистралью другому устройству).

Для снижения общего количества линий связи магистрали часто применяется мультиплексирование шин адреса и данных. То есть одни и те же линии связи используются в разные моменты времени для передачи как адреса, так и данных (в начале — адрес, потом — данные). Понятно, что мультиплексированная шина адреса/данных обеспечивает меньшую скорость обмена. Иногда в шинах применяется частичное мультиплексирование, то есть часть разрядов данных передается по немультиплексированным линиям, а другая часть — по мультиплексированным с адресом линиям.

Шина управления — это вспомогательная шина, управляющие сигналы на которой обеспечивают согласование работы процессора (или другого хозяина магистрали, задатчика, master) с работой памяти или устройства ввода/вывода (устройства-исполнителя, slave).

Для успешной передачи данных не достаточно установить их на шине данных и задать адрес на шине адреса. Для того чтобы данные были записаны (считаны) в регистре устройств, подключенных к шине, адреса которых указаны на шине адреса, необходим ряд служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передачи данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания, управления и др. Все эти сигналы передаются по шине управления.

Управляющие сигналы также обслуживают запрос и предоставление прерываний, запрос и предоставление прямого доступа.

 

Самые главные управляющие сигналы — это стробы обмена, то есть сигналы, формируемые процессором и определяющие моменты времени, в которые производится пересылка данных по шине данных, обмен данными.

- Строб записи (вывода), который определяет момент времени, когда устройство-исполнитель может принимать данные, выставленные процессором на шину данных;

- Строб чтения (ввода), который определяет момент времени, когда устройство-исполнитель должно выдать на шину данных код данных, который будет прочитан процессором.

При этом большое значение имеет то, как процессор заканчивает обмен в пределах цикла, в какой момент он снимает свой строб обмена. Возможны два пути решения, синхронный и асинхронный обмен, (рис. ….) соответственно, шины также делятся на синхронные и асинхронные:

- При синхронном обмене процессор заканчивает обмен данными самостоятельно, через раз и навсегда установленный временной интервал выдержки (tвыд), то есть без учета интересов устройства-исполнителя;

- При асинхронном обмене процессор заканчивает обмен только тогда, когда устройство-исполнитель подтверждает выполнение операции специальным сигналом (так называемый режим handshake — рукопожатие).

Достоинства синхронного обмена – более простой протокол обмена, меньшее количество управляющих сигналов. Недостатки — отсутствие гарантии, что исполнитель выполнил требуемую операцию, а также высокие требования к быстродействию исполнителя, при синхронном обмене приходится искусственно увеличивать длительность строба обмена для соответствия требованиям большего числа исполнителей, чтобы они успевали обмениваться информацией в темпе процессора.

Рисунок Синхронный и асинхронный обмен.

Достоинства асинхронного обмена — более надежная пересылка данных, возможность работы с самыми разными по быстродействию исполнителями. Недостаток — необходимость формирования сигнала подтверждения всеми исполнителями, то есть дополнительные аппаратурные затраты.

Линии шины управления могут быть как однонаправленными, так и двунаправленными.

В последовательных шинах используется одна сигнальная линия (возможно использование двух отдельных каналов для разделения потоков приёма-передачи). Соответственно, информационные биты здесь передаются последовательно. Данные для передачи через последовательную шину облекаются в пакеты (пакет – единица информации, передаваемая как целое между двумя устройствами), в которые, помимо собственно полезных данных, включается некоторое количество служебной информации: старт-биты, заголовки пакетов, синхросигналы, биты чётности или контрольные суммы, стоп-биты и т. п.

В качестве примера приведем описание обмена для последовательного интерфейса RS-232.

Данные передаются пакетами по одному байту (8 бит). Вначале передаётся стартовый бит, противоположной полярности состоянию незанятой линии, после чего передаётся непосредственно кадр полезной информации – 8 бит. Увидев стартовый бит, приемник выжидает интервал T1 и считывает первый бит, потом через интервалы T2 считывает остальные информационные биты. Последний бит — стоповый бит, говорящий о том, что передача завершена. Очень важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми, допустимое расхождение - не более 10%.

Рисунок Работа последовательной шины, формат данных RS-232

Последовательные шины – не обязательно значит «однобитные», здесь возможны и 2, и 8, и 32 бит ширины при сохранении присущей последовательным шинам пакетной передачи данных, то есть в пакете импульсов данные, адрес, другая служебная информация разделены на логическом уровне.

Последовательные шины часто используют более чем два состояния линии (иногда дополнительные состояния используют для служебной информации).

Малое количество сигнальных линий и логически более сложный механизм передачи данных последовательных шин оборачиваются для них существенным преимуществом – возможностью наращивания рабочих частот. Последовательный способ передачи имеет преимущество перед параллельным если длина линии превышает хотя бы несколько сантиметров.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Шестнадцатеричное представление чисел 3

Системы счисления.. двоичное представление чисел.. шестнадцатеричное представление чисел..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Последовательные и параллельные шины

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Двоичное представление чисел
Все компьютеры используют для хранения информации двоичную систему. Это значит, что каждый элемент хранимой информации может иметь только два состояния. Эти состояния обозначаются как «включен» и «

Шестнадцатеричное представление чисел
Шестнадцатеричное представление чисел – это система исчисления по основанию 16. Каждая цифра в числе может иметь значение от 0 до 15. Каждый разряд в числе является степенью 16. Шестнадцатеричное п

Перевод в десятичную систему из двоичной или шестнадцатеричной
Перевод в десятичную систему числа x, записанного в q-ичной cистеме счисления (q = 2 или 16) сводится к вычислению значения многочлена x = an*qn + an-1*q

Перевод целых чисел из десятичной системы в двоичную или шестнадцатеричную
Для перевода целого десятичного числа N в систему счисления с основанием q необходимо N разделить с остатком (нацело) на q, записанное в той же десятичной системе. Затем неполное частное, полученно

Перевод чисел из двоичной системы в шестнадцатеричную и из шестнадцатеричной системы в двоичную
Чтобы перевести число из двоичной системы в шестнадцатеричную, его нужно разбить на тетрады и каждую такую группу заменить соответствующей шестнадцатеричной цифрой. Покажем это преобразование на пр

Представление целых чисел со знаком
Для представления как положительных так и отрицательных чисел используется так называемый дополнительный код –наиболее распространенный способ представления отрицательных целых чис

Представление целых чисел
Целые числа могут представляться в компьютере со знаком или без знака. Целые числа без знака обычно занимают в памяти один или два байта и принимают в однобайтовом формате значения от 0000

Представление вещественных чисел
Вещественные числа в компьютерах различных типов записываются по-разному. При этом компьютер обычно предоставляет программисту возможность выбора из нескольких числовых форматов наиболее подходящег

Архитектура компьютера и принципы его работы, сведения общего характера
Термин «архитектура» используется для описания принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов ЭВМ. Архитектура – это многоуровневая иерархия аппаратно-программных

Принципы фон Неймана
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом еще в 1945 г. 1. Принцип программного управления

Упрощенная архитектура компьютера
В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип подразумевает организацию компьютера на основе функциональных мо

Система команд
Система команд (язык) это конкретной вычислительной машины (машинный язык), который интерпретируется непосредственно микропроцессором. «Слова» машинного языка называются машинными

For ia := 0 to 4 do
ib := ib + ia; end;      

Упрощенная внутренняя структура процессора
Упрощенно структуру микропроцессора можно представить в следующем виде (Рис. …).  

Предварительные сведенья о шинах
Еще раз остановимся на магистрали связывающей в нашей упрощенной схеме процессор и память. Это необходимо, так как характеристики этой шины во многом определяются характеристиками процессора, котор

Процессоры x86
Несмотря на то, что общие принципы работы характерны для всех процессоров, мы будем в дальнейшем иметь в виду наиболее распространенную и, самое главное, наиболее востребованную при проектировании

Математические сопроцессоры
Арифметико-логические устройства, рассмотренные в предыдущем разделе могут работать только с целыми числами. Так, например, в результате деления 3 на 2 мы получим 1. Для проведения математических р

Краткие сведенья о технологии производства процессоров
Производство большинства процессоров основано на технологии фотолитографии. В этом процессе на обработанную кремниевую подложку помещается «маска», повторяющая изображения элементов и проводников,

Параметры, характеризующие процессор
Для каждого поколения процессоров будем указывать следующие параметры: - Разрядность шины адреса –определяет адресное пространство процессора, -

Краткое описание процессоров
Краткая информация по процессорам в сведена в таблицу 1. Таблица 2 Эволюция процессоров х86. Поколение Наименование Год выпуска

For ia := 0 to 4 do
ib := ib + ia; end; При компиляции этого цикла в машинный код он преобразуется в такую последовательность команд: 004D998 mov word ptr [ia

Прерывания
Поясним понятие прерывание появившееся при рассмотрении шины управления. Прерывание это сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события, иными слов

Процессорная шина
Любой процессор обязательно оснащён процессорной шиной, которую для архитектуры x86 принято называть FSB (Front Side Bus). По этой шине передаются данные между процессором и оперативной памятью, а

Шины расширения
Сначала покажем место шин расширения в общей архитектуре компьютера. В самом примитивном виде архитектура компьютера была показана на рис … (Упрощенная архитектура компьютера), покажем теперь архит

Интерфейс устройства
Разберем, как именно устройства подключаются к шине. Большинство адаптеров персонального компьютера, выполненных в виде отдельных плат расширения, используют как минимум один из следующих системных

Эволюция и разновидности шин
Теперь рассмотрим эволюцию и характеристики шин расширения, через которые подключаются разнообразные устройства, расширяющие возможности компьютера (сетевая карта, звуковая карта и пр.). Д

ISA -16
В 1984 году шина была усовершенствована — стала способной передавать 16-бит данных за такт, увеличена тактовая частота до 8 МГц, пропускная способность выросла до 5.3 Мб/сек, размер адресуемой памя

PCI Express
Интерфейс PCI Express (PCI-E) использует концепцию PCI, однако физическая их реализация кардинально отличается. На физическом уровне PCI Express представляет собой не шину, а некое подобие сетевого

Интерфейс RS-232
Стандарт на последовательный интерфейс RS-232 был опубликован в 1969 г. До недавнего времени последовательный интерфейс использовался для широкого спектра периферийных устройств (плоттеры, принтеры

Интерфейс IEEE 1284
Также используются синонимы: параллельный порт, порт принтера, LPT (англ. Line Print Terminal). В основном используется для подключения к компьютеру принтера, сканера и других внешних устр

Интерфейс IEEE 1394
Последовательная высокоскоростная шина (используются синонимы FireWire, i-Link). Используется в основном для: - Подключения видео мультимедийных устройств (используется как средство копиро

Интерфейс USB
Спецификация периферийной шины USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) была разработана для подключения компьютерной периферии вне корпуса компьютера с автоматическим авток

Интерфейсы накопителей
Интерфейсы накопителей (жестких дисков и DVD/CD приводов) связывают сам накопитель с контроллером, подключенным к какой-либо внутренней шине, т.е. они занимают некоторое промежуточное положение меж

Компоненты на материнской плате
Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (MotherBoard). А контроллеры и адаптеры

Архитектура материнской платы для процессора Core i7 и перспективы
Так как процессор Core i7 имеет встроенный контроллер памяти конфигурация материнской платы для него будет отличаться. Отличия заключаются в следующем: - Модули памяти подключаются непосре

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги