Лекция: Структура шин

Существуют разные способы организации структуры ЭВМ. Набор проводов, обеспечивающих необходимые связи между отдельными блоками ЭВМ, называются шинами. Шина содержит линии данных и линии управления. Рассмотрим сначала одношинную однопроцессорную организацию ЭВМ (рис. 3).

Рис. 3. Одношинная однопроцессорная архитектура ЭВМ

Все устройства связаны с одной шиной. Поскольку шина может использоваться только для одной передачи, то в данный момент времени только одно устройство может быть активным. Подобная структура обеспечивает низкую стоимость ЭВМ и легкость подключения внешних устройств.

Недостатки однопроцессорной одношинной структуры в том, что при использовании одной шины общая продуктивность системы, во-первых, диктуется производительностью процессора, во-вторых, ограничивается последовательным характером процесса обмена информацией процессора с прочими устройствами. Увеличение производительности системы за счет повышения быстродействия элементов системы (процессора, памяти) дает положительный результат только до определенных пределов, так как ограничивается сверху пропускной способностью общей шины.

В простейшей одношинной двухпроцессорной архитектуре эффект «узкого места» шины в известной степени нейтрализуется. Каждый процессор имеет собственную память, в которой хранятся некоторые управляющие программы (рис. 4). Дополнительно в системе имеется общая память, доступная в данный момент одному из процессоров.

Рис. 4. Одношинная двухпроцессорная архитектура ЭВМ

Однако наличие общей магистрали и обмен с памятью в режиме разделения времени (в два такта) все же создают определенные ограничения.

Двухшинная структура позволяет повысить производительность системы. Существует два варианта двухшинной однопроцессорной структуры.

В первом варианте (рис. 5, а) ввод-вывод данных происходит под прямым управлением центрального процессора, во втором (рис. 5, б) – без участия процессора. В такой структуре реализуется параллельная работа нескольких устройств ЭВМ.

Недостатки приведенных выше структур снимаются в многошинной многопроцессорной организации ЭВМ. Рассмотрим один из примеров такой организации (рис. 6).

В данной системе имеется три процессора, причем два из них выполняют вспомогательные функции обслуживания внешних устройств. Поскольку имеется несколько шин, то одновременно в системе может работать несколько устройств.

б)

Рис. 5 Двухшинная однопроцессорная архитекутра ЭВМ

Многопроцессорная многошинная архитектура является базой для построения суперЭВМ, по своим характеристикам превосходящих большинство современных ЭВМ.

Рис. 6. Многошинная многопроцессорная архитектура ЭВМ