По какой шине данные передаются между северным мостом и процессором кратко

Обновлено: 30.06.2024

Аппаратные компоненты компьютера для обмена информацией объединяются между собой разнообразными проводниками. Группы этих кабелей или дорожек на системной плате называются магистралями, шинами. В компьютерной архитектуре различают два вида таких магистралей: системные и локальные. Рассмотрим подробнее, что такое шина в компьютере, зачем нужна, какие выполняет функции. Разберёмся с её характеристиками.

Системная шина: что это такое в информатике

Front Side Bus, FSB, системная шина – это магистраль, совокупность линий, обеспечивающих взаимодействие центрального процессора (ЦП) с электронными компонентами (оперативная, кэш-память). По ней устройства обмениваются служебными сигналами, адресуются. Эти проводники передачи информации идут параллельно, имеют аналогичное предназначение, физическую и логическую реализацию. В ноутбуках и компьютерах шина находится на материнской плате.

Локальная шина служит для взаимодействия процессора с контроллерами периферийных устройств: накопителей, графического адаптера.

Подключение FSB реализуется по следующей схеме:

Микропроцессор соединяется с системным контроллером материнской платы, который называют северным мостом.
В состав северного моста входят: контроллеры ОЗУ, шина высокоскоростных периферийных устройств (видеокарта).

Менее производительное оборудование подключается к южному мосту, который соединяется с северным посредством специальной магистрали – внутренней шины. Объединение южного и северного мостов называют чипсетом.

Получается, системная шина персонального компьютера обеспечивает взаимодействие ЦП и чипсета.

Разновидности

Данных – предназначена для обмена информацией между центральным процессором и внутренними устройствами компьютера.
Адреса – используется для пересылки обрабатываемых данных между узлами устройства, по ней информация передаётся в ЦП, считывается из него.
Управления – магистраль для отправки управляющих сигналов, которые обеспечивают взаимодействие блоков компьютера между собой, с периферийными устройствами.

FSB различает четыре основных типа сигналов для управления работой устройств: запись, чтение, обмен с памятью, периферией.

Основная функция системной шины состоит в организации взаимодействия, информационного обмена между ЦП и внутренними компонентами ПК. Их архитектура зависит от модели материнской платы, используемого на ней набора логики, разрядности, типа процессора.

Северный мост определяет частоту системной шины, максимальный объём оперативной памяти, её стандарт. На материнских платах с интегрированным видеоядром к функциям FSB добавляется управление видеоадаптером.

Типы FSB

BSB – объединяет процессор с кэшем второго уровня, где применяется двойная шина DIB.

GTL и GTL+ – логика с частотой до 1,6 ГГц. Первая разработана для процессоров Pentium II и отличается работой при пониженном напряжении, чем экономит электрическую энергию. Вторая – её усовершенствование – создана для Pentium IV.

DMI – разработка Intel для объединения мостов материнских плат с сокетом LGA 1156 с встроенным контроллером памяти. Пропускная способность достигает 2 ГБ/с.

QPB – наиболее распространённая FSB, способная передавать 4 блока информации либо пару адресов за один такт. При ширине 64 бита за такт пересылает до 256 бит или 32 байт информации. Обеспечивает пропускную способность – до 8,5 ГБ/с.

HyperTransport – высокоскоростная двунаправленная последовательно-параллельная FSB от AMD с мизерными задержками. Отличается оригинальной схемой соединений, способами объединения тоннелей и мостов.

QuickPath Interconnect (QPI) – последовательная FSB от Intel для объединения процессоров в мультипроцессорных системах, переноса данных между ЦП и чипсетом. Создана как альтернатива HyperTransport. Применяется на материнских платах с сокетами LGA 1366 и 1156.

Остальные интерфейсы вроде MCA, EISA, ISA устарели.

К локальным шинам относят PCI, PCIe, USB, SATA.

Параметры системной шины

Частота FSB определяет быстродействие процессора. Каждому ЦП присущ свободный (разблокированный) или заблокированный множитель – коэффициент, который умножается на частоту шины. Например, FSB работает на частоте 200 МГц, множитель процессора равен 16. Его внутренняя (реальная) частота равняется 200 * 16 = 3200 МГц или 3,2 ГГц. У большинства ЦП, кроме дорогих моделей, рассчитанных на любителей разгона и геймеров, множитель заблокирован. Их быстродействие определяется частотой FSB.

Обзор материнской платы представлен на видео 1

Обзор материнской платы.MTS

Основой системной платы является набор ключевых микросхем, называемый набором системной логики, или чипсетом ( chipset ). Набор микросхем управляет соединениями процессора с различными компонентами компьютера. Именно он определяет тип и быстродействие используемого процессора, скорость, тип и объем оперативной памяти, а также потенциальные возможности компьютерной системы в целом. Набор системной логики (чипсет) — это набор микросхем, обеспечивающий взаимодействие процессора с остальными компонентами компьютера. Обычно чипсет состоит из двух компонентов, показанных на рисунке 2. Называются эти компоненты Северный мост ( North Bridge или МСН — Memory Controller Hub ) и Южный мост.

Рисунок 2 - Пример взаимосвязи основных компонентов материнской платы

Для передачи информации между отдельными устройствами используются несколько видов шин. Шины — это каналы связи, применяемые для передачи данных между отдельными устройствами компьютера и представляющие собой совокупность проводников, которые имеют определенные электрические характеристики.

По способу передачи данных шины делятся на параллельные и последовательные.

В параллельных шинах данные передаются одновременно по нескольким проводникам целыми группами битов. Количество проводников определяет разрядность шины.

В последовательных шинах данные передаются по одному проводнику бит за битом.

В связи с тем, что при увеличении разрядности параллельных шин значительно возрастает уровень помех и усложняется процесс синхронизации всех параллельно идущих сигналов, в настоящее время происходит переход к последовательным шинам. Они работают с более высокой, чем у параллельных шин, тактовой частотой.

Любая шина состоит из трех частей.

1. Шина данных. По этой шине передаются данные между устройствами.

2. Шина адреса. По этой шине передаются адреса ячеек памяти.

3. Шина управления, предназначенная для передачи управляющих сигналов, т. е. команд.

Основной шиной большинства материнских плат (за исключением последних решений с отсутствующим Северным мостом) является системная шина. Системная шина работает в качестве канала связи между процессором и Северным мостом чипсета.

Одной из важнейших характеристик системной шины является тактовая частота, которая в конечном счете определяет скорость передачи информации между двумя основными компонентами компьютера: процессором и чипсетом.

Шина памяти используется для передачи данных между процессором и оперативной памятью. Эта шина соединена с Северным мостом чипсета, и ее разрядность совпадает с разрядностью системной шины. Существуют модели процессоров, работающих с оперативной памятью напрямую, без участия Северного моста. Шины расширения — это шины, используемые для подключения к материнской плате периферийных устройств.

Интерфейс представлен на системной плате в виде разъема для подключения какого-либо устройства

Порт — это интерфейс для подключения периферийных устройств

Карта расширения (адаптер) — это печатная плата, которую подключают к материнской плате компьютерной системы с целью добавления дополнительных функций

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

13. Архитектура компьютеров. Основные характеристики компьютеров

Магистрально-модульный принцип построения компьютера . В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.

Многие необходимые дополнительные устройства интегрированы в современные материнские (системные) платы: сетевая карта, внутренний модем, сетевой адаптер беспроводной связи Wi - Fi , контроллер I ЕЕЕ 1394 для подключения цифровой видеокамеры, звуковая плата и др. Раньше эти устройства подключались к материнской плате с помощью слотов расширения и разъемов.

Чипсет . Важнейшей частью материнской платы является чипсет, который во многом определяет архитектуру современного персонального компьютера. Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета (рис. 1.12):

контроллер-концентратор памяти, или Северный мост (англ. N orth Bridge ), который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;

контроллер-концентратор ввода/вывода, или Южный мост (англ. South Bridge ), обеспечивающий работу с внешними устройствами.

Пропускная способность шины . Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается. Быстродействие устройства зависит от тактовой Частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах — МГц) и разрядности, т. е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт. (Такт — это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств компьютера.)

Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться. Пропускная способность шины (измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в горцах — Гц, 1 Гц = 1 такт в секунду):

пропускная способность шины = разрядность шины х частота шины .

Системная шина (см. рис. 1.12). Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине ( FSB от англ. FrontSide Bus ). В наиболее быстрых компьютерах (2008 год> частота системной шины составляет 400 МГц. Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Таким образом, процессор может получать и передавать данные с частотой 400 МГц · 4 = 1600 МГц. Так как разрядкость системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна:

64 бита · 1600 МГц = 102 400 Мбит/с = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с.

Частота процессора . В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. Например, в современных процессорах используется коэффициент умножения частоты 8. Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет 400 МГц · 8 = 3,2 ГГц.

Шина памяти (см. рис. 1.12). Обмен данными между северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти ( DDRS от англ. double - data - rate ) ‘Частота шины памяти может составлять 400 МГц · 4 = 1600 МГЦ, т. е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор. Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:

64 бита · 1600 МГц = 102 400 Мбит/с = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с = 12 800 Мбайт/с.

Модули памяти маркируются своей пропускной способностью, выраженной в Мбайт/с: РС4200, РС8500, РС12800 и др.

Шина РС I Express ( см . рис . 1.12). По мере усложнения графики приложений требования к быстродействию шины, связывающей видеопамять с процессором и оперативной памятью, возрастают.

В настоящее время для подключения видеоплаты к северному мосту все большее распространение получает шина РС I Express ( Peripherial Component Interconnect bus Express —- ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств). Пропускная способность этой шины может достигать 32 Гбайт/с.

К видеоплате с помощью аналогового разъема VGA ( Video Graphics Array — графический видеоадаптер) или цифрового разъема DVI ( Digital Visual Interface – цифровой видеоинтерфейс) подключается электронно-лучевой или жидкокристаллический монитор или проектор.

Шина S АТА (см. рис. 1.12]. Устройства внешней памяти (жесткие диски, С D - и DVD -дисководы) подключаются к южному мосту по шине S АТА (англ. Serial Advanced Technology Attachment — последовательная шина подключения накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.

Шина US В (см. рис. 1.12). Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина US В ( Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина). Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно до 127 периферийных устройств (принтер, сканер, цифровая камера, Web -камера, модем и др.).

Увеличение производительности процессора . Увеличение производительности процессоров за счет увеличения частоты имеет свой предел из-за тепловыделения. Выделение процессором теплоты Q пропорционально потребляемой мощности Р, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату частоты v 2 :

Рис. 1.12. Архитектура персонального компьютера

Уже в настоящее время для отвода тепла от процессора используются массивные воздушные кулеры, состоящие из вентилятора и металлических теплоотводящих ребер.

Увеличение производительности процессора, а значит и компьютера, достигается за счет увеличения количества ядер процессора (арифметических логических устройств). Вместо одного ядра процессора используются два или четыре ядра, что позволяет распараллелить вычисления и повысить производительность процессора.

Основные характеристики ПК

Производительность (быстродействие) ПК – возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней (например, Pentium III обрабатывает информацию со скоростью в сотни миллионов операций в секунду)

Производительность (быстродействие) процессора – количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.

Тактовая частота процессора (частота синхронизации) - число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например, сложение). Таким образом, т актовая частота - это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера

Разрядность процессора – max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком.

Время доступа - быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для считывания min порции информации из ячеек памяти или записи в память. Современные модули обладают скоростью доступа свыше 10нс (1нс=10 -9 с)

Объем памяти (ёмкость) – max объем информации, который может храниться в ней.

Плотность записи – объем информации, записанной на единице длины дорожки (бит/мм)

Скорость обмена информации – скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве

Задание 1. Ответьте на вопросы

1. Какой принцип положен в основу архитектуры современных ПК? Опишите его.

2. Что является важнейшей частью материнской платы?

3. Какие две основные большие микросхемы чипсета содержат современные компьютеры?

4. Как узнать пропускную способность шины?

5. По какой шине данные передаются между Северным мостом и процессором?

6. По какой шине производится обмен данными между северным мостом и оперативной памятью?

7. Какую шину используют для подключения видеоплаты к северному мосту?

8. По какой шине устройства внешней памяти подключаются к южному мосту?

9. Какую шину используют для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств?

Задание 2. Зарисуйте схему архитектуры ПК

Задание 3.Запишите основные характеристики ПК

Задание 1. Ответьте на вопросы

1. Какой принцип положен в основу архитектуры современных ПК? Опишите его.

2. Что является важнейшей частью материнской платы?

3. Какие две основные большие микросхемы чипсета содержат современные компьютеры?

4. Как узнать пропускную способность шины?

5. По какой шине данные передаются между Северным мостом и процессором?

6. По какой шине производится обмен данными между северным мостом и оперативной памятью?

7. Какую шину используют для подключения видеоплаты к северному мосту?

8. По какой шине устройства внешней памяти подключаются к южному мосту?

9. Какую шину используют для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств?

Front Side Bus (FSB) — это магистральный канал, обеспечивающий соединение процессора и внутренних устройств: памяти, видеокарты, устройств хранения информации и т. п.

Northbridge

Системный контроллер служит для передачи команд центрального процессора к оперативной памяти, и видеоконтроллеру (в случае встроенного видеоконтроллера, северный мост, производимый компанией Intel, именуется GMCH (от англ. Chipset Graphics and Memory Controller Hub), а также конвертацию этих команд в форму, необходимую для обращения к оперативной памяти. Порой, для увеличения потенциальной производительности системы, к северному мосту подключаются наиболее производительные периферийные устройства, например, видеокарты с шиной PCI Express, а менее производительные устройства (BIOS, устройства PCI, интерфейсы устройств хранения информации, ввода и т. п.) могут подключаться к так называемому южному мосту. Северный мост соединен с материнской платой посредством согласующего интерфейса, также контроллер соединяется шиной и с южным мостом.

В настоящее время в процессорах серии Core i-x с разъемом LGA 1156 северный мост встроен в процессор и связывается с ядрами по внутренней шине QPI со скоростью соединения 2.5^109 операций в секунду. Из факта поглощения процессором северного моста вытекает неактуальность использования шины FSB и внешней шины QPI в подобных системах.

Southbridge

Еще одним компонентом чипсета является функциональный контроллер ввода-вывода (от англ. I/O Controller Hub, ICH), так называемый южный мост, служащий для связи центрального процессора (через северный мост) с устройствами, не столь критичными к скорости взаимодействия:

Контроллеры PCI (X, E), прерываний, SMBus (I2C), LPC, IDE/SATA DMA, IRQ, ISA;

Super I/O: контроллер floppy-дисководов; контроллер LPT-порта; Контроллер COM-портов; MIDI, джойстик, инфракрасный порт и т.п.

Часы реального времени RTC (от англ. Real Time Clock);

BIOS (CMOS), вместе с энергонезависимыми системами обеспечения;

Системы энергообеспечения APM и ACPI;

Звуковой контроллер (AC97);

Может включать в себя контроллеры Ethernet, USB, RAID, FireWire и т. п.

Особенностью южного моста является его взаимодействие с внешними устройствами. Как следствие, он довольно чувствителен различным негативным факторам, влияющим на нормальную работу устройств (короткое замыкание, перегрев, деформация материнской платы и т. п.). Замена южного моста, как правило, составляет стоимость самой материнской платы, поэтому замена его нерациональна из-за ее высокой стоимости и обычно не проводится.

Шина BSB (от англ. Back Side Bus) служит для соединения центрального процессора с кэш-памятью второго уровня для процессоров, в которых используется двойная независимая шина DIB (от англ. Dual Independent Bus), которая также называется вторичным (или внешним) КЭШем (и носит обозначение L2-cache).

Компанией Intel была разработана системная шина QPB (от англ. Quad Pumped Bus), передающая 4 64-разрядных блока данных или 2 адреса за такт, тогда как пытавшаяся получить лицензию на системную шину GTL+ для создания своих новых процессоров, компания AMD вынуждена была при создании процессоров серии К7 лицензировать шину EV6 для процессоров AMD Athlon и Athlon XP передающую данные два раза за такт (Double Data Rate).

Данная шина оказалась значительно сложнее в производстве, чем предыдущие исполнения. Данное обстоятельство не могло не сказаться на серьезном увеличении количества транзисторов, используемых для реализации вышеуказанного принципа передачи данных, как для процессора, так и для самого чипсета.

DMI (от англ. Direct Media Interface) – шина, которая была разработана компанией Intel, для соединения южного и северного мостов материнской платы. Для разъема LGA 1156 со встроенным контроллером памяти (продукты Core i3, Core i5 и некоторые серии Core i7 (800, к примеру)), DMI соединяет процессор и чипсет PCH (от англ. Platform Controller Hub) по технологии CtC (от англ. Chip-to-Chip).

PCH является, по сути, аналогом южного моста, однако представляет из себя совершенно новый P55 Ibex Peak. Фактически, в новом решении сочетается расширенный функционал предыдущих версий южных мостов компании Intel, а также дополнительный контроллер PCI-e для периферии.

Первыми чипсетами, построенными с помощью технологии DMI, были устройства серии Intel i915, на основе сокета LGA 1156, получившие свое распространение с 2004 года.

Пропускная способность DMI составляет 2 Гбайт/с. Из-за столь невысоких значений, инженеры Intel пошли на революционное решение, встроив контроллер памяти, PCI-e и непосредственно интерфейс DMI в сам процессор.

HyperTransport

HyperTransport оптимизирует внутрисистемные связи заменой шин и мостов на их физическом уровне. Также тут используется DDR (от англ. Double Data Rate), что позволяет производить до 5.2x109 посылок в секунду с частотой синхронизации сигнала на уровне 2.6 гигагерц.

Версии HyperTransport:

Очередной шаг в совершенствовании научно-технического процесса был обозначен инженерами компании Intel созданием нового типа системной шины QPI (от англ. Quick Path Interconnect, ранее известной, как Common-System Interface, или CSI). Она заключается в интегрированном контроллере памяти и быстрой последовательной шины P2P для доступа к распределенной и разделяемой памяти.

Первые процессоры, построенные на технологии использования системной шины QPI, поступили на рынок в начале 2008 года. Данная технология является прямым конкурентом консорциума, во главе с компанией AMD, выпустившей системную шину HyperTransport.

Название микроструктуры процессорного ряда компании Intel - Nehalem произошло от названия небольшого города в США неподалеку от головного офиса компании Intel в г. Санта-Клара (основанного в 18 веке) в Калифорнии. Nehalem является продолжением процесса модернизации модельного ряда архитектур Intel x86. Свое продолжение в 2010 году QPI получила в процессоре серии Itanium 9300, получив кодовое имя Tukwila, что является большим шагом вперед для систем, построенных на базе Itanium. Вместе с QuickPath в процессоре используется встроенный контроллер памяти, и интерфейс памяти прямо использует интерфейс QPI для взаимодействия с другими процессорами и I/OCH. Именно в этих продуктах наиболее типичным решением и стала системная шина QPI, что делает вероятной возможность использования одного чипсета процессорами Tukwila и Nehalem.

Каждое ядро процессора содержит интегрированный контроллер памяти и скоростное соединение для подключения иных компонентов. Данная структура служит для обеспечения следующих аспектов:

Огромной производительности и удобства работы с памятью;

Динамически изменяемой полосы эффективного пропускания при связи процессора с иными компонентами системы;

Чипсеты с разъемом LGA 1366 используют шину DMI для связи между северным мостом и южным мостом. А процессоры для сокета LGA 1156 вообще не имеют внешнего интерфейса QuickPath, т.к. чипсеты для данного сокета взаимодействуют с однопроцессорными конфигурациями, а функционал северного моста же напрямую встроен в сам процессор, что заставляет использовать шину DMI для связи процессора с аналогом южного моста. Однако, встроенная шина QPI используется в процессорах сокета LGA 1156 для связи ядер и встроенного контроллера PCI-e внутри самого процессора.

Данные, передаваемые в виде датаграмм (пакетов) в системной шине QPI передаются по паре односторонних каналов, каждый из которых состоит из 20 пар проводов. Общая ширина канала составляет 20 бит, при этом 16 бит служат для передачи исключительно данных (полезной нагрузки). Максимальная пропускная способность одного канала варьируется от 4.8^109 до 6.4^109 транзакций в секунду, следовательно, общая максимальная пропускная способность одного соединения приближается к значениям от 19.2 до 25.6 ГБ/с в двух направлениях, что составляет, соответственно, от 9.6 до 12.8 ГБ/с в каждую сторону.

В настоящее время системную шину QPI используют, в основном, для серверных решений. Связано это обстоятельство с тем, что QPI приобретает максимальную эффективность (и КПД) именно в загруженности пересылкой данных в оба направления, как в случае с многосокетными рабочими станциями или, собственно, серверами.

Как показывают тесты, для пользовательских машин использовать решения на основе QPI нецелесообразно, так как даже намеренное снижение пропускной способности QPI в 2 раза никоим образом не влияет на получаемые результаты в тестах, даже при условии использования связки из 3 наиболее производительных графических адаптеров.

PCI (от англ. Peripheral Component Interconnect bus) – шина для соединения материнской платы с периферийными устройствами различного рода.

Начало PCI было положено в начале 1992 года компанией Intel (для замены шины VLB (от англ. Vesa Local Bus)), которая допустила полноценное использование возможностей процессоров 486, Pentium и Pentium Pro, при этом стандарт шины с самого начала был открыт, что гарантировало возможность создания устройств для шины PCI без обязательства лицензирования.

В 1993 году в ходе маркетинговой политики по продвижению PCI на рынке вышла PCI 2.0. В 1995 году данная модель модифицировалась до версии PCI 2.1.

PCI имела реальную тактовую частоту на уровне 33 МГц, тактовой частотой для версии 2.1 стало значение в 66 МГц, что позволило повысить скорость передачи данных до 533 Мбайт/с. Вместе с тем, и в операционных системах (Windows 95, к примеру) уже была предусмотрена поддержка шины PCI 2.1, которая стала настолько популярной, что вскоре была использована при создании платформ процессоров Alpha, MIPS, PowerPC, SPARC и т.д.

Однако, ничего не стоит на месте, включая научно-технический процесс, поэтому в связи с разработкой шины PCI Express, AGP и PCI практически не используются в решениях высшего ценового диапазона.

PCI Express

PCI Express получила свое кодовое название 3GIO (от англ. 3rd Generation I/O) – компьютерная шина, использующая последовательную передачу данных, обеспечиваемую высокопроизводительным физическим протоколом на основе программной модели шины PCI.

В связи с тем, что использование параллельной передачи данных, при попытке увеличить производительность, будет означать физическое ее расширение, последовательная передача данных обладает возможностью масштабирования (1x, 2x, 4x, 8x, 16x и 32x) а, значит, более приоритетна в разработке. Топология PCI Express, в общем случае, представляет собой звезду со взаимодействием между собой устройств через среду, образованную коммутаторами, с прямой связью каждого устройства соединением P2P.

Очередными отличительными особенностями PCI Express являются:

Возможность горячей замены карт;

Возможность создания виртуальных каналов, гарантирования полосы пропускания и количество времени отклика, а также сбора статистики QoS (от англ. Quality of Service)

Возможность влиять на энергопотребление оборудования ASMP (от англ. Active State Power Management) – перевод устройства в режим уменьшенного энергопотребления в случае его простоя в течение конкретного (задаваемого программно) интервала времени;

Контроль целостности информации и структуры данных, предназначенных для передачи – алгоритм Data Link прикрепляет к пакету данных (в передаче) контрольную сумму последовательности и ее номер, что позволяет обнаруживать все одиночные и двойные ошибки, а также ошибки в нечетном числе бит – CRC (от англ. Cyclic Redundancy Check).

В отличие от PCI (использование подключения к общей 32-разрядной параллельной двунаправленной шине), PCI Express использует двунаправленное последовательной соединение P2P, а соединение между двумя устройствами состоит из 1 (2, 4, 8, 16, 32) двунаправленных линий. На электрическом уровне каждое соединение способно подключаться к PCI Express всего лишь 4 проводниками.

Преимущества подобного решения налицо:

Устройство корректно работает в таком же слоте, или большей пропускной способности;

Корректная работа слота возможна даже при использовании не всех линий (однако в таком случае необходимо подключение и заземление всех проводников питания);

Физическая составляющая слота не позволит допустить некорректную работу системы, в случае попытки вставить устройство в слот с меньшей пропускной способностью, дифференциацией размеров слотов x1 (x2, x4, x8, x16, x32).

Разрыв в разнице задач растет соответственно уровню потребителя. Кто знает, какие технологии используются в суперкомпьютерах мировых держав, однако ясно одно: именно эти технологии мы и будем использовать в ближайшем будущем.

Компьютеры состоят из системного блока, монитора, клавиатуры и мыши. Дополнительно по нужде добавляется периферийное оборудование – принтер, сканер, роутер для выхода в Интернет.

Системный блок является в компьютере главной частью. В нем располагаются все основные компоненты компьютера:

- материнская (системная) плата, к которой подключаются все остальные платы и микросхемы (микропроцессор, оперативная память, контроллеры различных устройств);

- блок питания, преобразующий напряжение сети в постоянный ток низкого напряжения для питания различных компонентов компьютера;

- накопитель на жестком магнитном диске (винчестер) или SSD накопитель;

- дисководы для чтения и записи компакт-дисков.

На заднюю панель системного блока выведены разъемы, через которые к компьютеру подключаются различные внешние устройства: монитор, клавиатура, принтер и т.д.

Каждое внешнее устройство подключаются к центральной части компьютера (микропроцессор и память) с помощью контроллеров (адаптеров). Контроллеры управляют внешними устройствами. Каждому внешнему устройству соответствует свой контроллер.

Пример современного ПК (системного блока)

· Процессор INTEL Celeron G4930, OEM + Устройство охлаждения(кулер) ZALMAN CNPS80G

· Материнская плата GIGABYTE H310M S2V 2.0

· Модуль памяти CRUCIAL CT8G4DFS8266 DDR4 - 8Гб

· SSD накопитель KINGSTON A400 SA400M8/120G 120Гб (под системный диск)

· Жесткий диск WD Caviar Blue WD10EZEX (под документы и архив данных – видео, фото)

· Корпус mATX LINKWORLD VC-13M171, черный + Блок питания THERMALTAKE TR2 S, черный

Параметры компьютера

Кроме производителя (бренда) функциональных узлов необходимо смотреть и другие параметры:

Тактовая частота процессора (частота синхронизации)- число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например, сложение). Таким образом, тактовая частота - это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера

Разрядность процессора– max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком.

Объем памяти (ёмкость)– max объем информации, который может храниться в ней.

Плотность записи– объем информации, записанной на единице длины дорожки (бит/мм)

Скорость обмена информации– скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве

Задание №1.Прочитать и кратко законспектировать теоретическую часть.

Задание №2. Ответьте на вопросы

1. Какой принцип положен в основу архитектуры современных ПК? Опишите его.

2. Что является важнейшей частью материнской платы?

3. Какие две основные большие микросхемы чипсета содержат современные компьютеры?

4. Как узнать пропускную способность шины?

5. По какой шине данные передаются между Северным мостом и процессором?

6. По какой шине производится обмен данными между северным мостом и оперативной памятью?

7. Какую шину используют для подключения видеоплаты к северному мосту?

8. По какой шине устройства внешней памяти подключаются к южному мосту?

9. Какую шину используют для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств?

Задание №3. Зарисуйте схему архитектуры ПК (Логическая схема системной платы)

Задание №4.Запишите основные характеристики Вашего ПК или смартфона.

Задание №5.Сделайте вывод о проделанной работе

Описание занятия

1. Прочитать и кратко законспектировать теоретическую часть.

⚡️📌 Требование на полях конспекта или перед заголовком обязательно записать: - 📖дату занятия, - группу и - ФИО.👋🏻

2. Выполнить контрольные задания.

3. Ответить на контрольные вопросы.

4. Сделайте вывод о проделанной работе

- накопитель на жестком магнитном диске (винчестер) или SSD накопитель;

- дисководы для чтения и записи компакт-дисков.

Пример современного ПК (системного блока)

· Процессор INTEL Celeron G4930, OEM + Устройство охлаждения(кулер) ZALMAN CNPS80G

· Материнская плата GIGABYTE H310M S2V 2.0

· Модуль памяти CRUCIAL CT8G4DFS8266 DDR4 - 8Гб

· SSD накопитель KINGSTON A400 SA400M8/120G 120Гб (под системный диск)

· Жесткий диск WD Caviar Blue WD10EZEX (под документы и архив данных – видео, фото)

· Корпус mATX LINKWORLD VC-13M171, черный + Блок питания THERMALTAKE TR2 S, черный

Параметры компьютера

Кроме производителя (бренда) функциональных узлов необходимо смотреть и другие параметры:

Тактовая частота процессора (частота синхронизации)- число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например, сложение). Таким образом, тактовая частота - это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера

Разрядность процессора– max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком.

Объем памяти (ёмкость)– max объем информации, который может храниться в ней.

Плотность записи– объем информации, записанной на единице длины дорожки (бит/мм)

Скорость обмена информации– скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве

Задание №1.Прочитать и кратко законспектировать теоретическую часть.

Задание №2. Ответьте на вопросы

1. Какой принцип положен в основу архитектуры современных ПК? Опишите его.

2. Что является важнейшей частью материнской платы?

3. Какие две основные большие микросхемы чипсета содержат современные компьютеры?

4. Как узнать пропускную способность шины?

5. По какой шине данные передаются между Северным мостом и процессором?

6. По какой шине производится обмен данными между северным мостом и оперативной памятью?

7. Какую шину используют для подключения видеоплаты к северному мосту?

8. По какой шине устройства внешней памяти подключаются к южному мосту?

9. Какую шину используют для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств?

Задание №3. Зарисуйте схему архитектуры ПК (Логическая схема системной платы)

Задание №4.Запишите основные характеристики Вашего ПК или смартфона.

Задание №5.Сделайте вывод о проделанной работе

Описание занятия

1. Прочитать и кратко законспектировать теоретическую часть.

Читайте также: