42 Организация шин

Совокупность трактов, объединяющих между собой основные устройства ВМ и организующих связь ВМ с внешним миром, образует систему шин вычислительной машины. Система шин обеспечивает обмен информацией между:

 центральным процессором и памятью;

 центральным процессором и модулями ввода/вывода;

 памятью и модулями ввода/вывода.

Большинство машин содержат несколько различных шин, каждая из которых оптимизирована под определенный вид коммуникаций. Часть шин скрыта внутри интегральных микросхем или доступна только в пределах печатной платы. Некоторые шины имеют доступные извне точки для того, чтобы к ним легко можно было подключить дополнительные устройства, причем большинство таких шин не просто доступны, но и отвечают определенным стандартам, что позволяет подсоединять к шине устройства различных производителей.

Шина характеризуется:

 совокупностью сигнальных линий;

 физическими, механическими и электрическими характеристиками;

 используемыми сигналами арбитража, состояния, управления и синхронизации;

 правилами взаимодействия подключенных к шине устройств (протоколом шины).

Шину образует набор линий связи. Линия связи – это физическая среда, обеспечивающая передачу сигналов, чаще всего представляющих двоичные цифры 1 и 0. По линии может пересылаться развернутая во времени последовательность таких сигналов. При совместном использовании несколько линий могут обеспечить одновременную (параллельную) передачу двоичных чисел. Физически линиями связи могут быть провода, полоски проводящего материала на монтажной плате, оптоволокно, радио и инфракрасные каналы.

Операции на шине называют транзакциями. Основные виды транзакций – транзакции чтения и транзакции записи. Если в обмене участвует устройство ввода/вывода, можно говорить о транзакциях ввода и вывода, по сути эквивалентных транзакциям чтения и записи соответственно. Шинная транзакция включает в себя две составляющих: посылку адреса и прием (или посылку) данных.

Когда два устройства обмениваются информацией по шине, одно из них должно инициировать обмен и управлять им. Такого рода устройства называются ведущими (bus master). Ведущий не обязательно использует данные сам. Он, например, может захватить управление шиной в интересах другого устройства. Устройства, не обладающие возможностями инициирования транзакции, называются ведомыми (bus slave). К шине может быть подключено несколько потенциальных ведущих, но в любой момент времени активным может быть только один из них: если несколько устройств передают информацию одновременно, их сигналы перекрываются и искажаются. Для предотвращения одновременной активности нескольких ведущих в любой шине предусматривается процедура допуска к управлению шиной только одного из претендентов (арбитраж). В то же время некоторые шины допускают широковещательный режим записи, когда информация одного ведущего передается сразу нескольким ведомым (здесь арбитраж не требуется). Сигнал, направленный одним устройством, доступен всем остальным устройствам, подключенным к шине.

Важным параметром, определяющим характеристики шины, является ее целевое назначение. По этому параметру можно выделить:

 шины «процессор-память»;

 шины ввода/вывода;

 системные шины.