По какой шине производится обмен данными между северным мостом и оперативной памятью кратко

Обновлено: 30.06.2024

Материнская плата оснащается разнообразными типами шин. Северный мост обеспечивает работу процессора, графического адаптера и оперативной памяти, южный – нужен для их взаимодействия с периферийными устройствами. Всё оборудование подключается к основной магистрали ПК. Она позволяет оборудованию взаимодействовать между собой. Рассмотрим, что такое системная магистраль, какие шины входят в её состав. Ознакомимся с характеристиками устройства.

Системная шина или магистраль компьютера: что это такое, из чего состоит

Информационная магистраль ЭВМ – это унифицированная подсистема, обеспечивающая обмен данными между структурными компонентами компьютера. Физически представлена набором разноуровневых проводников, интерфейсов, линий связи. Унификация заключается в том, что устройства одинаково подключены к магистрали, обмениваются информацией по единому протоколу.

Для перемещения информации недостаточно объединить устройства проводниками электрических сигналов. Их передача должна соответствовать определённым правилам – протоколу. Он определяет скорость передачи, приоритетность разных типов информации и задач, её адресацию, отвечает за целостность.

Шина оснащается разнообразными портами для подключения периферии.

Магистраль, соединяющая два устройства, называется портом.

Какие компоненты включает в себя системная шина

Системная или процессорная (FSB) – применяется микросхемами чипсета для пересылки данных между центральным процессором и видеокартой, оперативной памятью.
Кэш-памяти – организовывает обмен между кэшем и процессором. Современные ЦП оснащаются встроенной кэш-памятью с целью повышения быстродействия шины.
Памяти – интерфейс для связи между CPU и оперативной памятью.
Ввода/вывода – объединяет интерфейсы внешнего оборудования.

Последний вид шин подразделяют на локальные и стандартные.

Локальная шина – интерфейс для объединения быстродействующего оборудования (видеоадаптер, сетевая карта) с центральным процессором. Преимущественно это PCI-e.

Стандартная шина ввода/вывода – интерфейс для подсоединения к прочим шинам медленного оборудования: мышка, клавиатура, звуковое оборудование. Благодаря архитектуре, поддерживает параллельное подключение нескольких внешних устройств.

Системная магистраль построена по модульному принципу – это организация системы таким образом, что позволяет без затрат подключать к шине и отключать от неё модули, не оказывая отрицательного воздействия на компьютер. Модульный принцип даёт возможность заменять устаревшие и повреждённые комплектующие, расширять функциональность ПК за счёт добавления новых устройств: второй видеокарты, накопителей, планок оперативной памяти. Процессор сам организовывает и согласовывает их взаимодействие.

Логически системная магистраль представлена тремя уровнями.

Шина данных

Обеспечивает непосредственно пересылку пакетов данных между компонентами компьютера и процессором. Чем выше разрядность и тактовая частота, тем быстрее происходит обмен данными. На материнских платах большинства компьютеров используется 64-битная линия данных – соответствует разрядности процессора.

Шина адреса

Нужна для адресации устройств процессором. Каждый мельчайший компонент компьютера имеет собственный уникальный адрес: регистр, ячейка оперативной памяти, нужный для его идентификации. От разрядности шины адреса зависит, скольким элементам ПК центральный процессор сможет назначить идентификатор. Адресное пространство вычисляется по формуле 2n, где n – разрядность адресной шины.

В большинстве старых ноутбуков и компьютеров с 32-битными процессорами используется 32-разрядная магистраль. Она позволяет адресовать 232 = 4 ГБ устройств. Здесь кроется ответ, почему старый компьютер распознавал только 3,25 ГБ оперативной памяти. Сначала процессор адресует критические системные компоненты, затем – видеопамять, периферийное оборудование, его контроллеры. На ОЗУ из более 4 миллиардов адресов остаётся 3,25 млрд. В современных ПК адресная шина 64-разрядная. Её адресного пространства хватит для 264 компонентов.

Шина управления

Магистраль с низкой пропускной способностью для передачи служебных сигналов: готовность к записи/чтению, подтверждение передачи или завершения процесса, управление прерываниями.

Характеристики

Стандарты

ISA, EISA, VESA – старые, практически не используемые стандарты для подключения плат расширения.
PCI – устаревшая магистраль для коммутации скоростного оборудования.
AGP – старый интерфейс для графической подсистемы.
PCIe – современная шина для обмена информацией между процессором и видеокартой.
USB – универсальный интерфейс для высокоскоростного обмена информацией – подключения накопителей, периферийного оборудования: принтер, МФУ.
SATA – ряд стандартов, применяемых для подключения жёстких и первых твердотельных накопителей.
M.2 – инновационное решение для коммутации высокоскоростных SSD.

Тесты

Адресную.
Управления.
Памяти.

Какая шина обеспечивает взаимодействие между различными устройствами компьютера:

Системная.
Управления.
Информации.

Модульный принцип построения компьютерной техники позволяет пользователю:

Быстро разбирать ПК для чистки пыли.
Самостоятельно модернизировать его.
Устанавливать очень старое оборудование в новые ПК.

Как называются правила, использующиеся для обмена данными по шине:

Материнская плата — это комплекс различных устройств, поддерживающий работу системы в целом. Обязательными атрибутами материнской платы являются базовый процессор, оперативная память, контролер клавиатуры, разъемы расширения.

На материнской плате расположено множество различных деталей, все они выполняют определенную важную роль, но большая часть функций ложится на плечи нескольких микросхем, которые в комплексе называют простым словом - "чипсет" ( набор микросхем системной логики) . Именно от чипсета зависит, какой тип памяти и процессора будет поддерживать материнская плата, а также будет зависеть и скорость передачи данных по шине к устройствам компьютера.

Как известно, основная функция материнской платой заключается в "наведении мостов" между устройствами компьютера, поэтому главные составляющие любого чипсета также можно назвать "мостами".

В чипсете имеется два "моста" и каждый из них является отдельным чипом-микросхемой и имеет четкую задачу:

-"северный" мост соединяет между собой процессор, оперативную память, отвечает за работу с внутренней шиной;

-"южный" мост управляет всеми подключенными периферийными устройствами компьютера, а также внутренними контроллерами (звук, сеть, порты и т.д.).

Шины – эта набор проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

Системная шина - между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине ( FSB от англ. Front Side Bus ). В наиболее быстрых компьютерах 2008 года частота системной шины составляла 400МГц. Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Таким образом, процессор мог получать и передавать данные с частотой 400 МГц *4=1600МГц. Так как разрядность процессора составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины была равна: 64бита * 1600 МГц =102400 Мбит / с = 100 Гбит/с = 12.5Гбайт/с.

Шина памяти – Обмен данными между северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти, частота который может больше, чем частота системной шины.

Шина PCI Express - 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 PCI 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 SATA - Устройства внешний памяти (жесткие диски, CD - и DVD -дисководы) подключаются к южному мосту по шине SATA ( Serial Advanced Technology Attachment -последовательная шина, подключенная накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.

Шина USB - Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина USB ( 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.).

С другими устройствами, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан группами проводников, которые называются шинами. Основных шин три:

Ø адресная шина,

Ø командная шина.

А) между Южным мостом и оперативной памятью
Б) между процессором и оперативной памятью
В) между Северным мостом и Южным мостом
Г) между Северным мостом и процессором
(помогите, нужно по информатике зачёт получить)

Г) между Северным мостом и процессором
Сейчас контроллер памяти часто в проц встроен, поэтому возможен вариант Б.

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

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:

Производительность (быстродействие) ПК– возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней.

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, 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.

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.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:

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

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

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.

Урок 3
§1.2. Архитектура персонального компьютера

Архитектура персонального компьютера

Содержание урока

Шина памяти

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 (DDR3 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.

Следующая страница Шина PCI Express

Глава 1. Компьютер. Программное и аппаратное обеспечение

Магистраль: шина данных шина адреса и шина управления. Шины периферийных устройств

Вспомним, на прошлом уроке рассматривалось устройство материнской платы. Рассмотрим более подробно, какие же логические устройства можно установить на системную плату, т.к. системная плата наравне с процессором является основным устройством любого современного компьютера. Так же необходимость более подробного знакомства с системной платой обусловлено тем, что на системных платах реализуются шины различных типов. В гнёзда расширения системной платы устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п.

Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования быстродействия на системной плате, как было сказано на прошлом уроке, устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост). (см. рис. 1)

Северный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной шине. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота шины — 100 МГц).

К северному мосту подключается шина PCI ( Peripherial Component Interconnect bus — шина взаимодействия периферийных устройств), которая обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств. Частота контроллеров меньше частоты системной шины, например, если частота системной шины составляет 100 МГц, то частота шины PCI обычно в три раза меньше — 33 МГц. Контроллеры периферийных устройств (звуковая плата, сетевая плата, SCSI -контроллер, внутренний модем) устанавливаются в слоты расширения системной платы.

По мере увеличения разрешающей способности монитора и глубины цвета требования к быстродействию шины, связывающей видеоплату с процессором и оперативной памятью, возрастают. В настоящее время для подключения видеоплаты обычно используется специальная шина AGP ( Accelerated Graphic Port — ускоренный графический порт), соединенная с северным мостом и имеющая частоту, в несколько раз большую, чем шина PCI .

Южный мост обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования.

Устройства хранения информации (жесткие диски, CD — ROM , DVD — ROM ) подключаются к южному мосту по шине UDMA ( Ultra Direct Memory Access — прямое подключение к памяти).

Мышь и внешний модем подключаются к южному мосту с помощью последовательных портов, которые передают электрические импульсы, несущие информацию в машинном коде, последовательно один за другим. Обозначаются последовательные порты как СОМ1 и COM2, а аппаратно реализуются с помощью 25-контактного и 9-контактного разъемов, которые выведены на заднюю панель системного блока.

Принтер подключается к параллельному порту, который обеспечивает более высокую скорость передачи информации, чем последовательные порты, так как передает одновременно 8 электрических импульсов, несущих информацию в машинном коде. Обозначается параллельный порт как LPT , а аппаратно реализуется в виде 25-контактного разъема на задней панели системного блока.

Для подключения сканеров и цифровых камер обычно используется порт USB ( Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), который обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств.

Клавиатура подключается обычно с помощью порта PS/2 или USB .

Все устройства (модули) компьютера подключаются к магистрали. Однако, непосредственно к магистрали можно подключить лишь процессор и оперативную память, остальные устройства подключаются с помощью специальных согласующих устройств — контроллеров (контроллер клавиатуры, контроллер дисководов, видеоадаптер и т.д.)

Рассмотрим структуру магистрали (системной шины), т.к. модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации.

Магистраль

Магистраль или системная шина — это набор электронных линий, связывающих воедино по адресации памяти, передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства.

Системная магистраль осуществляет обмен данными между процессором или ОЗУ с одной стороны и контроллерами внешних устройств компьютера с другой стороны.

Обмен информацией между отдельными устройствами ЭВМ производится по трем многоразрядным шинам, соединяющим все модули, —

Шина MCA — более производительная, но не совместима с ISA, поэтому не нашла широкого применения.

Шина EISA — совместима с ISA , значительно дороже, чем ISA и не всегда обеспечивая нужную скорость обмена.

Шина VESA (VL) — более дешевая шина, используется в сочетании с ISA или с EISA.

Шина PCI — конкурент шины VESA , используется в PENTIUM в сочетании с ISA или EISA.

Рис 2. Магистрально-модульный принцип

Как уже было сказано, подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает — это функция контроллера. Поэтому внешние устройства ЭВМ заменяемы, и набор таких модулей произволен.