Шини комп'ютера

Основу будь-якого персонального комп'ютера складає материнська плата та процесор. Від них залежить продуктивність усієї системи. На материнській платі для кожного пристрою - клавіатури, тощо є електронна схема, що управляє - адаптер, або контролер. Деякі контролери можуть керувати відразу кількома пристроями.

Всі контролери комп'ютера взаємодіють з процесором і оперативною пам'яттю через системну магістраль передачі даних, яка називається також системною шиною. Крім системної шини на сучасних материнських платах є кілька шин і відповідних роз'ємів для підключення пристроїв:

1. шина пам'яті – для обміну інформацією між оперативною пам'яттю та центральним процесором;
2. шина AGP – для підключення відеоадаптера.
3. шина кеш-пам'яті – для обміну інформацією між кеш-пам'яттю та центральним процесором;
4. шини вводу-виводу (інтерфейсні шини) – служать для підключення різних пристроїв.

Існує три основні показники роботи шини комп'ютера: тактова частота, розрядність, швидкість передачі або пропускна здатність.

Робота будь-якого комп'ютера залежить від тактової частоти, що визначається кварцовим генератором, який є олов'яним контейнером з поміщеним у ньому кристалом кварцу. Під впливом електричної напруги у кристалі виникають електричні коливання. Частота цих коливань і називається тактовою частотою. Усі зміни логічних сигналів у мікросхемі комп'ютера відбувається через певні інтервали часу, званими тактами. Отже, найменшою одиницею виміру часу більшість логічних пристроїв комп'ютера є період тактової частоти. На кожну операцію потрібно щонайменше один такт, хоча деякі сучасні пристрої встигають виконати кілька операцій за один такт. Тактова частота комп'ютера вимірюється у мегагерцах (МГц або ГГц). Існують так звані порожні такти (цикли очікування), коли пристрій знаходиться в процесі очікування відповіді будь-якого іншого пристрою. Так організована робота оперативної пам'яті та процесора комп'ютера, тактова частота якого значно вища за тактову частоту оперативної пам'яті.

Для передачі електричних сигналів шини використовують велику кількість каналів. Якщо використовуються 32 канали, то шини вважаються 32-розрядними, якщо 64 канали - шини 64-розрядні. Насправді шини будь-якої розрядності мають більшу кількість каналів. Додаткові канали призначені передачі специфічної інформації.

Кожна шина комп'ютера відрізняється від простого провідника тим, що має три типи ліній: лінії даних, лінії адреси, лінії управління.

По шині даних відбувається обмін між центральним процесором, встановленими в слоти картами розширення та оперативною пам'яттю комп'ютера.

Процес обміну даними можливий лише у тому випадку, коли відомий відправник і одержувач цих даних. Кожен компонент персонального комп'ютера і кожна комірка оперативної пам'яті мають свою адресу та входять до загального адресного простору. Для адресації якогось пристрою служить шина адреси, по якій передається унікальна адреса пристрою. Максимальний обсяг оперативної пам'яті залежить від розрядності адресної шини комп'ютера (числа ліній) і дорівнює 2ⁿ, де n – число ліній шини адреси. Наприклад, комп'ютери з процесором 80486 та вище мають 32-розрядну шину адреси, за допомогою якої можна адресувати 4 Гб пам'яті.

Для успішної передачі даних по шині недостатньо встановити їх на шині даних і встановити адресу на шині адреси. Потрібна ще низка службових сигналів, які передаються по шині управління комп'ютера.

Швидкодія кожної шини комп'ютера характеризується її пропускною спроможністю, максимально можливим обсягом інформації, що передається по шині в одиницю часу, і вимірюється в Мбайт/с або Гбайт/c. Пропускна здатність шини визначається добутком розрядності лінії даних та тактової частоти. Чим вища пропускна здатність, тим вища продуктивність усієї системи.

Насправді на пропускну здатність шини комп'ютера впливає безліч різноманітних факторів: неефективна провідність матеріалів, недоліки конструкції та складання та багато іншого. Різниця між теоретичною швидкістю передачі і практичною може становити до 25%.