Magistrale (Szyny)

Komputer zbudowanych jest z 3 podstawowych modułów (procesora, pamięci i urządzeń wejścia/wyjścia), między którymi musi istnieć komunikacja. Połączenie między modułami mają najczęściej charakter magistralowy.

Magistralą - nazywamy zestaw linii oraz układów przełączających, łączących dwa lub więcej układów mogących być nadajnikami lub odbiornikami informacji. Przesyłanie informacji zachodzi zawsze pomiędzy dokładnie jednym układem będącym nadajnikiem a dokładnie jednym układem będącym odbiornikiem, przy pozostałych układach odseparowanych od linii przesyłających.

Pojedyncze linie przekazują sygnały binarne (0/1) Sposób wykorzystania linii określają specjalne protokoły, opisujące dozwolone sekwencje sygnałów.

Do magistral dołączonych może być wiele urządzeń, odbierających sygnały wysyłane przez jedno z nich. W tym samym czasie nadawać sygnały może tylko jedno urządzenie.
Linie magistral mogą być:

• jednokierunkowe

• dwukierunkowe

Komunikacja między modułami dotyczy:

• Adresów (komórek pamięci, rejestrów portów we/wy)

• Danych (odczyt/zapis, z/do RAM, z/do urządzeń we/wy, z/do procesora)

• Sygnałów sterujących (ustalenie kierunku zapisu, aktywowanie modułów funkcjonalnych, wyboru funkcji wykonywanej przez moduł, przerwania, synchronizacja, zgłoszenie zapotrzebowania na dostęp, zwolnienie dostępu)

Stąd w magistralach wyróżnić można grupy linii (szyny):

• Szyna adresowa stanowi wiązkę jednokierunkowych linii, których liczba wyznacza możliwości adresowania (8, 16, 24, 32, 64 linie --> jedna linia = jeden bit)

• Szyna danych stanowi dwukierunkową wiązkę linii, których liczba określa długość słowa procesora (np. 8, 16, 32, .... + bit detekcji i korekcji błędów. Jeśli szyna danych jest np. 8 bitowa a rozkaz procesora 16- bitowy, to w czasie jednego cyklu procesor musi łączyć się z pamięcią dwukrotnie - obniżenie wydajności systemu)

• Szyna sterowania, którą stanowi dwukierunkowa wiązka linii (zwykle kilkanaście - kilkadziesiąt linii)

System komputerowy zawiera zwykle kilka różnych magistral (struktura wielomagistralowa), które łączą zespoły komputera na różnych poziomach hierarchii.
Tradycyjny system komputerowy opiera się na dwóch magistralach: lokalnej i systemowej.

Magistrala lokalna łączy procesor z pamięcią podręczną.

Magistrala systemowa (FSB – Front Side Bus) - łączy wszystkie bloki pamięci systemowej z procesorem i chipsetem płyty głównej za pośrednictwem sterownika pamięci podręcznej.

Do magistrali systemowej dołączony jest również moduł urządzeń wejścia/wyjścia.
Efektywność połączeń zwiększa się przy wykorzystaniu jednej lub więcej szyn rozszerzenia (expansion bus). Interfejs szyny rozszerzenia buforuje dane przesyłane między magistralą systemową a sterownikami We/Wy dołączonymi do szyny rozszerzenia. Umożliwia to systemowi wiele operacji we/wy i komunikacji między urządzeniami we/wy bez angażowania procesora.

Wraz z pojawieniem się urządzeń o dużych wymaganiach dotyczących prędkości transmisji danych, pojawiła się tzw. magistrala szybkiego przesyłania. System komputerowy wykorzystujący tą magistrale ma zazwyczaj architekturę międzypiętrową (mezzanine architecture) (Rys.4)

Sterownik pamięci podręcznej jest zintegrowany z mostem (urządzenie buforujące i sterujące ruchem na magistralach).

Most łączy magistralę lokalną z magistralą szybkiego przesyłania.
Magistrala szybkiego przesyłania obsługuje połączenia z siecią LAN (np. 100 Mbit/s), sterowniki urządzeń graficznych, sterowniki interfejsów z lokalnymi magistralami peryferyjnymi (SCSI, P 1394).

Magistrala szybkiego przesyłania sprzęga procesor z urządzeniami o wysokich wymaganiach, ale jest niezależna od procesora (tolerowane są różnice prędkości i definicje linii sygnałowych)