Шины и контроллеры.

Для передачи двоичного кода центральный процессор и оперативная память компьютера соединены набором проводников, который называется шиной. С помощью этой шины процессор может извлекать, или считывать данные из оперативной памяти, посылая вместе с сигналом считывания адрес ячейки памяти. Подобным же образом центральный процессор может поместить или записать, данные в память, посылая вместе с сигналом записи адрес ячейки и данные, которые нужно сохранить в этой ячейке. Разработка шины для компьютера долгое время была сложной задачей. Например, электрические провода в шине могут вести себя, как небольшие антенны: ловить сигналы радио, телевидения и т. д., и тем самым нарушать связь между центральным процессором машины, оперативной памятью и периферийными устройствами. Кроме того, длина шины (около шести дюймов для настольных компьютеров) значительно превышает длину «проводов», находящихся внутри центрального процессора, длина которых измеряете в микронах. Следовательно, время, необходимое для того, чтобы сигнал прошел через шину гораздо больше времени, которое требуется для передачи сигнала в пределах центрального процессора. В результате технология создания шин всячески старается не отстать от технологии создания центральных процессоров. В современных компьютерах применяются самые разные шины, которые различаются такими характеристиками, как количество данных, передаваемых одновременно (разрядность), скорость, с которой можно изменить сигнал в шине, физические свойства соединения шины и платы контроллера. Разрядность шины определяется количеством двоичных разрядов, которые передаются одновременно (в настоящее время 64 бита).

Скорость передачи данных измеряется в битах в секунду. Существует два основных способа передачи данных: параллельный и последовательный. Этими терминами обозначают способ передачи битов относительно друг друга. В случае параллельной связи несколько битов передаются одновременно, каждый по отдельному проводнику (линии). Такая техника позволяет быстро передавать данные, но требует достаточно сложной линии связи. В качестве примера можно привести внутреннюю шину компьютера и большинство каналов связи между компьютером и периферийными устройствами, такими как запоминающие устройства и принтеры. В этих случаях скорость передачи данных измеряется в Мбит/с и выше.

При последовательной передаче за один раз передается только один бит. Такая техника передачи данных медленнее, но для нее требуется более простой канал связи, поскольку все биты передаются по одной линии, один за другим. Последовательная связь обычно используется для передачи информации между компьютерами, где более простой канал связи является более экономным.

Взаимодействие между компьютером и другими устройствами обычно происходит через контроллер. Контроллер представляет собой плату, которая вставляется в гнездо материнской платы (слот). Контроллер с помощью кабелей соединен с периферийными устройствами, находящимися внутри компьютера, или с соединительными разъемами (портами), к которым подключаются внешние устройства. Для того чтобы послать цепочку битов контроллеру, прежде всего ее нужно поместить в один из регистров общего назначения процессора, после чего выполнить команду, подобную команде сохранения, чтобы «сохранить» код в контроллере. Точно так же, для того чтобы получить цепочку битов от контроллера, исполняется команда, похожая на команду загрузки. В некоторых компьютерах предусмотрены дополнительные коды операции для этих действий. Команды с такими кодами называются командами ввода-вывода. Команды ввода-вывода находят контроллер с помощью системы адресации, подобной системе адресации оперативной памяти. А именно, каждому контроллеру соответствует уникальный набор адресов (адреса ввода-вывода), которые используются в командах ввода-вывода для указания контроллера-адресата. Набор адресов, соответствующих контроллеру, называется портом, так как они представляют собой «место» через которое информация входит в компьютер и выходит из него. Поскольку адреса ввода-вывода могут иметь такой же вид, как адреса ячеек оперативной памяти, шины компьютеров снабжены сигналом, который показывает, передается сообщение в оперативную память или в контроллер. Следовательно, на команду ввода-вывода: отослать содержимое регистра определенному контроллеру, центральный процессор будет реагировать так же, как на команду отослать цепочку битов в определенную ячейку памяти, только при этом он выставит сигнал, который сообщит устройствам, подключенным к шине, что цепочка битов предназначена для такого-то контроллера, а не для оперативной памяти. [1, 8]