В течение десятилетий, прошедших со времени разработки первых настольных компьютеров, их вычислительная мощность и быстродействие неуклонно росли. Разработчики программного обеспечения создают новые приложения, способные использовать новейшие достижения, связанные с увеличением быстродействия процессоров и емкости жестких дисков, в то же время конструкторы компьютерного железа прилагают максимум усилий для усовершенствования компонентов и разработки новых технологий, чтобы аппаратные средства соответствовали требованиям, выдвигаемым со стороны высокопроизводительных программ.

Однако часто забывают упомянуть один важный элемент — шину. По сути, шина является каналом или магистралью обмена данными между компонентами компьютера. Скоростная шина так же важна для работы компьютера, как важно наличие хорошей трансмиссии для работы автомобиля. Если в автомобиле мощностью 700 лошадиных сил установить дешевую трансмиссию, всю мощность двигателя невозможно будет эффективно использовать. Имеется много разных типов шин. В этой статье описаны несколько из них. Пока сосредоточим свое внимание на шине, которую называют локальной шиной для подключения периферийных компонентов, или локальной шиной стандарта PCI (Peripheral Component Interconnect).

Как работает шина

Назначение шины простое — она позволяет соединять компоненты компьютера с центральным процессором. Среди компонентов, которые необходимо подключить, могут быть жесткие диски, устройства памяти, акустические системы, видеосистемы и другие устройства. Например, для контроля за работой компьютера обычно используется кинескопный либо жидкокристаллический экран. Для управления экраном используется специальная плата, называемая видеокартой. Она представляет собой небольшую печатную плату, подключаемую к шине. Видеокарта обменивается информацией с процессором, используя в качестве канала связи шину компьютера.

Преимущество шины в том, что она способствует взаимозаменяемости частей компьютера. Если у пользователя возникает желание использовать лучшую видеокарту, нужно просто извлечь старую видеокарту и заменить ее новой. Если

нужно использовать в компьютере два монитора, к шине подключается две видеокарты. И так далее.

20 или 30 лет назад процессоры были такие медленные, что процессор и шина были синхронизированы — шина работала с той же скоростью, что и процессор, и в компьютере была лишь одна шина. Сегодня процессоры работают так быстро, что в большинстве компьютеров имеются две или более шин. Каждая шина специализируется на определенном типе трафика.

В типичном современном ПК имеется две главные шины:

Первая, которую называют системной, или локальной, шиной, соединяет микропроцессор (центральный процессор)с оперативной (системной) памятью. Эта шина самая быстрая в системе.

Вторая шина более медленная и предназначена для обмена данными с такими устройствами, какжест-кие диски и звуковые карты. Одна довольно распространенная шина такого типа — шина PCI. Такие более медленные шины подключаются к системной шине с использованием так называемого моста, являющегося частью набора микросхем компьютера и выполняющего функции уличного регулировщика, который управляет вводом данных, поступающих по другим шинам, в системную шину.

Есть и другие шины. Например, для подключения к компьютеру таких устройств, как камеры, сканеры и принтеры, удобно использовать универсальную последовательную шину (Universal Serial Bus, USB). В ней для подключения к компьютеру применяется тонкий провод, который может одновременно использоваться несколькими устройствами. Еще одна шина, Firewire, в настоящее время применяется преимущественно для подключения видеокамер и внешних жестких дисков.

Система автоматического конфигурирования (Plug and Play)

Благодаря системе Plug and Play при подключении устройства или добавлении платы в компьютер последний автоматически распознает новое устройство и настраивает его для работы в данной системе. Идея системы Plug and Play довольно проста, однако для ее реализации потребовались согласованные усилия определенной части разработчиков и производителей компьютеров. Разработала стандарт Plug and Play и внедрила его в конструкцию шины PCI корпорация Intel. Однако в одной из самых распространенных в то время операционных систем, Windows 95, поддержка на системном уровне принципа Plug and Play была обеспечена лишь через несколько лет. Введение системы Plug and Play привело к увеличению спроса на компьютеры с PCI и вытеснило шину ISA с лидирующих позиций.

Для полноценного ввода в действие системы Plug and Play нужно выполнить три условия:

•    Наличие PnP BIOS — утилиты ядра, вводящей в действие РпР и обнаруживающей устройства Plug and Play. BIOS также считывает область дополнительных данных о конфигурации системы (ESCD) в поисках конфигурационных данных имеющихся устройств РпР.

•    Наличие дополнительных данных о конфигурации системы (Extended System Configuration Data, ESCD) — файла, содержащего информацию об установленных устройствах РпР.

•    Наличие операционной системы с РпР — любой операционной системы, например, Windows ХР, поддерживающей РпР. Обработчики РпР в операционной систе-

ме завершают процесс конфигурации, запущенный BIOS для каждого устройства РпР. РпР автоматизирует некоторые основные задания, которые обычно выполняются либо вручную, либо инсталляционной утилитой, которая предоставляется производителем оборудования. Среди таких заданий:

—    Запросы прерывания (IRQ). IRQ, который еще называют аппаратным прерыванием, используется различными частями компьютера для получения доступа к центральному процессору. Например, мышь посылает IRQ при каждом движении, чтобы процессор получил информацию, что с ней выполняют какие-то действия. До появления PCI для каждого аппаратного компонента нужно было отдельно настраивать IRQ. Однако PCI управляет аппаратными прерываниями на мосту шины, что позволяет использовать один системный запрос прерывания для нескольких устройств PCI.

—    Прямой доступ к памяти (Direct memory access, DMA), Это значит, что устройство настроено таким образом, чтобы получать доступ к системной памяти без получения предварительного разрешения центрального процессора.

—    Адреса памяти. Многим устройствам назначается определенный раздел системной памяти для исключительного использования только ими. Такие меры обеспечивают предоставление аппаратным средствам компьютера ресурсов, требующихся для нормальной работы.

—    Конфигурация ввода/вывода. Этой настройкой определяются порты, которые использует устройство для приема и передачи информации.

Система РпР существенно облегчает добавление устройств в компьютер, но при этом не гарантирует отсутствия ошибок.

Сталкиваясь с разнобоем в системных программах, используемых разработчиками РпР BIOS, производителями устройств PCI и Microsoft, многие пользователи начали называть РпР не иначе как Plug and Pray («Подключи и молись»). Однако в целом внедрение принципа РпР привело к значительному упрощению процесса обновления компьютера путем добавления новых устройств или замены существующих.

Допустим, вы только что вставили звуковую карту с поддержкой PCI в свой компьютер под управлением ОС Windows ХР. Посмотрим, что происходит в таком случае.

•    Вы открываете корпус компьютера и вставляете звуковую карту в свободный слот PCI на материнской плате.

•    Затем закрываете корпус и включаете компьютер.

•    Система BIOS инициирует РпР BIOS.

•    РпР BIOS сканирует шину PCI, чтобы проверить, какие аппаратные средства к ней подключены. Сканирование заключается в отправке к каждому из подключенных к шине устройств сигнала с запросом назвать себя.

•    Звуковая карта в ответ отправляет идентифицирующий сигнал. По шине к BIOS передается ID устройства.

•    РпР BIOS проверяет ESCD на наличие конфигурационных данных звуковой карты. Поскольку звуковая карта установлена только сейчас, в ESCD для нее нет записи.

•    РпР BIOS присваивает звуковой карте IRQ, DMA, адрес памяти и настройки ввода/вывода, а затем сохраняет эти данные в ESCD.

•    Загружается операционная система Windows. Она проверяет ESCD и шину PCI. Операционная система обнаруживает, что звуковая карта является новым устройством. Появляется небольшое окно с информацией о том, что обнаружено новое устройство и система занимается его идентификацией.

•    Во многих случаях ОС идентифицирует устройство, находит и загружает нужные драйверы, после чего это устройство оказывается полностью готовым к работе. В противном случае

открывается мастер настройки нового устройства. Он указывает пользователю на необходимость установки драйверов с диска, поставляемого со звуковой картой.

•    После установки драйвера устройство готово к эксплуатации. Чтобы получить возможность использования новых устройств, может понадобиться перезагрузка компьютера.

Вам необходимо записать аудиосигнал с внешнего магнитофона, подключенного к звуковой карте. Вы устанавливаете программу записи из комплекта звуковой карты и начинаете запись.

Звуковой сигнал поступает на звуковую карту через разъем для подключения источника внешнего звукового сигнала. Звуковая карта преобразует аналоговый сигнал в цифровой.

Цифровые данные из звуковой карты поступают по шине PCI на контроллер шины. Контроллер определяет, какое устройство на шине PCI имеет приоритет для передачи данных на центральный процессор. Он также проверяет, куда должны направляться данные: прямо на процессор или сначала в системную память.

Поскольку звуковая карта находится в режиме записи, контроллер шины присваивает приходящим от нее данным высокий приоритет и направляет данные звуковой карты через мост шины на системную шину.

Прошедшие по системной шине данные сохраняются в системной памяти. По завершении записи пользователь может принимать решение, сохранить данные из звуковой карты на жестком диске или оставить в памяти для дополнительной обработки.