www.amapro.cz & David Bazala [Digitální technika]

Otevře webové stránky AmaPro


Otevře hlavní stránku společnosti AmaPro
Internetové stránky určené pro studenty středních a vysokých odborných škol.


amapro.cz/odkazy Projekt eliminuje vyhledávání klíčových slov na komerčních stránkách a v e-schopech.



Nový projekt AmaPro Datová a adresová sběrnice

Počítač jako funkční celek má své srdce v procesoru. Samotný procesor přirozeně neobstarává celkovou činnost, ale z pohledu činnosti obstarává řízení procesů v počítači. Také se můžeme setkat s pojmem CPU nebo zprostředkovač. Procesor je spojen s ostatními prvky v počítači adresovou a datovou sběrnicí, po kterých se provádí veškerá komunikace. Mezi tyto prvky patří především operační a rozšířená paměť, řadič diskových mechanik, vstupně výstupní porty a pod. Procesor fyzicky vypadá jako integrovaný obvod s větším počtem vývodů. Jeho vývoj několikrát změnil formu jeho připojení na základní desku. Pro velký počet vývodů bylo nutno čtvercového řešení s velmi jemnými vodiči. Některé procesory byly přiletovány za základní desku, bez možnosti výměny. S postupným vývojem procesorů a dodržení kompatibility byla snaha o konektorové řešení. Je třeba si uvědomit, že 32 bitový procesor potřebuje pro plnou adresaci stejně širokou adresovou sběrnici. Zkusme si jen nakreslit 32 čar vedle sebe na papír a pak přemýšlejme o te Uvedli jsme si že procesor je připojen na adresovou sběrnici. V rámci procesoru se jedná o výstupní bránu A_OUT, nebo-li registr, ze kterého jsou paralelně z jednotlivých bitů vyvedeny vodiče na vývody procesoru, které jsou proletovány na sběrnici (piny) základní desky. Kombinace nastavená v registru A_OUT je propojena na adresovou sběrnici základní desky. Registr A_OUT je uvnitř procesoru, není součástí operační paměti, je to typ paměti RAM a velikost registru je dle šířky procesoru. Ačkoliv mluvíme o registru, musíme si uvědomit , že se jedná o seskládaný registr z 8 bitových paměťových buněk. Takže pro adresaci počítače pracující s 16 bitovou adr. sběrnicí je A_OUT registr složen ze dvou bajtů. A_OUT registr se dá nastavovat z jiných registrů v procesoru. Pomocí A_OUT registru a adresová sběrnice se procesor spojí s jakoukoli paměťovou buňkou ležící v jeho adresovém prostoru. Každá paměť. buňka má v paměti svou funkci a adresu. Chce-li procesor zjistit stav, nebo změnit stav paměťové buňky použije k tomu Pomalu se dostáváme k dalšímu registru, který je neméně podstatný jako A_OUT registr. Jedná se o D_INOUT registr, který tvoří spojení mezi datovou sběrnicí a procesorem. Jeho velikost je odvozená od šířky datové sběrnice, ale nejčastěji se jedná o osmibitové slovo. Jeho logické označení v assemlerovém jazyce není vedeno, neboť tvoří jen spojovací článek s matematicko-logickými registry (ALU). CPU si dle situace přesune obsah do registru, kterému je obsah určen. D_INOUT registr má podobnou strukturu jako A_OUT registr, s tím rozdílem, že je obousměrný. Datová sběrnice je taktéž rozvedena po základní desce a je vedena do všech paměťových buněk operační paměti.

Tyto dva registry A_OUT a D_INOUT jsou ve vzájemné spolupráci velmi důležité, neboť se starají o získávání a ukládání informací v rámci operační paměti. Jejich činnost lze popsat asi takto: Potřebuje-li procesor zjistit stav některé paměťové buňky, nastaví A_OUT registr na adresu potřebné buňky. Všechny ostatní buňky "sledují" stav adresové sběrnice a v případě shodnosti bitů se otevře vůči datové sběrnici. V našem případě se naadresovaná buňka otevře, ale ostatní mají pro datovou sběrnici stav vysoké impedance. Dle jiných stavových vodičů (PA, PB) se provede zápis na datovou sběrnici a následně se provede čtení z datové sběrnice registrem D_INOUT v procesoru. Zde se obsah přesune do příslušného registru.
Mezi další registry procesoru patří již uváděné matematicko-logické, do kterých se přesouvají informace z D_INOUT registru. Prioritní postavení má tzv. akumulátor nebo-li sřadač s označením registr A. Dle výbavy má procesor ještě další registry (B,C ..), které mohou mít speciální funkce. Obecně mluvíme ale o matematicko-logických registrech. Tyto registry mezi sebou provádějí určité logické operace, jako je AND, OR, EXOR a podobně. Ne všechny registry mezi sebou dělají všechny operace, ale obecně platí, že nejvíce operací lze dělat proti registru A. Často se setkáváme i s registry tzv. indexovými, které napomáhají při čítaní nebo odečítání. V procesoru je registr, který nazýváme stavový. V něm se odrážejí reakce na různé logické operace.

Aby procesor mohl provádět matematické operace s daty, musí obsahovat tzv. ALU (aritmeticko logická jednotka). Jedná se část procesoru, kde jsou pole nepodstatných registru, které mají proti sobě různé logické operace. Spojení s touto jednotkou je v rámci interní sběrnice procesoru CDSB, která je spojena i s jmenovitými registry.

Obr.1: Fyzické připojení pinů adresové a datové sběrnice do primárního pole registrů CPU

Na obr.1 jsou znázorněny piny vstupující do pouzdra procesoru. Před vlastním vstupem do prvního tzv. vybavovacího registru (D_INOUT a A_OUT) prochází vodiče spínacími členy, které propojují logické úrovně z vybavovacího registru na sběrnice rozvedené po základní desce. Tyto spínací členy jsou řízeny logickou hodnotou na pinu Hi-BL. Je-li na pinu Hi-BL aktivní logická úroveň, jsou sběrnicové piny uvedeny do stavů vysoké impedance. Tím umožňují použití sběrnice základní desky pro jiné elektrické přenosy informací. Stav vysoké impedance je tehdy, kdy elektrická hodnota pinu (vůči 0V) neovlivňuje hodnotu napětí na sběrnicovém vodiči a přitom aktuální hodnota napětí sběrnicového vodiče neovlivňuje vybavovací registr procesoru. Spínací členy pro datovou sběrnici jsou obousměrné. Struktura vybavovacího registru D_INOUT je vytvořena z osmi obousměrných paměťových buněk, které jsou řízeny pinem R/W. Jeho aktuální hodnota určuje směr toku dat, respektive elektrické obvody, pro zápis aktuální hodnoty na pinech datové sb CDSB vstupuje i do jednotky "budič sběrnice", který má za úkol seskládat adresní registr A_OUT do bitové šíře připojené adresové sběrnice. Ačkoliv je šíře sběrnice 16 bitová, jsou adresy fragmentovány na 1 bajtovou slabiku. Výstupní registr v rychlejších časových cyklech skládá výstupní logickou kombinaci generované adresy a ukládá její jednotlivé bity A0 až A15 do jednosměrných paměťových buněk, které jsou součástí registru A_OUT. Platnost bitů v A_OUT registrů potvrdí aktivní hodnotou logické úrovně na pinu PA. Obdobně je tomu i u datové sběrnice, kde platnost dat je uváděná logickou úrovní na pinu PD. Dle pinu R/W je platnost dat považována ze strany do nebo od procesoru.


Adresová sběrnice

Pomocí adresové sběrnice jsou propojeny všechny hlavní jednotky základní desky. Patří sem především operační paměť, DMA, řadič diskových mechanik, vstupně-výstupní porty a pod. Mezi hlavní parametry adresové sběrnice patří jeho fyzická a logická velikost. Mezi těmito pojmy trochu rozdíl. Fyzickou velikostí myslíme, kolik ve skutečnosti obsahuje vodičů. Technické parametry jsou založeny hlavně na vzdálenosti sousedících vodičů, jejich souležící vzdálenost a použité dielektrikum. Vše naznačuje možný vliv parazitní kapacity na taktovací kmitočet komunikace po sběrnici. Logické dělení spočívá ve skutečném přenosu adresy. Lze totiž použít slabší adresovou sběrnici a adresu rozložit na po sobě jdoucí data. Také na proudové zatížení sběrnice je nutno brát ohled. Většinou se používá slotová forma, kdy je volný konektor přímo spojen s procesorem, takže hrozí překračování výstupních proudů. Nejideálnější je použít posilovače sběrnice pro aktivní vstupně-výstupní brány nebo oddělení optočleny.

Na adresovou sběrnici jsou připojeny jak integrované obvody ze základní desky, tak i přídavné karty. Rozpis adresace procesoru by mohl působit dosti zmateně, neboť adresy po sobě jdoucí mohou být fyzicky rozházené. Pro dodržení určité kompatibility a standardu se po domluvě rozdělila adresace. Znamená to, že se určitým jednotkám přidělily adresy. Největší část adresace je přidělena operační pamětí. Dále je zapotřebí získávat informace o systému. Tuto paměť souhrnně nazveme systémovou. Patří sem také rutiny BIOSu. Část paměti je věnovaná řadiči. Přes tuto paměť komunikuje procesor s disketovou mechanikou. Získané informace je třeba zobrazit na monitoru. Další část paměti je věnovaná pro videokartu. Paměť rezervovaná pro kartu může být větší než je možno kartou použít. Klasický případ je použití staré grafické karty, která neumožňuje jemné rozlišení. Přirozeně adresová mapa při rozpisu je velmi obsáhlá. Patří se i velmi citlivé bity, jejíchž narušení by mohlo položit systém.

Adresovou sběrnici používají i jiné jednotky než procesor. Například DMA (direkt memory access) se stará o přesuny bloků dat v paměti. Ulehčuje tak práci procesoru, ten jenom zadá "odkud, kam a co". Sběrnici u PC počítačů můžeme chápat jako samostatné přepravní zařízení, o které si jiné jednotky žádají. Přirozeně nejvyšší prioritu má procesor.

Datová sběrnice

Datová sběrnice se od adresové liší především svou obousměrností. Její velikost bývá většinou 8 bitová. Pracuje synchronně s adresovou. Jejich společná činnost je řízena několika mezikroky, které zajišťují správnost adresace, uvolnění, potvrzení dat a podobně. Datová sběrnice má jeden velmi důležitý vodič vždy vedle sebe a je to R/W, který rozhoduje o směru toku dat. Datová sběrnice se logicky nedělí, neboť v současné době se používá pracovní slabika 8 bitová, což fyzicky není problém zajistit.

Adresová a datová sběrnice spolu dohromady tvoří velmi důležitý celek komunikace. Ačkoliv jsou elektrické procesy adresace, čekání na potvrzení a pod. složité, je práce sběrnice nejdůležitější činností počítače. Kdybychom chtěli specifikovat parametry sběrnic, budou to rychlost a datová výkonnost. Posuzovat rychlost je nutno ze dvou stran. Porovnáme-li rychlost diskových operací s rychlostí sběrnice, je sběrnice rychlejší. Vzhledem k tomu, že není problém současnou technologií vyrobit velmi rychlé procesory, pak rychlost sběrnice zpomaluje celkovou rychlost počítače. Je třeba brát ohled v jakém pracovní činnosti se počítač nachází. Výkon sběrnice je udáván v množství přesunu dat za jednotku času. V komunikačních systémech se udává přenos dat v kB/s. Pozor na to, že počítačová sběrnice je paralelní, tudíž podstatně rychlejší. Zde se v praxi spíše udává za kolik milisekund se přetáhne jeden megabajt v rámci adresovatelné paměti.

Abecední seznam všech článků Vyhledání pojmů ve článcích




Řazení typů součástek
Abecední katalog součástek
katalog_abc_soucastky.php
Přehled číslicových systémů
Popisuje logická hradla, jejich funkce a pravdivostní tabulky.
knihy/cislicove_systemy
Odkazník o digitále
Rejstřík klíčových slov pro digitální techniku ve vyhledávačích.
seznam/digitalni_technika
Mikroprocesory III.
Vlastní realizaci software a hardware řešení.
procesor_3/obsah_procesory3.php
Analogové součástky
Využití klasických elektronických součástek v obvodech
ar/konstrukce_ar_1/rejstrik.php
Zapojení kabelů
Popis vývodů a křížení různých propojovacích kabelů
konektory.php
Hledání součástky
Vyhledání součástky dle katalogového označení
vyhledavac_soucastek.php
Katalog součástek
Elektronické součástky a katalogy TESLA
tesla/index_tesla.php
Zapojení s IO
Stručné vysvětlení principů činnosti a popis vlastností těchto obvodů.
zapojeni_integrovane_obvody
Otevře stránky Fulltextové vyhledávání na celém serveru
Digitalizované odborné knihy
Velká encyklopedie pojmů a zkratek
Česko - anglicko - německý technický slovník
Klasický katalog firem, služeb a stránek
OnLine překladač  vět a textů (nepoužívá Google)
Stránky pro chvíle oddechu od studia, relaxace
Katalog českých firem dle technologií
Internetový odkazník
Otevře hlavní stranu pro oddíl digitálních technologií




 Wikipedie   Seznam stránek   Kapitoly témat   Významné servery   Klíčová slova 








Otevře hlavní stranu společnosti AmaPro

Všechna práva vyhrazena. Určeno jen pro osobní využití. Bez předchozího písemného souhlasu správce www.amapro.cz je zakázána jakákoli další publikace, přetištění nebo distribuce jakéhokoli materiálu nebo části materiálu zveřejněného na www.amapro.cz a to včetně šíření prostřednictvím elektronické pošty. Články, jejichž přímým autorem není amapro.cz lze publikovat pouze se souhlasem jejich majitelů či administrátoru příslušného webu.