Структура шины: Конструкция шины

Содержание

что шина говорит о проблемах автомобиля — журнал За рулем

Это может быть и техническая неисправность, и жалоба на слишком резкую манеру вождения.

Многие автомобилисты смотрят на шины мельком и с одной целью — быстренько оценить визуально, не спущено ли колесо. А те, у кого машина посовременнее, с системой контроля давления, наверное, не делают и этого. Зря! Состояние протектора может рассказать о многом. А халатное отношение обернется двойными потерями: заплатите не только за ремонт основной неисправности, но и за убитые шины. Причем вторая статья расхода может оказаться в разы внушительнее.

Износ центральной части протектора

Стершийся рисунок по центру сигнализирует о перекачанных колесах. Снизьте давление до рекомендованного производителем автомобиля, и проблема уйдет. Протектор, конечно, не нарастет, но момент списания резины отложите.

Износ обеих боковых частей протектора

Материалы по теме

Тоже не в порядке давление. На этот раз оно слишком низкое: центр «проваливается», и колесо опирается на края. За счет жестких боковин шины они держат нагрузку.
В обоих случаях страдают управляемость и торможение, потому что шина не имеет расчетного пятна контакта с дорогой. Лучше использовать профессиональный компрессор. Те манометры, что установлены на недорогих компрессорах, часто врут.

Износ внутренней или внешней стороны протектора

Самый простой рецепт — посетить стенд регулировки и выставить развал колес. Настройки «уходят» не только после работ по подвеске, но и от возраста. Их долговечность зависит от конкретной модели и условий езды. На разбитой дороге все случится быстрее.

Износ шины с диагональными следами

Такой характер повреждений свидетельствует о нарушении схождения колес. Машина едет прямо, а шины стоят под углом. Нормального вращения нет, и асфальт протирает протектор по диагонали. Износ может наблюдаться по всей ширине рабочей поверхности или по краям. В последнем случае сбиты еще и углы развала.

Два этих типа износа могут быть следствием и неисправностей в подвеске. Все зависит от ее архитектуры и предусмотренных заводом регулировок. Например, из личного опыта: на древнем Volkswagen Golf Country износ внутренней окружности задних шин вылечился заменой уставших пружин и амортизаторов. Вместе с «осанкой» у машины автоматически исправилась и «поступь».

Износ пятнами и полосами, проявление «ям» на протекторе

Надо проверять балансировку колес, тормоза и ходовую часть. Причиной может стать любая их деталь. Но справедливости ради отмечу, что при таких дефектах шин сложно не заметить отклонения в поведении автомобиля. В частности, чтобы убить разбалансировкой колес протектор, нужно проездить с вырывающимся из рук рулем не одну тысячу километров. В результате замены потребуют еще и детали подвески.

Мы подготовили небольшую памятку различных типов износа шин:

Впрочем, есть и другие варианты износа покрышек, причиной которой не является неисправность автомобиля.

Обычный преждевременный износ шин

Материалы по теме

Нередко водители видят проблему в том, что резина изнашивается равномерно, но слишком быстро. Это не признак неисправности автомобиля. Если активно «уходит» только пара ведущих колес, стоит пересмотреть манеру вождения. Ну или смириться, что «спортсменам» езда на машине обходится дороже во всех аспектах.

Если же достаточно быстро стираются все четыре колеса, вам не повезло с выбором модели шин. Для некоторых шин, которые обеспечивают отменные сцепные свойства, характерен малый ресурс. Одно без другого, как вы понимаете, невозможно. Впрочем, бывает, что быстро изнашиваются и те шины, которые нельзя похвалить за выдающиеся управляемость или торможение.

Трещины на протекторе

А вот это уже не вина машины или водителя. Таким способом резина намекает на то, что свое отходила. У нее по-прежнему может быть «жирный» протектор, но все же это звоночек: ездить пока можно, но уже присматривайте шины на замену. Обычно проявляется на летних шинах после 5–6 лет. Чуть позже появляется биение руля на ходу. Балансировка не поможет. Причина в том, что деформировалась силовая структура шины: вылезла грыжа или корд «пошел винтом». Вариант один — покупка новых шин. И побыстрее, пока дисбаланс не привел к неисправности подвески.

На что влияет жёсткость шины?

Жёсткость шины – величина, которая не входит в перечень показателей, обязательных к декларированию шинными производителями, как, например, размер шины, её индекс скорости и нагрузки, а также сцепление на мокрой дороге, уровень шума и сопротивление качению. Жёсткость шины – это её амортизирующая способность, которая зависит от толщины слоев, применяемых в шине, используемых материалов, размеров самой шины, и, следовательно, от внутреннего объёма шины и давления сжатого воздуха в ней.

Если вернуться к функциям шины, то среди них есть и амортизирующая, призванная снижать неровности покрытия и вибрации, то есть делать езду на шине более комфортной. Таким образом, говоря о жёсткости шины, мы говорим о неком показателе, к снижению которого стремятся производители. При этом существует жёсткость, которая либо необходима для эффективной работы шины, либо является следствием применяемых технических решений.

Рассмотрению этого и будет посвящён данный материал.

Жёсткость – необходимость

В существующей классификации шин представлены и шины для активного или спортивного вождения. При создании таких шин, жёткость структуры протектора – это необходимость. Так как одним из ключевых показателей спортивных шин является управляемость — отклик шины на изменения положения рулевого колеса и мгновенное выполнение заданной траектории, а также сохранение контроля над всеми осями автомобиля при выполнении очень сложных манёвров. Для этого необходима жёсткая шина, а если точнее, то необходима шина с жёсткой структурой построения, в которую будут входить и крупные широкие блоки протектора, собранные в единый рисунок, узкие водоотводные каналы, особые жёсткие резиновые смеси, специально подготовленный каркас. Единство вышеуказанных элементов наделяет шину необходимой спортивным шинам жёсткостью, что приводит к увеличению управляемости шины, относительно шин, предназначенных для спокойного городского вождения.

Жёсткость структуры необходима и зимним шинам, которые, благодаря применению более мягких резиновых смесей, будут иметь большую амортизирующую способность. Подобная «мягкость» протектора может существенно снизить показатели не только управляемости, но и эффективности торможения, от чего, в конечном случае, пострадает безопасность. Поэтому протектор зимних шин формируют таким образом, чтобы при сохранении необходимой для отрицательных температур мягкости резиновой смеси, иметь жёсткую структуру протектора, что позволит улучшить не только сцепление шины на льду, но и управляемость в общем, а также работу шины на асфальте. В этом случае начальным элементом жёсткости выступают ламели – микропрорези на протекторе, которым придают сложную форму не только на поверхности, но и внутри блоков протектора.

Жёсткость – следствие

Вышеупомянутые шины для спортивного вождения имеют высокую управляемость благодаря жёсткости структуры шины. Именно у этого типа шин жесткость является следствием применяемых технических решений. Также более жесткими будут и низкопрофильные шины, которые из-за меньшего объема воздуха внутри колеса в сборе также будут иметь меньшие амортизирующие свойства.

Внимание! Чтобы увеличить комфортность езды на автомобиле с низкопрофильными шинами нужно уменьшить посадочный диаметр самих шин. Большинство автомобилей допускают такую возможность, а варианты разрешенных размеров указаны в технической документации автомобиля и/или на самом автомобиле.

К списку жёстких шин можно отнести и шины, выполненные по самонесущей технологии (например, Zero Pressure у компании MICHELIN). В данном случае жёсткость — следствие применения более толстых боковых стенок шины, снижающих амортизационную способность самих шин. Поэтому рекомендуется использование самонесущей шины исключительно на автомобилях, которые были оснащены данным типом шин на заводе. В этом случае о настройках подвески позаботился автопроизводитель, а значит эксплуатация автомобиля будет более комфортной, чем в случае, когда автомобильная компания не рекомендовала использовать самонесущие шины.

Жёсткость – результат неправильной эксплуатации

В некоторых случаях к излишней жёсткости шин приводит неправильная эксплуатация. Есть несколько самых распространенных примеров:

— превышение давления в шинах

— использование старых, бывших в употреблении, шин 

Контроль давления в шинах необходимо проводить регулярно. Но большинство водителей про эту рекомендацию забывают, что, как правило, приводит к эксплуатации шин с давлением ниже рекомендованного. Но также бывают случаи, когда шины перекачены. Увеличение объема воздуха в шине, которая рассчитана на меньший объем, приводит к неправильному и излишнему напряжению боковых стенок, что существенно снижает способность шины выполнять амортизирующую функцию. И только регулярный контроль давления в шине поможет избежать подобного неприятного опыта.

Использование старых, бывших в употреблении, шин также может привести к увеличению ненужной жёсткости. Покупая шины после чьей-то эксплуатации, нельзя быть уверенным в том, что шина эксплуатировалась и хранилась в надлежащих условиях. А длительное хранение шин на открытом воздухе, под воздействием солнечных лучей или вблизи от нагревательных элементов может привести к тому, что резина шины будет твердеть, по своим свойствам напоминая пластик. Данное изменение структуры резины неизменно приведет к увеличению жёсткости шины и снижению комфорта при вождении.

Шина – не единственный элемент автомобиля, влияющий на жёсткость

Шина играет важную, но не основную роль в комфортном передвижении по дороге. Н

астройки автомобиля и его особенности, состояние подвески и иных элементов автомобиля оказывают куда более существенное влияние на плавность хода и на комфорт при движении. Поэтому прежде чем задумываться о смене шин (например, спортивных или самонесущих) на более комфортные, необходимо проверить сам автомобиль, обратившись в специализированный центр.

Аттракцион жёсткости 

Компания Мишлен придумала специальный аттракцион. Суть его заключается в том, что у вас есть возможность прокатиться в коляске, оснащённой шинами, и коляске, на которой шины не предусмотрены. Это сделано для того, чтобы на собственном опыте убедиться в существенном влиянии амортизирующих свойств шины на жёскость езды в целом.

Структура и функция шин — БашЛидер

1. Протектор 
Материал: производные каучука. 
Функции: Протектор служит для надежного и эффективного сцепления с дорожным покрытием в любых погодных и дорожных условиях. Иногда при изготовлении протектора комбинируют разные материалы и делают его двухслойным: поверхностный слой и основной. Основной слой более теплопроводный и служит для уменьшения температуры шины, а также для уменьшения сопротивления качению.

2. Стальной пояс 
Материал: стальной корд в резиновой основе.  
Функции: Увеличивает стабильность движения, уменьшает сопротивление качению, обеспечивая продолжительный срок службы. Обеспечивает сохранение структуры шины.

3. Стальной кожух 
Материал: стальной корд. 
Функции: Обеспечивает сохранение формы шины и ее гибкостные характеристики. Существенно определяет комфорт движения.

4. Внутренний слой 
Материал: производные каучука. 
Функции: Решающий фактор предотвращения диффузии воздуха и поддержании влажности в бескамерных шинах.

5. Боковина 
Материал: производные каучука. 
Функции: Защита от боковых ударов и неблагоприятных погодных условий.

6. Укрепление кольцевого стержня 
Материал: нейлон, арамид, стальной корд. 
Функции: Обеспечение правильного взаимодействия нитей стального корда и кольцевого стержня, предотвращает избыточное давление на кольцевой стержень со стороны корда.

7.Кольцевой стержень 
Материал: стальной стержень в резиновой оболочке. 
Функции: Определяет правильную герметичную посадку шины на колесе. 

Автошины, автокамеры, домкраты, запчасти и автопринадлежности для грузовиков  КРАЗ, УРАЛ, КАМАЗ, МАЗ, ЗИЛ, а также запчасти на ЗИЛ бычок по выгодным ценам в Уфе реализует Торговый Дом «Башлидер». В каталоге товаров представлено более 10 000 наименований автодеталей и аксессуаров. За консультациями по любым вопросам обращайтесь к нашим специалистам по телефону 246-14-10.

Диагональное и радиальное строение мотошин

Большое разнообразие двухколесных транспортных средств, будь то мощный спортивный мотоцикл или небольшой городской скутер, объединяет одна общая черта – все они нуждаются в качественных, правильно подобранных под условия эксплуатации шинах. Для того чтобы иметь возможность удовлетворить потребности любого транспортного средства инженеры разработали два типа шин. Подобно конструкции автомобильных шин, мотошины различают на диагональные (Bias) в которых нити корда расположены под углом к радиусу колеса, и радиальные (Radial).

Каркас диагональных шин состоит из диагонально расположенных нитей корда. Нити корда укладываются поперек под углом радиуса колеса. Структура таких шин однородна: центральная часть покрышки и ее боковые части обладают одинаковыми свойствами. В радиальных шинах нити корда расположены продольно. Кроме того, центральная часть состоит из нитей, образующих собой защитный слой. Боковые и центральная части шины обладают разными свойствами. Благодаря более гибкой боковине, центр протектора радиальной шины обеспечивает надежное сцепление с дорожным покрытием. При этом площадь пятна контакта значительно шире, но не такая длинная, как у диагональной шины, благодаря чему при наклоне под острым углом улучшается сцепление шины с дорогой в повороте. Давление в пятне контакта радиальной шины распределено более равномерно, что, в конечном счете, обеспечивает однородный износ шины. Благодаря гибким боковым частям, радиальные шины смягчают все дорожные неровности при высокоскоростной езде, тем самым делая вашу поездку более комфортной.

Диагональные шины из-за более жестких боковин лучше подходят для тяжелых мотоциклов. При высокой скорости структура диагональной шины деформируется, что сказывается на управляемости мотоцикла. Радиальная же шина благодаря дополнительной защитной ленте, расположенной по всей окружности, остается устойчивой. Как мы видим, шины с диагональной структурой больше подходят для мотоциклов, двигающихся на небольшой скорости, оснащенных двигателем малого или среднего размера и достаточно мягкой подвеской. Также диагональная шина подойдет для тяжеловесных или сильно нагруженных мотоциклов. Шины радиальной структуры подходят для более мощных спортивных моделей и мотоциклов с жестким шасси. Такие шины способны выдерживать скорость до 150 миль/час (примерно 240 км/час).

Некоторые модели мотошин объединили в себе элементы радиального и диагонального строения. Это позволило достичь лучшего соотношения высокой грузоподъемности и комфорта. Такая конструкция каркаса даёт необходимую устойчивость и стабильность для тяжёлых мотоциклов и комфорт в дальних поездках. Ярким примером стала модель мотошин Michelin Pilot Road 4 в строении каркаса которой была использована уникальная технология 2AT (Dual Angle technology).

Шины: профиль, нагрузка, требования

Задачами шин является обеспечение контакта между автомобилем и дорожным покрытием, передача движущих и тормозных сил, передача боковых сил, передвижение автомобиля и груза, удержание автомобиля на поверхности дороги, поддержание комфортных условий для функционирования автомобильной подвески. В LCMS ELECTUDE шинам посвящён отдельный модуль. Предлагаем ознакомиться с учебным содержанием модуля.

Назначение шины

Основной задачей шин является обеспечение контакта между автомобилем и дорожным покрытием.

К их второстепенным задачам относятся:

  • Передача движущих и тормозных сил.
  • Передача боковых сил.
  • Передвижение автомобиля и груза.
  • Удержание автомобиля на поверхности дороги.
  • Поддержание комфортных условий для функционирования автомобильной подвески.

Структура шины

Шина состоит из следующих частей:

  • Протектор. Часть шины, контактирующая с дорогой.
  • Каркас. Это рама, обеспечивающая прочность шины. 

    Существует два вида каркасов: радиальные каркасы, в которых слои корда проходят перпендикулярно бортам шины и диагональные каркасы, в которых слои корда пересекаются друг с другом.

    • Боковина. Защищает каркас от повреждений.
    • Плечевая зона. Соединяет протектор с боковиной.
    • Борт. Часть шины, прилегающая к ободу.
    • Брекер. Находится между каркасом и протектором и обеспечивает жесткость протектора радиальной шины.

    Нагрузка на шину

    Во время движения автомобиля на шины производится следующая нагрузка:

    • В продольном направлении: движущие силы, тормозные силы.
    • В поперечном направлении: боковые силы.
    • В вертикальном направлении: вес автомобиля, неровности на поверхности дороги.

    Профиль протектора шины

    Шины имеют профиль. Существуют различные типы профилей:
    • Поперечный профиль протектора: предназначен для восприятия сил в направление движения автомобиля.
    • Продольный профиль протектора: предназначен для восприятия продольных сил.
    • Комбинированный профиль протектора шин: поперечный профиль протектора шины комбинирован с продольным профилем.
    В дополнение к наиболее распространённым комбинированным профилям протектора существуют другие профили, подходящие для определённых дорожных условий:
    • Всесезонная шина (англ. MS tyre), или, как её ещё называют, грязевая и снежная шина.
    • Тяговая шина, предназначена специально для очень рыхлого грунта.

    Требования к шине

    Каждый вид шины должен отвечать определённым требованиям, которые зависят от цели использования шин.
    Требования, способствующие экономии:
    • Долгий срок службы.
    • Низкое сопротивление качению.
    • Хорошая цена.
    Экологические требования:
    • Возможность повторного использования.
    • Низкий уровень шума.
    Требования безопасности:
    • Достаточное сцепление с дорогой.
    • Стойкость к повреждениям.
    Требования комфорта:
    • Низкий уровень шума.
    • Обеспечение комфортабельной поездки.

    Бескамерные и камерные шины

    Существует два вида шин:
    • Камерные шины: шина с камерой внутри. Они редко используются.
    • Бескамерные шины: шины без камеры внутри. Борт шины герметично прилегает к ободу. У этих шин есть герметичный резиновый слой на внутренней стороне.

       Кроме обучающего материала в системе ELECTUDE по данной теме, как и в других разделах и модулях, обучающимся доступен контрольный тест.

Четыре факта о «лунных» шинах Bridgestone | Colesa.ru

В апреле 2019 года Bridgestone объявила, что примет участие в космической миссии вместе с Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) и компанией Toyota и разработает шины, пригодные для использования на Луне. Новый луноход, получивший название Lunar Cruiser, будет использовать топливные элементы и системы беспилотного вождения, а Bridgestone сейчас создает для него шины, призванные обеспечить экипажу безопасность и комфорт во время передвижения по лунной поверхности. 

Lunar Cruiser

«Поскольку условия на Луне существенно отличаются от земных, шины, которые контактируют с лунной поверхностью, должны отвечать специфическим требованиям. При этом, чтобы успешно завершить исследовательскую миссию, необходимо, чтобы шины не только эффективно работали, но и выдерживали нагрузки при передвижении на большие расстояния», — говорится в блоге Bridgestone, где также были обнародованы четыре факта о новых «лунных» шинах.

1. Для условий Луны необходима полностью металлическая конструкция
Перепады температур на Луне составляют от -170 до 120°C, и нужно также учитывать высокоэнергетическое радиационное излучение, называемое космическими лучами, поэтому материалы из резины не смогут выдержать длительного использования и разрушатся. По этой причины шины будут изготавливаться полностью из металла.

2. Шины обладают эластичной, но прочной структурой
Обычные шины выдерживают вес автомобиля при помощи накачанного внутрь воздуха, но поскольку в космосе такой возможности нет, шины получили металлическую структуру, которая обладает необходимой эластичностью, хотя и изготовлена из твердого металла и должна выдержать 10 000 км в соответствии с требованиями миссии.

3. Сдвоенные шины увеличивают пятно контакта с лунной поверхностью
Лунная поверхность покрыта очень мелким песком, который называется реголит, и транспорт, оказывающий на грунт высокое давление, может зарыться в него и лишиться возможности двигаться. По этой причине луноход, как, к примеру, крупные тяжелые грузовики, будет оснащаться сдвоенными шинами, что позволит увеличить пятно контакта. За счет этого давление распределяется по увеличенной площади, а зона контакта будет примерно в шесть раз больше в сравнении со стандартными автомобильными покрышками.  

4. Своим дизайном шины обязаны верблюдам
Структура шин была позаимствована у ступней верблюдов, которые позволяют им перевозить тяжелые грузы в условиях пустыни, а сверху шины по всей поверхности будут покрыты «пушистыми» материалами, такими как стальная вата. За счет этого давление в пятне контакта будет распределяться еще более равномерно.

В данный момент Bridgestone проводит тесты шин с использованием мотовездехода на песке и в различных сложных условиях, в том числе оценивая их возможность подниматься по склонам. 

«Поскольку проводить эксперименты в космосе возможности нет, необходимо тщательно проанализировать свойства шин и провести многочисленные испытания до запуска миссии», — говорят в компании.

Nokian Hakka Blue 2 SUV

Чемпион мокрых дорог

Летняя шина Nokian Hakka Blue 2 SUV является безопасным и надежным выбором для спортивных автомобилей и кроссоверов. Самой важной характеристикой шины является превосходное сцепление на мокрой дороге, что делает движение легким и удобным даже в дождливую погоду. Надежная структура шины и сверхпрочные боковины, укрепленные волокнами армида, обеспечивают защиту от ударов и порезов во время движения.

 

Свойства:

  • КОНТРОЛЬ И СТАБИЛЬНОСТЬ
  • ВЫСОКИЙ УРОВЕНЬ КОМФОРТА
  • ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ

Инновации:

Надежность и износостойкость в непредвиденных ситуациях

Технология Nokian Tyres Aramid Sidewalls. Резиновая смесь боковин шины обладает исключительной износостойкостью и защитой от проколов, так как в состав смеси добавлено ультра-прочное арамидное волокно. Арамид используется в авиационной и в военно-промышленной индустрии. Арамидное волокно укрепляет резиновую смесь боковин, делая ее более устойчивой к разрыву при внешних ударах и при наезде на препятствия.  

Эффективно отводят воду из пятна контакта

Ламели Dry Touch 2 эффективно отводят воду из пятна контакта. Вода отводится в широкие центральные канавки шины и далее из нее. Конструкция обеспечивает высокий уровень сцепления даже при использовании изношенной шины.

Улучшает сцепление на мокрой дороге и снижает расходы на топливо

Гибридный состав резиновой смеси Nokian Hakka Blue Hybrid SUV улучшает сцепление на мокрой дороге и снижает расходы на топливо. Более жесткий состав резины предназначен для использования на бездорожье, обеспечивает более уверенное управление и повышает сопротивляемость износу.

Большая безопасность, снижение риска аквапланирования

Индикатор степени износа протектора на центральном ребре шины показывает остаточную глубину канавки. По ряду цифр на протекторе шины можно определить остаточную глубину канавки в миллиметрах. Цифры исчезают одна за другой по мере износа протектора.

Большая безопасность, снижение риска аквапланирования

На боковине шины Nokian Hakka Green 2 есть специальный информационный участок, на котором можно сделать отметку о рекомендуемом давлении и положении шины на автомобиле, а также указать момент затяжки болтов для легкосплавных дисков.

 

 

Типоразмер шины

В. С помощью соответствующих диаграмм объясните структуру шины компьютерной системы?

Bigg Boss

Проверьте это один раз.

Bigg Boss

Структура шины: Группа линий, которая служит соединительный путь для нескольких устройств называется шиной. несут данные, шина должна иметь линии для адресации и управления.

В компьютерной архитектуре шина является подсистема, которая передает данные между компьютерными компонентами внутри компьютера или между компьютерами

А предусмотрена конструкция компьютерной шины, позволяющая заменять съемные модули во время работы компьютера, в которых предусмотрены средства для предварительной зарядки линии вывода сигнала в пределах заданного диапазона до использования линии вывода сигналов для передачи сигналов, и, кроме того, предусмотрены средства свести к минимуму искрение на выводах, предназначенных для передачи мощности и сигналов разъем. В конкретном варианте осуществления длина штифта, то есть расстояние между вилками и охватывающие компоненты разъема, подразделяются на длинные штифты и короткая длина булавки. Заземляющие соединения и силовые соединения для каждого напряжения уровень присваивается большим длинам штифтов. Сигнальные соединения и секунда подключение питания для каждого уровня напряжения закреплено за короткими выводами. Схема предварительного заряда / предварительного смещения состоит из резисторного делителя, подключенного между источник питания и заземление с помощью ответвителя с высоким сопротивлением, подключенного к назначенному сигнальный контакт, к которому подключен зарядный конденсатор или аналогичный представляющий емкость сигнальной линии.Смещение применяется к цепи предварительной зарядки / предзарядки на время, достаточное для предварительной зарядки сигнальная линия до желаемого уровня нейтрального сигнала между ожидаемым высоким и низким значения сигналов до подключения короткого контакта к его ответной части . .

Ранний компьютерные автобусы были буквально параллельны электрическим автобусы с несколькими пересечениями, но теперь этот термин используется для обозначения любых физических расположение, обеспечивающее те же логические функции, что и параллельный электрический автобус. Современные компьютерные шины могут использовать как параллельный, так и последовательный бит. подключения, и может быть подключен как в многоточечном, так и в многоточечном режиме. (электрическая параллель) или топология гирляндной цепи, или подключены коммутируемыми хабами, как в случае с USB.

Описание шины :

в одно время «шина» означала электрически параллельную систему с электрические проводники, аналогичные или идентичные контактам на процессоре. Это не дольше дело, и современные системы стирают границы между автобусами и сети.

Шины могут быть параллельными шинами, по которым передаются слова данных в параллельно по нескольким проводам или по последовательным шинам, по которым данные передаются в последовательной битовой форме. В добавление дополнительных подключений питания и управления, дифференциальных драйверов и данных соединения в каждом направлении обычно означают, что у большинства последовательных шин больше проводов, чем минимальный, используемый в последовательных шинах 1-Wire и UNI / O.По мере увеличения скорости передачи данных возникают проблемы смещения во времени, потребляемая мощность, электромагнитные помехи и перекрестные помехи через параллельные автобусы становится все труднее обойти. Одно частичное Решением этой проблемы стало удвоение прокачать автобус. Часто последовательная шина может работать на более высоких общая скорость передачи данных по сравнению с параллельной шиной, несмотря на меньшее количество электрических соединений, потому что последовательная шина по своей сути не имеет временного сдвига или перекрестных помех. USB, FireWire и последовательный ATA примеры этого.Многоточечные соединения не работают для быстрой последовательной передачи данных автобусы, поэтому в большинстве современных серийных автобусов используются гирляндные цепи или концентраторы.

Большинство компьютеров имеют как внутренние, так и внешние автобусы. Внутренняя шина соединяет все внутренние компоненты компьютер к материнской плате (и, следовательно, ЦП и внутренняя объем памяти). Эти типы автобусов также называют местными автобусами, потому что они предназначены для подключения к локальным устройствам, а не к другим машины или внешние по отношению к компьютеру.Внешняя шина подключает внешнюю периферийные устройства к материнской плате.

Сеть такие соединения, как Ethernet, обычно не считаются шинами, хотя разница в основном концептуальная, а не практическая. Прибытие из такие технологии, как InfiniBand и HyperTransport еще больше стирает границы между сетями и автобусами. Даже линии между внутренним и внешним иногда бывает нечетко, I²C можно использовать как как внутренняя шина, так и внешняя шина (известная как ACCESS.автобус), и InfiniBand предназначен для замены обеих внутренних шин, таких как PCI а также внешние, такие как Fiber Канал. В типичном настольном приложении USB служит периферийной шины, но она также может использоваться в качестве сетевой утилиты и для возможность соединения между разными компьютерами, что снова стирает концептуальные различия.

3 белых яда — мы едим каждый день!

Ознакомьтесь с этой ценной информацией один раз.

YouTube Видео

Что такое структура шины в компьютерной архитектуре?

Шина в компьютере играет важную роль в соединении внутренних компонентов компьютера.Шина в компьютере — это общая среда передачи . Это означает, что несколько компонентов или устройств используют одну и ту же структуру шины для передачи информационных сигналов друг другу.

Одновременно только одна пара устройств может использовать эту шину для успешного взаимодействия друг с другом. Если несколько устройств передают информационный сигнал по шине одновременно, сигналы перекрывают друг друга и смешиваются.

Структура шины в компьютерной архитектуре

Системная шина обычно имеет от пятидесяти до сотен отдельных линий, каждая из которых предназначена для определенной функции.Эти строки могут быть разделены на три функциональные группы, т. Е. Строки данных, адресные строки и контрольные строки. Давайте обсудим их по очереди.

1. Строки данных

Строки данных координируют передачу данных между компонентами системы. Линии данных вместе называются шиной данных. Шина данных может иметь 32 линии, 64 линии, 128 линий или даже больше линий. Количество линий, присутствующих в шине данных, определяет ширину шины данных.

Каждая линия данных может передавать только один бит за раз. Таким образом, количество линий данных в шине данных определяет, сколько битов она может передавать за раз. Производительность системы также зависит от ширины шины данных.

2. Адресные линии

Содержимое адресных строк шины определяет источник или назначение данных, присутствующих на шине данных. Количество адресных строк вместе называется адресной шиной. Количество адресных строк в адресной шине определяет ее ширину .

Ширина адресной шины определяет объем памяти системы. Содержимое адресных строк также используется для адресации портов ввода-вывода. Биты более высокого порядка определяют модуль шины, а биты более низкого порядка определяют адрес ячеек памяти или портов ввода / вывода.

Всякий раз, когда процессору нужно прочитать слово из памяти, он просто помещает адрес соответствующего слова в адресную строку.

3. Линии управления

Адресные строки и строки данных являются общими для всех компонентов системы, поэтому должны быть какие-то средства для управления использованием и доступом к данным и адресным строкам.Управляющие сигналы, размещенные на линиях управления, управляют использованием и доступом к адресным линиям и линиям данных шины. Управляющий сигнал состоит из команды , и информации синхронизации . Здесь команда в сигнале управления указывает операцию , которая должна быть выполнена. И информация о синхронизации в управляющих сигналах указывается до тех пор, пока данные и адресная информация не станут действительными.

Контрольные строки включают строки для:

  • Запись в память: Эта команда заставляет данные на шине данных помещаться в адресуемую ячейку памяти.
  • Чтение памяти: Эта команда заставляет данные из адресуемой ячейки памяти помещаться на шину данных.
  • Запись ввода-вывода: Команда по этой управляющей линии заставляет данные на шине данных размещаться по адресуемый порт ввода-вывода.
  • Чтение ввода / вывода: Команда по этой управляющей линии заставляет данные из адресуемого порта ввода / вывода размещаться по шине данных.
  • Подтверждение передачи: Эта линия управления указывает, что данные были получены с шины данных или переданы по шине данных.
  • Запрос шины: Эта строка управления указывает, что компонент запросил управление шиной.
  • Предоставление шины: Эта строка управления указывает, что шина была предоставлена ​​запрашивающему компоненту.
  • Запрос прерывания: Эта строка управления указывает, что прерывания ожидают обработки.
  • ACK прерывания: Эта линия управления обеспечивает подтверждение, когда ожидающее прерывание обслуживается.
  • Часы: Эта линия управления используется для синхронизации операций.
  • Сброс: Битовая информация, передаваемая по этой линии управления, инициализирует все модули.

Если компонент, подключенный к шине, желает отправить данные другому подключенному компоненту, он сначала должен получить контроль над шиной, а затем он может передать данные другому компоненту по шине. То же самое происходит, когда компонент запрашивает данные у другого компонента.

Во время передачи данных между двумя компонентами один компонент действует как главный, а другой — как подчиненный.Устройство, инициирующее передачу данных, называется master и обычно это процессор, а иногда это может быть какое-то другое устройство или компонент. Компонент, к которому обращается главный компонент, называется подчиненным .

Время в автобусе

Как мы видели, линии управления шины также предоставляют информацию о времени вместе с командой. Что ж, способ получения информации о времени по линии управления можно разделить на две категории:

1.Синхронная шина

При использовании схемы синхронной шины все устройства или компоненты, подключенные к шине, получают информацию о синхронизации по линии управления, называемой тактовой частотой шины . По линии синхронизации шины часы передают чередующуюся последовательность единиц и нулей с регулярным интервалом. Здесь одиночная передача 1-0 рассматривается как тактовый цикл или цикл шины.

Все устройства или компоненты, подключенные к шине, могут считывать эту линию синхронизации шины, и все события начинаются в начале цикла синхронизации.Здесь передающий и принимающий компоненты синхронизируются с помощью часов. Данные отправляются или принимаются с постоянной скоростью и поэтому используются для высокоскоростной передачи.

2. Асинхронная шина

В этой схеме асинхронной шины передатчик и приемник не синхронизируются часами. Вместо этого передача данных контролируется с помощью протокола установления связи между главным и подчиненным компонентами.

Здесь компонент, инициирующий передачу данных i.е. Главный компонент, когда готов к передаче данных, указывает на это, активируя свою линию готовности мастера и помещая адрес и командную информацию по шине.

Затем все подключенные компоненты декодируют адрес в адресной строке, чтобы распознать, к какому компоненту обращается главный компонент.

Теперь адресованный компонент выполняет требуемую операцию и уведомляет процессор, активируя линию готовности подчиненного устройства. Как только мастер распознает активированную линию готовности подчиненного, он теряет контроль над шиной.

Таким образом, за возникновением одного события на шине следует и зависит от наступления предыдущего события.

Интерфейс ввода / вывода устройства ввода, подключенного к шине

В следующем разделе мы обсудим, как эти три вещи по шине декодируются интерфейсом ввода-вывода.

Каждый интерфейс устройства ввода-вывода имеет набор регистров с уникальными адресами. Каждый раз, когда процессор помещает адрес в адресную строку шины, он проверяется всеми устройствами, подключенными к шине.Какое бы устройство ни распознало этот адрес, оно будет реагировать на управляющие операции, выполняемые на управляющих линиях шины.

Процессор выполняет операцию чтения / записи по линиям управления шины, и данные, соответствующие операции чтения и записи, передаются по линиям данных шины. Учтите, что у нас есть клавиатура устройства ввода, и некоторые данные с клавиатуры должны быть переданы процессору, машинная инструкция для того же:

НАГРУЗКА R2, ДАННЫЕ

Здесь DATAIN — это регистр данных клавиатуры. Эта инструкция считывает содержимое регистра DATAIN клавиатуры и передает содержимое в регистр R2 процессора. Аналогично инструкция ниже:

МАГАЗИН R2, ДАННЫЕ

Здесь учтите, что регистр DATAOUT — это регистр данных устройства отображения. Таким образом, эта инструкция будет передавать содержимое регистра R2 процессора в регистр данных устройства отображения.

Регистр управления и регистр состояния интерфейса устройства ввода-вывода содержат информацию, относящуюся к операции, выполняемой на устройстве ввода-вывода или им.Декодер адреса, схема управления и регистры интерфейса ввода-вывода координируют передачу содержимого на устройство ввода-вывода или от него.

Итак, это все о структуре шины в компьютерной архитектуре. Мы видели, как шина играет жизненно важную роль в передаче данных.

типов компьютерных шин | Значение, компоненты, функции, структура

Типы компьютерных шин

В этой статье вы познакомитесь с различными типами компьютерных шин , топологиями, особенностями и функциями компьютерных шин и многими другими важными понятиями.

Компьютерная шина также известна как локальная шина, шина данных или адресная шина, шина — это связь между компонентами или устройствами, подключенными к компьютеру.

Шина, например, передает данные через материнскую плату между ЦП (центральным процессором) и системной памятью.

Связанная тема: — Компьютер полной формы

Что такое компьютерная шина?

Шина — это система связи в компьютерной архитектуре, которая передает данные между компонентами внутри компьютера или между компьютерами.

Термин охватывает все компоненты, относящиеся к аппаратному обеспечению (провод, оптическое волокно и т. Д.) И программному обеспечению, включая протокол связи.

Ниже приведены несколько пунктов для описания компьютерной шины: —

  • Шина — это группа линий / проводов, по которым передаются компьютерные сигналы.
  • Шина — это средство совместной передачи.
  • Строки назначаются для предоставления описательных имен. — передает одиночный электрический сигнал, например 1-битный адрес памяти, последовательность битов данных или управление синхронизацией, которое включает или выключает устройство.
  • Данные могут передаваться из одного места компьютерной системы в другое (между различными модулями ввода-вывода, памятью и ЦП).
  • Шина — это не только кабель, но и оборудование (архитектура шины), протокол, программа и контроллер шины.

Необходимо прочитать: — Типы компьютерных сетей

Какие компоненты состоят из шины?

Каждая шина имеет три различных канала связи.

Ниже приведены три компонента шины: —

  • Адрес шина , односторонний путь, который позволяет информации проходить только в одном направлении, несет информацию о том, где данные хранятся в памяти.
  • Шина данных — это двусторонний канал, по которому фактические данные (информация) передаются в основную память и из нее.
  • Управляющая шина содержит управляющие и временные сигналы, необходимые для координации всех действий компьютера.

Также прочтите: — Информационная безопасность

Функции компьютерной шины

Ниже приведены некоторые из функций компьютерной шины: —

  • Обмен данными — Все типы шин, используемых для передачи данных по сети между подключенными периферийными устройствами компьютера.Шины передают или отправляют данные в последовательном или параллельном режиме. Это позволяет обмениваться 1, 2, 4 или даже 8 байтами данных за раз. (Байт — это 8-битная группа). Шины классифицируются в зависимости от того, сколько битов они могут перемещать одновременно, то есть у нас есть 8-битные, 16-битные, 32-битные или даже 64-битные шины.
  • Адресация — шина имеет адресные линии, подходящие для процессоров. Это позволяет нам передавать данные в разные места в памяти или из них.
  • Питание — Шина подает питание на различные подключенные периферийные устройства.

Структура и топология компьютерных шин

Линии сгруппированы, как указано ниже —

  • Данные строк, передающих данные или инструкции между модулями системы
  • Адрес строк указывают получателя шины данные
  • Линии управления управляют синхронизацией и работой шины и модулей, связанных с шиной

Какие бывают типы компьютерных шин?

Обычно компьютеры имеют два типа шины: —

  • Системная шина — это шина, которая соединяет ЦП с основной памятью материнской платы.Системная шина также известна как внешняя шина, шина памяти, локальная шина или шина хоста.
  • Ряд шин ввода / вывода (I / O — это аббревиатура ввода / вывода), соединяющих различные периферийные устройства с ЦП. Эти устройства подключаются к системной шине через «мост», реализованный на чипсете процессоров. Другие названия шин ввода / вывода включают «шину расширения», «внешнюю шину» или «шину хоста».

Ниже приведены некоторые из типов шин расширения : —

ISA — промышленная стандартная архитектура

Промышленность Автобусы со стандартной архитектурой (ISA) по-прежнему являются одними из старейших автобусов, эксплуатируемых сегодня.

Хотя он был заменен более быстрыми шинами, ISA все еще имеет множество устаревших устройств, которые подключаются к нему, например, кассовые аппараты, станки с ЧПУ и сканеры штрих-кода.

После расширения до 16 бит в 1984 году ISA практически не изменилась. Были добавлены дополнительные высокоскоростные шины, чтобы избежать проблем с производительностью.

EISA — архитектура расширенного отраслевого стандарта

Обновление до ISA — это расширенная архитектура отраслевого стандарта или EISA. Это удвоило количество каналов данных с 16 до 32 и позволило использовать шину более чем одним ЦП.

Хотя он глубже, чем слот ISA, он такой же ширины, что позволяет подключаться к нему более старым устройствам.

Когда вы сравниваете контакты на ISA с картой EISA (золотая часть карты, которая входит в слот), вы можете обнаружить, что контакты EISA длиннее и тоньше. Это быстрый способ решить, есть ли у вас карта ISA или EISA.

MCA — Архитектура микроканалов

IBM разработала эту шину в качестве замены ISA при разработке ПК PS / 2, выпущенного в 1987 году.

Автобус имеет некоторые технологические усовершенствования по сравнению с шиной ISA. MCA, например, работал на скорости на 10 МГц быстрее и поддерживал 16-битные или 32-битные данные.

Одним из преимуществ MCA было то, что сменные карты были конфигурируемым программным обеспечением; это означает, что им требовалось минимальное вмешательство пользователя во время настройки.

VESA — Ассоциация стандартов видеоэлектроники

Локальная шина Ассоциации стандартов видеоэлектроники (VESA) была создана, чтобы разделить нагрузку и позволить шине ISA обрабатывать прерывания, а порт ввода / вывода (ввод / вывод) и Шина VL для работы с прямым доступом к памяти (DMA) и памятью ввода-вывода.

Это было временное решение из-за его размера и других соображений. Шина PCI легко обогнала шину VL.

Карта VESA имеет ряд дополнительных контактов и длиннее, чем карты ISA или EISA.

Он был создан в начале 90-х, имел 32-битную шину и был временным исправлением, разработанным для повышения производительности ISA.

PCI — соединение периферийных компонентов

Шина PCI была разработана для решения проблем, связанных с шинами ISA и VL.PCI имеет 32-битный путь к данным и работает на половине скорости шины системной памяти.

Одним из его усовершенствований было предоставление подключенным компьютерам прямого доступа к машинной памяти. Это повысило эффективность компьютера при одновременном снижении способности ЦП к помехам.

Сегодняшние компьютеры в основном имеют слоты PCI. PCI считается гибридом ISA и VL-Bus, который обеспечивает прямой доступ к системной памяти подключенных устройств.

Используется мост для подключения к передней шине и ЦП, что обеспечивает более высокую производительность при одновременном снижении вероятности помех ЦП.

PCI Express (PCI-X)

Последний добавленный слот — PCI Express (PCIe). Он был разработан для замены шины AGP и PCI. Он имеет 64-битный тракт данных и базовую частоту 133 МГц, но включение полнодуплексной архитектуры было основным улучшением производительности.

Это позволило карте работать в обоих направлениях на полной скорости одновременно. Слоты PCI Express работают с 1X, 4X, 8X и 16X, обеспечивая PCI с наивысшей скоростью передачи среди всех форм слотов. Множитель определяет максимальную скорость передачи.

PCI Express имеет обратную совместимость, что позволяет карте 1X вставляться в слот 16X.

PCMCIA — Ассоциация производителей карт памяти для персональных компьютеров (также называемая шиной ПК)

Ассоциация производителей карт памяти для персональных компьютеров была создана для предоставления портативным компьютерам стандартной шины.

Но, по сути, он используется в небольших компьютерах.

AGP — порт ускоренной графики

Шина ускоренной графики (AGP) была разработана для удовлетворения растущих потребностей компьютеров в графике.Он имеет путь данных длиной 32 бита и работает на максимальной скорости шины.

Это удвоило пропускную способность PCI и уменьшило необходимость совместного использования шины с другими компонентами. Это означает, что AGP работает на частоте 66 МГц на обычной материнской плате вместо 33 МГц шины PCI.

AGP имеет базовую скорость 66 МГц, что вдвое увеличивает скорость PCI. Вы также можете получить слоты, которые работают со скоростью 2X, 4X и 8X.

Он также использует специальную сигнализацию, позволяющую передавать через порт вдвое больше данных с той же тактовой частотой.

SCSI — интерфейс малых компьютерных систем.

Интерфейс малой компьютерной системы — это стандартный параллельный интерфейс, используемый для подключения периферийных устройств к компьютеру компьютерами Apple Macintosh, ПК и системами Unix.

Наиболее распространенные типы компьютерных автобусов

Большинство перечисленных автобусов уже не используются или используются нечасто.

Ниже приведен список наиболее популярных шин: —

  • ESATA и SATA — Жесткие диски и дисковые накопители компьютера.
  • PCIe — видеокарты и компьютерные карты расширения.
  • USB — периферийные устройства для компьютера.
  • Thunderbolt — Периферийные устройства, подключенные с помощью кабеля USB-C.

Привет! Я Сахана Пай, у меня большой опыт работы в индустрии программного обеспечения. Я люблю писать и могу часами работать вместе. Написание контента всегда было моей страстью, и я люблю это делать. Мое хобби включает путешествия, ведение блога и приготовление еды.Я путешествовала по Индии и Европе, в моей семье есть муж и маленькая принцесса.

Другие популярные сообщения от автора: —

Структура автобуса, компьютерная организация и архитектура

Структура с одной шиной : В компьютерной архитектуре шина — это подсистема, которая передает данные между компонентами внутри компьютера или между компьютерами. Ранние компьютерные шины были буквально параллельными электрическими проводами с несколькими соединениями, но современные компьютерные шины могут использовать как параллельные, так и последовательные соединения.

Рисунок 1.3.1 Структура с одной шиной
Для достижения разумной скорости работы компьютер должен быть организован таким образом, чтобы все его устройства могли обрабатывать одно полное слово данных в данный момент времени. Когда слово данных передается между блоками, все его биты передаются параллельно, то есть биты передаются одновременно по многим проводам или линиям, по одному биту на строку. Группа линий, которая служит связующим звеном для нескольких устройств, называется шиной.Помимо линий, по которым передаются данные, на шине должны быть линии для адресации и управления. Самый простой способ соединения функциональных блоков — использовать одну шину, как показано на рисунке 1.3.1. Все агрегаты подключены к этой шине. Поскольку шину можно использовать только для одной передачи одновременно, только два устройства могут активно использовать шину в любой момент времени. Линии управления шиной используются для арбитража нескольких запросов на использование шины. Основное достоинство конструкции с одной шиной — ее низкая стоимость и гибкость для подключения периферийных устройств.Системы, содержащие несколько шин, достигают большего параллелизма в операциях, позволяя выполнять две или более передачи одновременно. Это приводит к повышению производительности, но требует более высоких затрат.

Части системной шины : Процессор, память, устройства ввода и вывода соединены системной шиной, которая состоит из отдельных шин, как показано на рисунке 1.3.2. Это:
(i) Адресная шина : Адресная шина используется для передачи адреса. Это однонаправленная шина.Адрес отправляется из ЦП в память и порт ввода-вывода и, следовательно, является однонаправленным. Он состоит из 16, 20, 24 или более параллельных сигнальных линий.
(ii) Шина данных: Шина данных используется для переноса или передачи данных в память и порты ввода-вывода и из них. Они двунаправленные. Процессор может читать строки данных из памяти и порта ввода / вывода, а также записывать данные в память. Он состоит из 8, 16, 32 или более параллельных сигнальных линий.
(iii) Шина управления: Шина управления используется для передачи сигналов управления с целью регулирования действий управления. Они двунаправленные. ЦП отправляет управляющие сигналы по шине управления, чтобы активировать выходы адресованных устройств памяти или портовых устройств. Вот некоторые из управляющих сигналов: MEMR (чтение из памяти), MEMW (запись в память), IOR (чтение ввода / вывода), IOW (запись ввода / вывода), BR (запрос шины), BG (разрешение шины), INTR (прерывание). запрос), INTA (подтверждение прерывания), RST (сброс), RDY (готовность), HLD (удержание), HLDA (подтверждение удержания),

Рисунок 1.3.2 Схема подключения шины
Устройства, подключенные к шине, сильно различаются по скорости работы.Некоторые электромеханические устройства, такие как клавиатуры и принтеры, относительно медленные. Другие устройства, такие как магнитные или оптические диски, работают значительно быстрее. Блоки памяти и процессоры работают с электронными скоростями, что делает их самыми быстрыми частями компьютера. Поскольку все эти устройства должны взаимодействовать друг с другом по шине, необходим эффективный механизм передачи, который не ограничен медленными устройствами и который можно использовать для сглаживания различий во времени между процессорами, памятью и внешними устройствами.

Общий подход состоит в том, чтобы включить в устройства буферные регистры для хранения информации во время передачи. Чтобы проиллюстрировать эту технику, рассмотрим передачу закодированного символа от процессора на символьный принтер. Процессор отправляет символ по шине в буфер принтера. Поскольку буфер представляет собой электронный регистр, этот перенос требует относительно мало времени. После загрузки буфера принтер может начать печать без дальнейшего вмешательства процессора.Шина и процессор больше не нужны и могут быть освобождены для другой деятельности. Принтер продолжает печатать символ в своем буфере и будет недоступен для дальнейших передач, пока этот процесс не будет завершен. Таким образом, буферные регистры сглаживают разницу во времени между процессорами, памятью и устройствами ввода-вывода. Они предотвращают привязку высокоскоростного процессора к медленному устройству ввода-вывода во время последовательности передач данных. Это позволяет процессору быстро переключаться с одного устройства на другое, переплетая свою обработку с передачей данных с участием нескольких устройств ввода-вывода.

На рисунке 1.3.3 показаны конфигурации традиционной шины, а на рисунке 1.3.4 показаны конфигурации высокоскоростной шины. Традиционное автобусное соединение использует три шины: локальную шину, системную шину и расширенную шину. Конфигурация высокоскоростной шины использует высокоскоростную шину вместе с тремя шинами, используемыми в традиционном шинном соединении. Здесь к высокоскоростной шине подключен кеш-контроллер. Эта шина поддерживает подключение к высокоскоростным локальным сетям, таким как оптоволоконный интерфейс с распределенными данными (FDDI), видео- и графические контроллеры рабочих станций, а также контроллеры интерфейса с локальными периферийными устройствами, включая SCSI.

Чтение: Автобус | Введение в компьютерные приложения и концепции

Ранние компьютерные шины представляли собой параллельные электрические провода с несколькими соединениями, но теперь этот термин используется для обозначения любого физического устройства, обеспечивающего те же логические функции, что и параллельная электрическая шина. Современные компьютерные шины могут использовать как параллельные, так и последовательные соединения, и могут быть подключены либо по многоточечной (параллельной электрической), либо по гирляндной топологии, либо соединены коммутируемыми концентраторами, как в случае USB.

Предпосылки и номенклатура

Компьютерные системы обычно состоят из трех основных частей: центрального процессора (ЦП), который обрабатывает данные, памяти, в которой хранятся программы и данные, подлежащие обработке, и устройств ввода-вывода (ввода-вывода) в качестве периферийных устройств, которые взаимодействуют с внешним миром. . Ранний компьютер мог использовать ручной процессор электронных ламп, магнитный барабан для основной памяти, а также перфоленту и принтер для чтения и записи данных. В современной системе мы можем найти многоядерный процессор, DDR3 SDRAM для памяти, жесткий диск для вторичного хранилища, графическую карту и ЖК-дисплей в качестве системы отображения, мышь и клавиатуру для взаимодействия, а также соединение Wi-Fi для работы в сети. .В обоих примерах компьютерные шины той или иной формы перемещают данные между всеми этими устройствами.

В большинстве традиционных компьютерных архитектур ЦП и основная память, как правило, тесно связаны. Микропроцессор обычно представляет собой одиночный чип, который имеет ряд электрических соединений на своих выводах, которые можно использовать для выбора «адреса» в основной памяти, и другой набор выводов для чтения и записи данных, хранящихся в этом месте. В большинстве случаев ЦП и память совместно используют сигнальные характеристики и работают синхронно.Шина, соединяющая ЦП и память, является одной из определяющих характеристик системы и часто называется просто системной шиной.

Можно разрешить периферийным устройствам обмениваться данными с памятью таким же образом, подключив адаптеры в виде карт расширения непосредственно к системной шине. Обычно это достигается с помощью какого-то стандартного электрического соединителя, некоторые из которых образуют шину расширения или локальную шину. Однако, поскольку разница в производительности между процессором и периферийными устройствами сильно различается, обычно требуется какое-то решение, чтобы периферийные устройства не снижали общую производительность системы.Многие процессоры имеют второй набор контактов, аналогичный тем, которые используются для связи с памятью, но могут работать с очень разными скоростями и с использованием разных протоколов. Другие используют интеллектуальные контроллеры для размещения данных непосредственно в памяти, концепция, известная как прямой доступ к памяти. Большинство современных систем сочетают оба решения там, где это необходимо.

По мере роста числа потенциальных периферийных устройств использование карты расширения для каждого периферийного устройства становилось все более неприемлемым. Это привело к появлению шинных систем, специально разработанных для поддержки нескольких периферийных устройств.Распространенными примерами являются порты SATA в современных компьютерах, которые позволяют подключать несколько жестких дисков без необходимости в карте. Однако эти высокопроизводительные системы, как правило, слишком дороги для реализации в устройствах низкого уровня, таких как мышь. Это привело к параллельной разработке ряда низкопроизводительных шинных систем для этих решений, наиболее распространенным примером является универсальная последовательная шина. Все такие примеры можно назвать периферийными шинами, хотя эта терминология не является универсальной.

В современных системах разница в производительности между процессором и основной памятью настолько выросла, что увеличивающийся объем высокоскоростной памяти встроен непосредственно в процессор, так называемый кэш. В таких системах процессоры обмениваются данными с помощью высокопроизводительных шин, которые работают со скоростью, намного превышающей скорость памяти, и обмениваются данными с памятью с использованием протоколов, аналогичных тем, которые использовались исключительно для периферийных устройств в прошлом. Эти системные шины также используются для связи с большинством (или всеми) другими периферийными устройствами через адаптеры, которые, в свою очередь, взаимодействуют с другими периферийными устройствами и контроллерами. Такие системы архитектурно больше похожи на мультикомпьютеры, обменивающиеся данными по шине, а не по сети. В этих случаях шины расширения полностью разделены и больше не разделяют архитектуру со своим центральным процессором (и фактически могут поддерживать множество разных процессоров, как в случае с PCI). То, что раньше было системной шиной, теперь часто называют фронтальной шиной.

С учетом этих изменений классические термины «система», «расширение» и «периферийный» больше не имеют одинаковых коннотаций.Другие распространенные системы категоризации основаны на основной роли шин, соединяющих устройства внутри или снаружи, например, PCI или SCSI. Однако многие распространенные современные шинные системы могут использоваться для обоих; SATA и связанный с ним eSATA являются одним из примеров системы, которая раньше называлась внутренней, в то время как в некоторых автомобильных приложениях используется в основном внешний IEEE 1394 способом, более похожим на системную шину. Другие примеры, такие как InfiniBand и I²C, с самого начала были разработаны для использования как внутри компании, так и за ее пределами.

Внутренняя шина

Внутренняя шина, также известная как внутренняя шина данных, шина памяти, системная шина или Front-Side-Bus, соединяет все внутренние компоненты компьютера, такие как ЦП и память, с материнской платой. Внутренние шины данных также называют локальной шиной, поскольку они предназначены для подключения к локальным устройствам. Эта шина обычно довольно быстрая и не зависит от остальных операций компьютера.

Внешняя шина

Внешняя шина или шина расширения состоит из электронных каналов, которые соединяют различные внешние устройства, такие как принтер и т. Д., к компьютеру.

Подробности реализации

Шины

могут быть параллельными шинами, по которым слова данных передаются параллельно по нескольким проводам, или последовательными шинами, по которым данные передаются в последовательной битовой форме. Добавление дополнительных подключений питания и управления, дифференциальных драйверов и подключений для передачи данных в каждом направлении обычно означает, что большинство последовательных шин имеют больше проводников, чем минимальный из тех, что используются в 1-Wire и UNI / O. По мере увеличения скорости передачи данных проблемы временного рассогласования, энергопотребления, электромагнитных помех и перекрестных помех на параллельных шинах становится все труднее и труднее обойти.Одним из частичных решений этой проблемы была двойная прокачка автобуса. Часто последовательная шина может работать с более высокими общими скоростями передачи данных, чем параллельная шина, несмотря на меньшее количество электрических соединений, поскольку последовательная шина по своей сути не имеет временного сдвига или перекрестных помех. Примеры этого — USB, FireWire и Serial ATA. Многоточечные соединения плохо работают с быстрыми последовательными шинами, поэтому в большинстве современных последовательных шин используются схемы с последовательным подключением или концентраторами.

Сетевые соединения, такие как Ethernet, обычно не считаются шинами, хотя разница в значительной степени концептуальная, а не практическая.Атрибут, обычно используемый для характеристики шины, заключается в том, что шина обеспечивает питание подключенного оборудования. Это подчеркивает происхождение шинной архитектуры как коммутируемого или распределенного питания. Это исключает, в качестве шин, такие схемы, как последовательный RS-232, параллельные интерфейсы Centronics, IEEE 1284 и Ethernet, поскольку эти устройства также нуждаются в отдельных источниках питания. Устройства с универсальной последовательной шиной могут использовать питание от шины, но часто используют отдельный источник питания. . Это различие иллюстрируется телефонной системой с подключенным модемом, где соединение RJ11 и связанная с ним схема модулированной сигнализации не считается шиной и аналогична соединению Ethernet.Схема подключения телефонной линии не считается шиной в отношении сигналов, но центральный офис использует шины с переключающими планками для соединения между телефонами.

Однако это различие — то, что питание обеспечивается шиной — отсутствует во многих авиационных системах, где соединения для передачи данных, такие как ARINC 429, ARINC 629, MIL-STD-1553B (STANAG 3838) и EFABus (STANAG) 3910) обычно называют «шинами данных» или, иногда, «шинами данных». Такие шины бортовых данных обычно характеризуются наличием нескольких устройств или элементов / модулей, заменяемых по линии (LRI / LRU), подключенных к общему, совместно используемому носителю.Они могут, как и в случае с ARINC 429, быть симплексными, то есть иметь LRI / LRU с одним источником или, как в случае с ARINC 629, MIL-STD-1553B и STANAG 3910, быть дуплексными, позволяя всем подключенным LRI / LRU работать, при разное время (полудуплекс), как передатчики, так и приемники данных.

История

Со временем несколько групп людей работали над различными стандартами компьютерных шин, включая Комитет по стандартам архитектуры шины IEEE (BASC), исследовательскую группу IEEE «Superbus», инициативу открытых микропроцессоров (OMI), инициативу открытых микросистем (OMI), «Банда девяти», разработавшая EISA, и т. д.

Первое поколение

Ранние компьютерные шины представляли собой пучки проводов, которые соединяли память компьютера и периферийные устройства. Анекдотично названные «ствол цифр », они были названы в честь электрических силовых шин или сборных шин. Почти всегда была одна шина для памяти и одна или несколько отдельных шин для периферийных устройств. Доступ к ним осуществлялся по отдельным инструкциям, с совершенно разными таймингами и протоколами.

Одной из первых сложностей было использование прерываний.Ранние компьютерные программы выполняли ввод-вывод, ожидая в цикле готовности периферийного устройства. Это была пустая трата времени для программ, у которых были другие задачи. Кроме того, если программа попытается выполнить эти другие задачи, повторная проверка может занять слишком много времени, что приведет к потере данных. Таким образом, инженеры устроили так, чтобы периферийные устройства прерывали работу ЦП. Прерываниям нужно было установить приоритет, потому что ЦП может выполнять код только для одного периферийного устройства за раз, а некоторые устройства более критичны по времени, чем другие.

Высокопроизводительные системы представили идею контроллеров каналов, которые были по существу небольшими компьютерами, предназначенными для обработки ввода и вывода данной шины. IBM представила их на IBM 709 в 1958 году, и они стали общей чертой их платформ. Другие высокопроизводительные поставщики, такие как Control Data Corporation, реализовали аналогичные проекты. Как правило, контроллеры каналов будут делать все возможное, чтобы выполнять все операции с шиной внутри, перемещая данные, когда было известно, что ЦП занят в другом месте, если это возможно, и используя прерывания только при необходимости.Это значительно снизило нагрузку на ЦП и повысило общую производительность системы.

Одиночная системная шина

Для обеспечения модульности шины памяти и ввода-вывода могут быть объединены в единую системную шину. В этом случае одна механическая и электрическая система может использоваться для соединения вместе многих компонентов системы или, в некоторых случаях, всех из них.

Позже компьютерные программы стали использовать общую память для нескольких процессоров. Доступ к этой шине памяти также должен быть приоритетным.Самый простой способ установить приоритеты прерываний или доступа к шине — использовать гирляндную цепочку. В этом случае сигналы будут естественным образом проходить через шину в физическом или логическом порядке, что устраняет необходимость в сложном планировании.

Мини и микро

Digital Equipment Corporation (DEC) дополнительно снизила стоимость серийных миникомпьютеров и подключила периферийные устройства к шине памяти, так что устройства ввода и вывода оказались местами памяти. Это было реализовано в юнибусе PDP-11 примерно в 1969 году.

Ранние микрокомпьютерные шинные системы представляли собой пассивную объединительную плату, подключенную напрямую или через буферные усилители к контактам ЦП. Память и другие устройства будут добавлены к шине с использованием тех же адресов и выводов данных, что и сам ЦП, подключенных параллельно. Связь контролировалась ЦП, который считывал и записывал данные с устройств, как если бы они были блоками памяти, используя одни и те же инструкции, синхронизируемые центральными часами, контролирующими скорость ЦП.Тем не менее, устройства прерывали работу ЦП, передавая сигналы на отдельные выводы ЦП. Например, контроллер дисковода будет сигнализировать ЦП, что новые данные готовы к чтению, после чего ЦП переместит данные, считывая «ячейку памяти», соответствующую дисководу. Почти все ранние микрокомпьютеры были построены таким образом, начиная с шины S-100 в компьютерной системе Altair 8800.

В некоторых случаях, особенно в IBM PC, хотя может использоваться аналогичная физическая архитектура, инструкции для доступа к периферийным устройствам ( в и из ) и памяти ( mov, и другие) вообще не были унифицированы, и по-прежнему генерировать отдельные сигналы ЦП, которые можно использовать для реализации отдельной шины ввода-вывода.

Эти простые шинные системы имели серьезный недостаток при использовании в компьютерах общего назначения. Все оборудование в автобусе должно работать с одинаковой скоростью, так как оно использует одни часы.

Увеличить скорость процессора становится сложнее, потому что скорость всех устройств также должна увеличиваться. Когда нецелесообразно или экономично иметь все устройства с такой же скоростью, как ЦП, ЦП должен либо перейти в состояние ожидания, либо временно работать на более низкой тактовой частоте, чтобы взаимодействовать с другими устройствами в компьютере.Хотя эта проблема допустима для встроенных систем, она долго не допускалась в компьютерах общего назначения, расширяемых пользователем.

Такие шинные системы также сложно настроить, если они построены из стандартного стандартного оборудования. Обычно для каждой добавляемой платы расширения требуется много перемычек для установки адресов памяти, адресов ввода / вывода, приоритетов прерываний и номеров прерываний.

Второе поколение

Шинные системы «второго поколения», такие как NuBus, решают некоторые из этих проблем.Обычно они разделяли компьютер на два «мира»: ЦП и память с одной стороны и различные устройства с другой. Контроллер шины принимал данные со стороны ЦП для перемещения на сторону периферийных устройств, таким образом перекладывая нагрузку на протокол связи с самого ЦП. Это позволило ЦП и памяти развиваться отдельно от шины устройства или просто «шины». Устройства на шине могли общаться друг с другом без вмешательства процессора. Это привело к гораздо более высокой производительности в «реальном мире», но также потребовало, чтобы карты были намного более сложными.Эти шины также часто решали проблемы скорости, будучи «больше» с точки зрения размера тракта данных, переходя с 8-битных параллельных шин в первом поколении на 16- или 32-битные во втором, а также добавляя настройку программного обеспечения. (теперь стандартизировано как Plug-n-play) для замены перемычек.

Однако эти новые системы имели одно общее качество со своими более ранними собратьями: все в автобусе должны были говорить с одинаковой скоростью. В то время как ЦП был теперь изолирован и мог увеличивать скорость, ЦП и память продолжали увеличивать скорость намного быстрее, чем шины, с которыми они разговаривали.В результате скорость шины стала намного ниже, чем требовалось современной системе, и машинам не хватало данных. Наиболее распространенным примером этой проблемы было то, что видеокарты быстро превзошли даже новейшие шинные системы, такие как PCI, и компьютеры начали включать AGP только для управления видеокартой. К 2004 году AGP снова переросли высокопроизводительные видеокарты и другую периферию и были заменены новой шиной PCI Express.

Все большее количество внешних устройств начали использовать свои собственные шинные системы.Когда дисковые накопители были впервые представлены, они добавлялись к машине с картой, подключенной к шине, поэтому компьютеры имеют так много слотов на шине. Но в 1980-х и 1990-х годах для удовлетворения этой потребности были введены новые системы, такие как SCSI и IDE, в результате чего большинство слотов в современных системах оставалось пустыми. Сегодня в типовой машине, вероятно, будет около пяти различных шин, поддерживающих различные устройства.

Третье поколение

Автобусы

«третьего поколения» появляются на рынке примерно с 2001 года, включая HyperTransport и InfiniBand. Они также имеют тенденцию быть очень гибкими с точки зрения их физических подключений, что позволяет использовать их как в качестве внутренних шин, так и для соединения различных машин. Это может привести к сложным проблемам при попытке обслуживания различных запросов, поэтому большая часть работы над этими системами связана с проектированием программного обеспечения, а не с самим оборудованием. В целом, эти шины третьего поколения имеют тенденцию больше походить на сеть, чем на исходную концепцию шины, с более высокими затратами протокола, чем в ранних системах, а также позволяют нескольким устройствам использовать шину одновременно.

Автобусы

, такие как Wishbone, были разработаны движением за аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом с целью дальнейшего устранения юридических и патентных ограничений компьютерного дизайна.

Каковы преимущества использования архитектуры с несколькими шинами по сравнению с архитектурой с одной шиной? | Малый бизнес

Автор Chron Contributor Обновлено 30 января 2021 г.

Все вычислительные устройства, от смартфонов до суперкомпьютеров, передают данные туда и обратно по электронным каналам, называемым «шинами».«Вы можете думать об автобусах как об автострадах, поскольку наличие дополнительных автобусов упрощает быструю передачу данных, точно так же, как наличие большего количества автострад или дополнительных полос увеличивает скорость движения. Короче говоря, количество и типы автобусов интенсивно используются влияют на общую скорость машины. Простые компьютерные конструкции перемещают данные с помощью единой структуры шины; однако несколько шин значительно улучшают производительность. В архитектуре с несколькими шинами каждый канал подходит для обработки определенного типа информации, подробно описанной BBC Bitesize.

Организация нескольких шин повышает эффективность

В архитектуре с одной шиной все компоненты, включая центральный процессор, память и периферийные устройства, используют общую шину. Когда шина требуется множеству устройств одновременно, это создает состояние конфликта, называемое конфликтом на шине; некоторые ждут автобуса, пока другой контролирует его. Ожидание тратит время, замедляя работу компьютера, как объясняет Engineering 360. Несколько шин позволяют нескольким устройствам работать одновременно, сокращая время ожидания и повышая скорость компьютера.Повышение производительности — основная причина наличия нескольких шин в компьютерном дизайне.

Дополнительные шины позволяют расширение

Наличие нескольких доступных шин дает вам больше возможностей для подключения устройств к вашему компьютеру, поскольку производители оборудования могут предлагать один и тот же компонент для более чем одного типа шины. Как указывает Digital Trends, большинство настольных ПК используют интерфейс Serial Advanced Technology Attachment для внутренних жестких дисков, но многие внешние жесткие диски и флэш-накопители подключаются через USB. Если все подключения SATA вашего компьютера используются, интерфейс USB позволяет подключать дополнительные устройства хранения.

Больше шин означает большую совместимость

Как и все компоненты компьютера, конструкции шин развиваются, и каждые несколько лет появляются новые типы. Например, шина PCI, поддерживающая видео, сетевые и другие карты расширения, появилась раньше нового интерфейса PCIe, а USB претерпел несколько серьезных изменений. Наличие нескольких шин, поддерживающих оборудование разных эпох, позволяет использовать устаревшее оборудование, такое как принтеры и старые жесткие диски, а также добавлять новые устройства.

Многоядерность требует нескольких шин

Один центральный процессор предъявляет высокие требования к шине, по которой передаются данные памяти и периферийный трафик для жестких дисков, сетей и принтеров; Однако с середины 2000-х годов большинство компьютеров используют многоядерные модели, требующие дополнительных шин. Чтобы каждое ядро ​​было загружено и продуктивно, новая конструкция шины передает увеличенный объем информации в микропроцессор и из него, сводя время ожидания к минимуму.

Структура автобуса — вопросы и ответы по компьютерной организации

Этот набор вопросов и ответов с множественным выбором (MCQ) по организации и архитектуре компьютера фокусируется на «структуре шины».

1. Основным достоинством использования единой структуры шины является ____________
a) Быстрая передача данных
b) Экономичное подключение и скорость
c) Экономичное подключение и простота подключения периферийных устройств
d) Ни один из упомянутых
Просмотреть ответ

Ответ: c
Объяснение: Используя единую структуру ШИНЫ, мы можем минимизировать количество необходимого оборудования (проводов) и тем самым снизить стоимость.

2. ______ используются для преодоления разницы в скорости передачи данных различных устройств.
a) Схема повышения скорости
b) Мостовые схемы
c) Несколько шин
d) Буферные регистры
Просмотр ответа

Ответ: d
Объяснение: Используя буферные регистры, процессор отправляет данные на устройство ввода-вывода на скорость процессора и данные сохраняются в буфере. После этого данные отправляются в буфер или из буфера на устройства со скоростью устройства.

3. Чтобы расширить возможности подключения процессорной шины, мы используем ________
a) PCI-шину
b) SCSI-шину
c) Контроллеры
d) Несколько шин
Просмотр ответа

Ответ: a
Пояснение: для подключения используется шина PCI. другие периферийные устройства, требующие прямого подключения к процессору.

4. IBM разработала стандарт шины для своей линейки компьютеров PC AT под названием _____
a) IB bus
b) M-bus
c) ISA
d) Ни один из упомянутых
View Answer

Ответ: c
Пояснение: Нет.

5. Шина, используемая для подключения монитора к ЦП, ______
a) Шина PCI
b) Шина SCSI
c) Шина памяти
d) Rambus
Просмотр ответа

Ответ: b
Объяснение: Обычно используется шина SCSI. для подключения видеоустройств к процессору.

6. ANSI означает __________
a) Американский национальный институт стандартов
b) Американский национальный стандартный интерфейс
c) Американский сетевой стандарт интерфейса
d) American Network Security Interrupt
Просмотр ответа

Ответ: a
Объяснение: Нет.

7. Регистр _____, подключенный к шине процессора, поддерживает одностороннюю передачу.
a) PC
b) IR
c) Temp
d) Z
Просмотр ответа

Ответ: d
Объяснение: Z-регистр — это специальный регистр, который может взаимодействовать только с шиной процессора.

8. В организации с несколькими шинами регистры размещаются вместе и обозначаются как ______
a) Установить регистры
b) Файл регистров
c) Блок регистров
d) Сопоставить регистры
Просмотр ответа

Ответ: b
Объяснение: Нет.

9. Основным преимуществом организации нескольких шин по сравнению с одной шиной является _____
a) Уменьшение количества циклов для выполнения
b) Увеличение размера регистров
c) Лучшее соединение
d) Ни один из упомянутых
View Ответ

Ответ:
Объяснение: Нет.

10. Стандартные шины ISA используются для подключения ___________
a) RAM и процессора
b) GPU и процессора
c) Жесткий диск и процессор
d) CD / DVD приводы и процессор
Просмотр ответа

Ответ: c
Пояснение: Никто.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *