Шины данных, адреса и управления

1.

А Р Х И Т Е К Т У РА К О М П Ь Ю Т Е Р Н Ы Х Ш И Н
Шины данных, адреса
и управления
АДРЕС
ДАННЫЕ
УПРАВЛЕНИЕ
Как процессор, память и устройства обмениваются сигналами

2.

ОСНОВНОЕ ПОНЯТИЕ
Что такое шина?
Шина — это набор проводников (линий связи), по которым
передаются сигналы между процессором, памятью и
устройствами ввода-вывода.
ПАМЯТЬ
ПРОЦЕССОР
Вместо отдельных проводов между каждой парой устройств
все они подключаются к общим линиям — это упрощает и
удешевляет конструкцию компьютера.
УСТРОЙСТВА
ВВОДА-ВЫВОДА
Общая шина объединяет все устройства
2

3.

К Л АС С И Ф И К А Ц И Я П О Н А З Н АЧ Е Н И Ю
Три типа шин
1
Шина адреса
Передаёт адрес ячейки памяти или порта устройства, с которым работает процессор
2
Шина данных
Передаёт сами данные — числа, команды, символы — между процессором и памятью
3
Шина управления
Передаёт управляющие сигналы: чтение, запись, прерывания, синхронизацию
3

4.

РА З Б О Р П О Ш И Н А М · 1 И З 3
Шина адреса (Address Bus)
Однонаправленная: сигнал идёт только от процессора к памяти или
устройствам — процессор "сообщает", куда обратиться.
N бит адресной шины → 2ᴺ ячеек памяти
Разрядность шины адреса определяет объём памяти, который
процессор способен адресовать.
32 бита
→ до 4 ГБ адресуемой памяти
Примеры разрядности: 16-бит (ранние ПК), 32-бит (до 4 ГБ ОЗУ), 64-бит (современные системы)
4

5.

РА З Б О Р П О Ш И Н А М · 2 И З 3
Шина данных (Data Bus)
Двунаправленная: данные могут передаваться как от процессора к
памяти (запись), так и от памяти к процессору (чтение).
Разрядность шины данных определяет, сколько бит информации
передаётся за один такт — это влияет на быстродействие системы.
запись
ПРОЦЕССОР
ПАМЯТЬ
чтение
Примеры: 8-бит, 16-бит, 32-бит, 64-бит — чем шире шина, тем больше данных за один такт
5

6.

РА З Б О Р П О Ш И Н А М · 3 И З 3
Шина управления (Control Bus)
Передаёт служебные сигналы, синхронизирующие работу всех устройств и определяющие характер операции на шинах данных и
адреса.
READ
чтение данных из памяти
INTERRUPT
запрос прерывания от устройства
WRITE
запись данных в память
RESET
сброс системы в исходное состояние
CLOCK
синхронизация по тактам
READY
готовность устройства к обмену
6

7.

ПРИМЕР: ЦИКЛ ЧТЕНИЯ ИЗ ПАМЯТИ
Как шины работают вместе
1
Процессор выставляет адрес ячейки памяти на шину адреса
CPU
ПАМЯТЬ
Адрес
2
Процессор подаёт сигнал READ на шину управления
Управление
Данные
3
Память находит данные и помещает их на шину данных
4
Процессор считывает данные с шины данных
7

8.

С РА В Н Е Н И Е
Разрядность шин и производительность
Чем шире шина данных, тем больше информации передаётся за один такт — и тем выше пропускная способность системы.
8 бит
32 бита
64 бита
1 байт за такт
4 байта за такт
8 байт за такт
старые 8-бит ПК
массовые ПК 1990–2000-х
современные процессоры
8

9.

ИТОГИ
Три шины — единая система
Шина адреса
указывает, куда обратиться
Шина данных
передаёт сами данные
Шина управления
задаёт характер операции и синхронизацию
Вместе они образуют системную шину — основу обмена информацией внутри компьютера
9