Przewodnik po magistrali danych-Zastanawiałeś się kiedyś nad sprawdzeniem, co się dzieje na twoim komputerze Różne składniki komputera, takie jak pamięć, procesor centralny, dysk twardy itd komunikować się ze sobą, aby wykonywać różne zadania Co się dzieje w przypadku podłączenia kabla USB (Universal Serial Bus) do komputera w celu przesyłania plików do telefonu komórkowego lub innych urządzeń, takich jak napędy pisakowe, zewnętrzne dyski twarde itp To krótkie badanie zostało zaprojektowane w celu zainteresowania i zainspirowania użytkownika do zrozumienia, w jaki sposób komputery i inne urządzenia komunikują się ze sobą, a także przepływu danych między nimi
1, linia łącząca dane
1.1 Co to jest magistrala danych
Począwszy od terminu" autobus", słownik internetowy definiuje autobus jako transport wielu pasażerów z jednego miejsca do drugiego, ale w tym przypadku chodzi o rekwizycję danych Magistrala jest połączeniem, które wymaga przesyłania danych lub komunikacji między dwoma lub więcej urządzeniami Jednym z oczywistych przykładów jest magistrala komunikacyjna między jednostką przetwarzania systemu komputerowego a jednostką pamięci masowej
Konstrukcja magistrali obejmuje wiele linii komunikacyjnych lub ścieżek transmisyjnych, które w reprezentacji fizycznej zostaną zbudowane z różnych przewodów (linii sygnałowych) w celu wykonania torów
Informacje przekazywane przez magistralę są związane z miejscem początkowym lub miejscem wysyłania danych Każda magistrala przesyła wiadomość W związku z tym im więcej linii magistrali zawiera, tym więcej danych może uzyskać/ adresować
Jest to wielkość lub szerokość magistrali, która znacznie określa liczbę danych, które mogą być przesyłane jednocześnie 8-bitowa magistrala będzie dzielić 8-bitowe dane
W zależności od typu magistrali informacje mogą być przesyłane w trybie szeregowym (szereg bitów przesyłanych za pomocą jednej linii) lub w podobny sposób, co oznacza, że dane/ informacje są przesyłane na kilka linii w tym samym czasie
Rysunek 1 Technologia magistrali danych
32-bitowa magistrala danych jest pierwszym standardem, ale najnowsze systemy magistrali danych umożliwiają przesyłanie większej ilości danych Magistrala danych umożliwia przesyłanie danych między komputerami lub procesorami centralnymi, które są w mózgu komputera Magistrala danych może również przesyłać informacje między dwoma komputerami
Częste stosowanie terminu „ magistrala danych” w dziedzinie technologii informatycznej jest podobne do innego terminu „ magistrala elektryczna” w dziedzinie elektronicznej Magistrala elektroniczna jest kanałem przesyłającym prąd w podobny sposób, jak magistrala danych zapewnia transmisję danych Dzisiejsze systemy obliczeniowe stają się bardziej skomplikowane, ponieważ dane są często przesyłane przez części, komponenty i urządzenia peryferyjne/ fizyczne płyty procesora
Magistrala danych jest podstawowym narzędziem ułatwiającym transmisję danych, umożliwiającym klientom i innym systemom przesyłanie dużych ilości danych Dzięki nowej strukturze i projektowi dane mogą być przepływane między różnymi sprzętami i szerszymi podłączonymi kablami lub wirtualnymi systemami
2, Zewnętrzna linia łącząca dane
Jak dotąd dowiedziałeś się, że informacje są przesyłanymi przez magistralę (magistralę danych) kodami binarnymi (tj. 0 i 1) do komputera i jego komponentów Zewnętrzna magistrala danych (zwana również magistralą zewnętrzną lub magistralą danych) jest rekurencją danych na komputerze Do niego podłączone są wszystkie składniki adresowania danych lub inne opcjonalne urządzenia danych W związku z tym wszystkie informacje/ dane wysłane na tę magistralę są dostępne dla wszystkich podłączonych urządzeń komputera
Jak wspomniano wcześniej, komputer używa ośmiu przewodów (8-bitowej magistrali danych), które umożliwiają przesyłanie tylko jednego bajtu informacji na raz Następnie komputer zwiększył rozmiar/ szerokość zewnętrznej magistrali danych z 1 do 16,32, a następnie do rozmiaru danych/ szerokości 64 przewodów Większe i szersze magistrale zapewniają większą przestrzeń dla strumienia danych jednocześnie, tak jak dodawanie większej liczby pasów ruchu na autostradzie umożliwia większą liczbę samochodów w danym punkcie
Główna/CPU/ płyta główna jest główną płytą drukowaną komputera, która zawiera zewnętrzną magistralę danych podłączoną do urządzenia rozszerzającego, które nie jest częścią głównego projektu Gniazda rozszerzeń umożliwiają podłączenie dwóch urządzeń zewnętrznych do pochyłej powierzchni płyty głównej komputera za pośrednictwem magistrali zewnętrznej
Karty rozszerzeń, znane również jako karty podrzędne, są kartami mikroobwodów zainstalowanymi w gnieździe magistrali rozszerzeń na płycie głównej Innymi formami są gniazda do pamięci komputera
Różne złącza na płycie głównej zapewniają dostęp do magistrali danych do urządzeń peryferyjnych, takich jak drukarki, skanery, modemy itp., a także niektórych urządzeń zewnętrznych, takich jak klawiatury i myszy
Rysunek 2 Przygotowanie magistrali danych
Aby w pełni zrozumieć, w jaki sposób komputer przesyła dane między składnikami, należy wyobrazić sobie każde urządzenie w magistrali danych podłączonej do magistrali jako zestaw przełączników włączania/ wyłączania Sprawdzając, które przewody są zasilane i które nie są zasilane, urządzenie może odczytać dane, gdy otrzymuje dane wysłane przez inne urządzenie Tryb przełączania obwodu jest reprezentowany przez wartość 0, wartość 0 oznacza włączenie, a wartość 0 oznacza wyłączenie przełącznika Przewody upraszczają kod binarny przetłumaczony przez komputer, a następnie wysyłają go do innego części systemu lub użytkownika za pomocą urządzeń wyjściowych, takich jak monitory, drukarki, głośniki, faksy Komunikacja występuje, gdy napięcie jest w pełni przyłożone do dowolnego przewodnika lub odczytywane z dowolnego przewodnika
Szyfrowane informacje mogą być przesyłane do dowolnego urządzenia podłączonego do zewnętrznej magistrali danych lub wysyłane z tych urządzeń Wyobraźcie sobie magistralę danych jako gigantyczną autostradę z równoległymi pasami ruchu I tak dalej, bity są samochodami, które poruszają się obok siebie-każdy samochód przenosi część kodowanych informacji Mikroprocesory kompilowały kodowane informacje w dane, aby wykonywać zadania, które mają znaczenie dla użytkowników komputerów
Rysunek 3 Linia łącząca komputer
3. Przewodnik po magistrali danych-Linia łącząca adres
Jak wspomniano wcześniej, dane są przesyłane w systemie komputerowym, a magistrala adresowa określa, gdzie dane powinny być przesyłane W związku z tym definiujemy magistralę adresową jako strukturę magistrali komputerowej, która przesyła dane między urządzeniami opisanymi przez adres sprzętowy pamięci fizycznej, a adres sprzętowy pamięci fizycznej jest reprezentowany jako liczba binarna (0 i 1), aby umożliwić magistrali
Centralna jednostka przetwarzania korzysta z magistrali adresowej lub innego typu dostępu do pamięci masowej zwanego bezpośrednim dostępem do pamięci masowej, dzięki czemu niektóre urządzenia mogą zlokalizować adresy Procesor centralny pisze i odczytuje wszystkie magistrale adresowe w postaci bitów
Magistrala adresowa jest wbudowana w płytę główną komputera, aby zapewnić zgodność komputerów, mniejsze koszty i umożliwić podłączenie większej liczby urządzeń do komputera
Rysunek 4 Linia łącząca ISA
Magistrala adresowa jest obliczana na podstawie ilości pamięci, którą system może odzyskać Systemy z 32-bitową magistralą adresową mogą adresować 4096 megabajtów pamięci masowej (odpowiadającą 4 gigabajtom) Komputery z 64-bitową magistralą adresową, które obsługują magistralę adresową, adresują jednostkę pamięci masowej 16 384 gigabajtów (odpowiadającą 16 gigabajtom), która jest uważana za bardzo dużą rekwizycję
W zależności od innej wersji magistrala adresowa jest uważana za kolekcję kabli lub przewodów używanych do przesyłania adresów pamięci masowej lub urządzeń do włączania/ wyłączania (I//O) Jest to główna cecha właściwości niekierunkowych Przykładem tego jest mikroprocesor Intel 88085 z 16-bitową magistralą adresową
Oznacza to, że mikroprocesor (Intel 88085) może przesyłać do 16 adresów (może adresować 665 5536 różnych jednostek pamięci masowej) Ta magistrala łączy kilka sygnałów w ośmiocyfrowy symbol magistrali danych W związku z tym najwyższy poprawny bit adresu przechodzi przez magistralę adresową (A7-A0)) Ponadto LSB korzysta z wielokrotnego multipleksowania magistrali danych (AD0-AD7)
4, Przewodnik po magistrali danych-Przewód sterujący
Pamiętaj, że omówiliśmy trzy główne magistrale komputerowe: magistralę danych, magistralę adresową i dzisiejszą magistralę sterującą Po wysłaniu magistrali danych i adresu dane są znane przez magistralę adresową Następnie należy kontrolować magistralę, aby poprawnie wykonywać dane
Magistrala sterująca to specjalna magistrala komputerowa, której procesor centralny używa do komunikacji z innymi komponentami i urządzeniami podłączonymi do systemu komputerowego Taka komunikacja umożliwia korzystanie z kabli i obwodów/ płyt drukowanych
Kontrola magistrali jest najważniejszą rzeczą w kontrolowaniu wszystkich podłączonych urządzeń Ponadto, dzięki różnym sygnałom sterującym przesyłanym przez centralną jednostkę przetwarzania, składniki systemu komputerowego stają się możliwe za pośrednictwem tej magistrali sterującej Pamiętaj, że jednym z głównych celów magistrali jest zmniejszenie liczby kabli potrzebnych do komunikacji w systemie komputerowym
W przeciwieństwie do pojedynczej magistrali (jednokierunkowej) umożliwiającej komunikację między urządzeniami, magistrala sterująca jest bardzo dwukierunkowa, ponieważ umożliwia komunikację dwukierunkową magistrali danych między komponentami komp Pomaga również centralnemu przetwarzaniu koordynacji i ujednolicenia sygnałów sterujących w narzędziach wewnętrznych i zewnętrznych Magistrala sterująca składa się z przerwanych linii, bajtów, sygnałów do odczytu/ zapisu oraz obwodów stanu
Podpowiedź, aby przejść do szkoły Niektóre elementy sterujące są wspólne dla wszystkich procesorów centralnych
Żądanie przerwania (IRQ) okablowanie Jest to określony rodzaj obwodu sprzętowego używanego przez urządzenie do przerywania strumieni danych wysyłanych do procesora centralnego Ze względu na wysoki priorytet zadań umożliwia komputerom szybkie uzyskanie zadań przez przerwanie trwającego procesu, co umożliwia jednoczesne wykonywanie wielu zadań Większość magistrali systemowej zawiera od 50 do 100 dyskretnych przewodów do komunikacji
Komunikacja pomiędzy centralną jednostką przetwarzania komputera a magistralą sterującą jest ważna, aby system komputerowy działał poprawnie i sprawnie
Bez kontroli magistrali procesor centralny nie może wiedzieć, czy system wysyła czy odbiera dane Zapisywanie i odczytywanie informacji odbywa się za pomocą magistrali sterującej W pamięci magistrali sterującej znajdują się specjalne ścieżki kontrolne/ obwody używane do pisania poleceń oraz różne ścieżki/ obwody używane do sterowania poleceniami odczytu Sygnał został natychmiast przesłany do wiersza polecenia Centralna jednostka przetwarzania zapisuje dane lub polecenia adresowane do pamięci centralnej komputera, a gdy centralna jednostka przetwarzania wymaga odczytu z pamięci systemowej, wysyła sygnał do przetwarzania Ten sygnał umożliwia procesorowi odbieranie lub wysyłanie danych z pamięci głównej
Dzięki kontroli magistrali, mikroprocesor przetwarza dane na podstawie wybranej jednostki pamięci masowej Niektóre sygnały sterujące obejmują odczyt, pisanie i wyodrębnianie kodu Polecenie: Porządek Należy podkreślić, że mikroprocesory wykonują różne operacje z tą samą magistralą sterującą Magistrala sterująca jest przeznaczona dla wszystkich sygnałów czasowych i jest zarządzana na podstawie sygnałów sterujących z magistrali sterującej
5, Przewodnik po magistrali danych-Harmonogram magistrali danych
Publiczność odnosi się ogólnie do komunikacji elektronicznej W szczególności w niniejszym dokumencie ujawniono systemy i metody kodowania DBI oparte na szybkości działania
Odwrócenie magistrali danych (DBI) jest przeznaczone do poprawy integralności zasilania i sygnałów przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii Gdy musimy przesyłać duże ilości danych z maksymalną prędkością, nie możemy zbytnio podkreślać inwersji magistrali danych
Rysunek 5 Harmonogram magistrali danych
Przewodnik po magistrali danych-Na koniec
Prosty system magistrali napotkał poważne niepowodzenia podczas korzystania z komputerów ogólnych Wszystkie urządzenia umieszczone bezpośrednio na magistrali muszą działać z taką samą prędkością, jak określono przez magistralę, ponieważ wszystkie mają wspólny system zegara W celu zwiększenia szybkości procesora staje się to wymagającym zadaniem Aby to osiągnąć, wszystkie urządzenia w magistrali muszą zwiększać szybkość rekwizycji
Następnie wszystkie składniki/ urządzenia komputera stają się niemal praktyczne lub nieekonomiczne z tą samą prędkością co procesor W związku z tym procesor musi czekać lub pracować z bardzo powolną częstotliwością zegara, aby komunikować się z innymi urządzeniami w systemie komputerowym Chociaż problem jest akceptowalny w systemach wbudowanych, nie można go tolerować na komputerach uniwersalnych i skalowalnych przez użytkowników Konfiguracja takiego systemu magistrali może być również trudna, gdy jest zbudowana ze standardowych gotowych narzędzi/ urządzeń
Rysunek 6 Lokalny kontroler magistrali
Tradycyjnie mikroprocesory są pojedynczymi chipami, które mają wiele połączeń elektrycznych
Może być używany do wyboru jednego adresu w pamięci głównej i innego zestawu klamer do odczytania Zapisywanie danych przechowywanych w tym położeniu W większości przypadków procesor i pamięć współdzielą funkcje sygnału i uruchamiają jednocześnie rekwizyty
Magistrala łącząca procesor i pamięć jest jedną z definicji systemu, zwykle odnoszącą się tylko do magistrali systemowej Podłączenie karty rozszerzeń bezpośrednio do magistrali systemowej umożliwia urządzeniom peryferyjnym komunikację z pamięcią w ten sam sposób Jest to zazwyczaj osiągane za pomocą standardowych złączy elektrycznych, tworząc magistralę rozszerzoną lub magistralę lokalną
Jednak wydajność procesora i urządzeń peryferyjnych różni się znacznie Często potrzebne są rozwiązania zapewniające, że urządzenia peryferyjne nie zmniejszają ogólnej wydajności systemu i zapewniają bezpośredni dostęp do pamięci Większość nowoczesnych systemów łączy te dwa rozwiązania w odpowiednim miejscu W miarę wzrostu liczby potencjalnych urządzeń peryferyjnych korzystanie z karty rozszerzeń dla każdego urządzenia peryferyjnego staje się coraz mniej możliwe
Przewodnik po magistrali danych-Powoduje to wprowadzenie systemu magistrali, który został wyraźnie zaprojektowany tak, aby obsługiwał wiele urządzeń peryferyjnych Jednak te systemy o wysokiej wydajności są często zbyt drogie, aby umożliwić implementację rekwizytów na urządzeniach o niskiej jakości, takich jak mysz To prowadzi do równoległego rozwoju niektórych systemów magistrali o niskiej wydajności dla tych rozwiązań Najczęstszym przykładem jest standardowa magistrala szeregowa USB (Universal Serial Bus)