Назначение и структура шин

Шина (магистраль) представляет собой набор коммуникационных линий, каждая из которых способна передавать сигналы.

Характерной особенностью информационной магистрали является совместное использование ее множеством взаимодействующих друг с другом устройств. Сигналы, передаваемые по магистрали одним устройством, доступны всем прочим, подключенным к этой магистрали.

Как правило, в состав магистрали входит множество электрических связей — линий магистрали,— по каждой из которых может передаваться двоичный сигнал, т.е. сигнал, имеющий два четко различимых уровня — "лог. 0" и "лог. 1". По одной линии может передаваться развернутая во времени последовательность двоичных сигналов. Часто сигналы передаются по нескольким линиям одновременно и воспринимаются в совокупности. В таком случае говорят о параллельной передаче двоичных сигналов. Например, можно по восьми линиям параллельно передать один 8-разрядный байт информации.

Хотя существует множество вариантов конструкций системной магистрали, линии любой магистрали можно разделить на три больших группы: линии данных, адреса и управляющих сигналов. Кроме того, в состав магистрали могут входить и силовые линии питания, обеспечивающие энергоснабжение подключенных модулей.

По линиям данных передаются сигналы, соответствующие информации, передаваемой одним из подключенных модулей. В совокупности линии данных называются магистралью данных. Как правило, количество линий магистрали данных кратно 8— 8, 16 или 32. Этот параметр принято называть разрядностью или шириной магистрали. Поскольку в отдельный момент времени по каждой линии можно передавать только один бит информации, разрядность магистрали характеризует объем данных, передаваемых по ней в каждый момент времени, и является» таким образом, ключевым фактором, влияющим на информационную производительность всей системы. Например, если разрядность магистрали данных равна 8, а машинная команда имеет длину 16 разрядов, то в течение фазы извлечения каждого цикла обработки команды процессору придется дважды обращаться к модулю памяти.

Основной характеристикой шины является разрядность - либо данных и адреса, либо всей шины.

Ширина шины данных - кол-во бит информации, которое может быть передано по шине за одну транзакцию (цикл шины).

От разрядности магистрали — количества линий данных— зависит, сколько битов данных передается по ней параллельно в течение одного цикла. Этот параметр во многом определяет производительность компьютерной системы. Количество линий адреса — разрядность адресной части магистрали — ограничивает объем оперативной памяти, адресуемой по этой магистрали.

По линиям адреса передаются сигналы, которые в совокупности определяют источник или приемник данных, выставленных на линии данных.

Линии управляющих сигналов используются для управления доступом к линиям данных и адреса. Поскольку информация, передаваемая по магистралям адреса и данных, поступает на все подключенные модули, должен существовать некий компонент, наблюдающий за порядком в этом "хозяйстве". Управляющие сигналы, во-первых, несут определенную информационную нагрузку, т.е. передают команды, предписывающие, как поступать с прочими сигналами в данной ситуации, а во-вторых, синхронизируют процессы в магистрали. Сигналы синхронизации определяют те моменты (или интервалы) времени, когда код, выставленный на линии данных и адреса, можно считать достоверным. Управляющие сигналы задают выполняемые операции.

Операции по шине называются транзакциями. Основные виды транзакций - транзакции чтения и записи (или ввода и вывода, если речь идет о внешних устройствах). Шинная транзакция включает в себя две части: посылку адреса и прием (или посылку данных).

Функционирует магистраль следующим образом. Когда один из модулей "желает" передать данные другому, он должен выполнить две операции:

1) получить право пользоваться магистралью;

2) передать данные по магистрали.

Когда какому-либо модулю необходимо получить данные от другого моду-ля, он также должен выполнить две операции:

1) получить право пользоваться магистралью; .

2) передать запрос другому модулю, выставив соответствующий код на адресных линиях и сформировав сигналы на определенных линиях управляющих сигналов.

Если в одно и то же время два устройства попытаются передавать сигналы по магистрали, то произойдет наложение этих сигналов друг на друга и их искажение. Следовательно, в конструкции магистрали (в ее электронном обрамлении) должны быть предусмотрены средства, обеспечивающие в каждый момент времени передачу по магистрали сигналов только от одного из подключенных к ней устройств.

Помимо физических, механических и электрических характеристик шина характеризуется следующими параметрами:

совокупность сигнальных линий;

используемые сигналы арбитража, состояния, управления и синхронизации (схемы арбитража);

правила взаимодействия подключенных устройств (протокол шины).