Виды шин в компьютере: Основные шины компьютера — Losst

Содержание

Типы, назначение и функционирование шин

Подробности
Родительская категория: Системные платы
Категория: Типы, назначение и функционирование шин

Основой системной платы являются различные шины, служащие для передачи сигналов компонентам системы. Шина (bus) представляет собой общий канал связи, используемый в компьютере и позволяющий соединить два и более системных компонента.

Существует определенная иерархия шин ПК, которая выражается в том, что каждая более медленная шина соединена с более быстрой. Современные компьютерные системы включают в себя три, четыре или более шин. Каждое системное устройство соединено с какой-либо шиной, причем определенные устройства (чаще всего это наборы микросхем) играют роль моста между шинами.

  • Шина процессора. Эта высокоскоростная шина является ядром набора микросхем и системной платы. Она используется в основном процессором для передачи данных между кэш-памятью или основной памятью и северным мостом набора микросхем.
    В системах на базе процессоров Pentium эта шина работает на частоте 66, 100, 133, 200, 266, 400, 533, 800 или 1066 МГц и имеет ширину 64 разряда (8 байт).
  • Шина AGP. Эта 32-разрядная шина работает на частоте 66 (AGP 1х), 133 (AGP 2х), 266 (AGP 4х) или 533 МГц (AGP 8x), обеспечивает пропускную способность до 2133 Мбайт/с и предназначается для подключения видеоадаптера. Она соединена с северным мостом или контроллером памяти (MCH) набора микросхем системной логики.
  • Шина PCI-Express. Третье поколение шины PCI. Шина PCI-Expres — это шина с дифференциальными сигналами, которые может передавать северный или южный мост. Быстродействие PCI-Express выражается в количестве линий. Каждая двунаправленная линия обеспечивает скорость передачи данных 2,5 или 5 Гбит/с в обоих направлениях (эффективное значение — 250 или 500 Мбайт/с). Разъем с поддержкой одной линии обозначается как PCI-Express x1. Видеоадаптеры PCI-Express обычно устанавливаются в разъем x16, который обеспечивает скорость передачи данных 4 или 8 Гбайт/с в каждом направлении.
  • Шина PCI-X. Это второе поколение шины PCI, которое обеспечивает более высокую скорость передачи данных, но при этом обратно совместимо с PCI. Данная шина преимущественно применяется в рабочих станциях и серверах. PCI-X поддерживает 64-разрядные разъемы, обратно совместимые с 64- и 32-разрядными адаптерами PCI. Шина PCI-X версии 1 работает с частотой 133 МГц, в то время как PCI-X 2.0 поддерживает частоту до 533 МГц. Обычно полоса пропускания PCI-X 2.0 разделяется между несколькими разъемами PCI-X и PCI. Хотя некоторые южные мосты поддерживают шину PCI-X, чаще всего для обеспечения ее поддержки требуется специальная микросхема.
  • Шина PCI. Эта 32-разрядная шина работает на частоте 33 МГц; она используется, начиная с систем на базе процессоров 486. В настоящее время существует реализация этой шины с частотой 66 МГц. Она находится под управлением контроллера PCI — компонента северного моста или контроллера MCH набора микросхем системной логики.
    На системной плате устанавливаются разъемы, обычно четыре или более, в которые можно подключать сетевые, SCSI- и видеоадаптеры, а также другое оборудование, поддерживающее этот интерфейс. Шины PCI-X и PCI-Express представляют собой более производительные реализации шины PCI; материнские платы и системы, поддерживающие эту шину, появились на рынке в середине 2004 года.
  • Шина ISA. Эта 16-разрядная шина, работающая на частоте 8 МГц, впервые стала использоваться в системах AT в 1984 году (в первоначальном варианте IBM PC она была 8-разрядной и работала на частоте 5 МГц). Эта шина имела широкое распространение, но из спецификации PC99 была исключена. Реализуется с помощью южного моста. Чаще всего к ней подключается микросхема Super I/O.

Некоторые современные системные платы содержат специальный разъем, получивший название Audio Modem Riser (AMR) или Communications and Networking Riser (CNR). Подобные специализированные разъемы предназначены для плат расширения, обеспечивающих выполнение сетевых и коммуникационных функций. Следует заметить, что эти разъемы не являются универсальным интерфейсом шины, поэтому лишь немногие из специализированных плат AMR или CNR присутствуют на открытом рынке. Как правило, такие платы прилагаются к какой-либо определенной системной плате. Их конструкция позволяет легко создавать как стандартные, так и расширенные системные платы, не резервируя на них место для установки дополнительных микросхем. Большинство системных плат, обеспечивающих стандартные сетевые функции и функции работы с модемом, созданы на основе шины PCI, так как разъемы AMR/CNR имеют узкоспециализированное назначение.

В современных системных платах существуют также скрытые шины, которые никак не проявляются в виде гнезд или разъемов. Имеются в виду шины, предназначенные для соединения компонентов наборов микросхем, например hub-интерфейса и шины LPC. Hub-интерфейс представляет собой четырехтактную (4x) 8-разрядную шину с рабочей частотой 66 МГц, которая используется для обмена данными между компонентами MCH и ICH набора микросхем (hub-архитектура). Пропускная способность hub-интерфейса достигает 266 Мбайт/с, что позволяет использовать его для соединения компонентов набора микросхем в недорогих конструкциях. Некоторые современные наборы микросхем для рабочих станций и серверов, а также последняя серия 9xx от Intel для настольных компьютеров используют более быстродействующие версии этого hub-интерфейса. Сторонние производители наборов микросхем системной логики также реализуют свои конструкции высокоскоростных шин, соединяющих отдельные компоненты набора между собой.

Для подобных целей предназначена и шина LPC, которая представляет собой 4-разрядную шину с максимальной пропускной способностью 16,67 Мбайт/с и применяется в качестве более экономичного по сравнению с шиной ISA варианта. Обычно шина LPC используется для соединения Super I/O или компонентов ROM BIOS системной платы с основным набором микросхем. Шина LPC имеет примерно равную рабочую частоту, но использует значительно меньше контактов. Она позволяет полностью отказаться от использования шины ISA в системных платах.

Набор микросхем системной логики можно сравнить с дирижером, который руководит оркестром системных компонентов системы, позволяя каждому из них подключиться к собственной шине.

  • Шины ISA, EISA, VL-Bus и MCA в современных конструкциях системных плат не используются. Мбайт/с. Мегабайт в секунду.
  • ISA. Industry Standard Architecture (архитектура промышленного стандарта), известная также как 8-разрядная PC/XT или 16разрядная AT-Bus.
  • LPC. Шина Low Pin Count (шина с малым количествомконтактов).
  • VL-Bus. VESA (Video Electronics Standards Association) Local Bus (расширение ISA).
  • MCA. MicroChannel Architecture (микроканальная архитектура) (системы IBM PS/2).
  • PC-Card. 16-разрядный интерфейс PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association). CardBus. 32-разрядная шина PC-Card.
  • Hub Interface. Шина набора микросхем Intel серии 8xx.
  • PCI. Peripheral Component Interconnect (шина взаимодействия периферийных компонентов).
  • AGP. Accelerated Graphics Port (ускоренный графический порт).
  • RS-232. Стандартный последовательный порт, 115,2 Кбайт/с.
  • RS-232 HS. Высокоскоростной последовательный порт, 230,4 Кбайт/с.
  • IEEE-1284 Parallel. Стандартный двунаправленный параллельный порт.
  • IEEE-1284 EPP/ECP. Enhanced Parallel Port/Extended Capabilities Port (параллельный порт с расширенными возможностями).
  • USB. Universal Serial Bus (универсальная последовательная шина).
  • IEEE-1394. Шина FireWire, называемая также i.Link.
  • ATA PIO. AT Attachment (известный также как IDE) Programmed I/O (шина ATA с программируемым вводом-выводом).
  • ATA-UDMA. AT Attachment Ultra DMA (режим Ultra-DMA шины ATA).
  • SCSI. Small Computer System Interface (интерфейс малых компьютерных систем).
  • FPM. Fast Page Mode (быстрый постраничный режим).
  • EDO. Extended Data Out (расширенный ввод-вывод).
  • SDRAM. Synchronous Dynamic RAM (синхнонное динамическое ОЗУ).
  • RDRAM. Rambus Dynamic RAM (динамическое ОЗУ технологии Rambus).
  • RDRAM Dual. Двухканальная RDRAM (одновременное функционирование).
  • DDR-SDRAM. Double-Data Rate SDRAM (SDRAM с удвоенной скоростью).
  • CPU FSB. Шина процессора (или Front-Side Bus).
  • Hub-интерфейс. Шина набора микросхем Intel 8xx.
  • HyperTransport. Шина набора микросхем AMD.
  • V-link. Шина набора микросхем VIA Technologies.
  • MuTIOL. Шина набора микросхем SiS.
  • DDR2. Новое поколение памяти стандарта DDR.

Для повышения эффективности во многих шинах в течение одного такта выполняется несколько циклов передачи данных. Это означает, что скорость передачи данных выше, чем это может показаться на первый взгляд. Существует достаточно простой способ повысить быстродействие шины с помощью обратно совместимых компонентов.

  • Вперёд >

Компьютерные шины виды шин — Altarena.ru — технологии и ответы на вопросы

Содержание

  1. Структура и стандарты шин ПК
  2. Компьютерная шина
  3. Содержание
  4. История
  5. Первое поколение
  6. Второе поколение
  7. Третье поколение
  8. Примеры внутренних компьютерных шин
  9. Параллельные
  10. Последовательные
  11. Примеры внешних компьютерных шин
  12. Проприетарные
  13. Примеры универсальных компьютерных шин
  14. См. также
  15. Внешние ссылки
  16. Смотреть что такое «Компьютерная шина» в других словарях:
  17. Шина (компьютер)
  18. Содержание
  19. Описание шин
  20. История
  21. Первое поколение
  22. Второе поколение
  23. Третье поколение
  24. Видео

Структура и стандарты шин ПК

Основным компонентом каждого ПК является материнская (системная) плата. На ней размещены все его основные элементы – процессор, оперативная память, видеокарта, контроллеры, а также слоты и разъёмы для подключения внешних периферийных устройств. Все компоненты материнской платы связаны между собой системой проводников (линий), по которым происходит обмен информацией. Эту совокупность линий называют информационной шиной. Шина, связывающая только два устройства, называется портом. В качестве примера, рассмотрим структуру, например, такой шины ПК:

Взаимодействие между компонентами и устройствами ПК, подключенными к разным шинам, осуществляется с помощью, так называемых мостов, реализованных на одной из микросхем Chipset.

Шины в ПК различаются по своему функциональному назначению:

системная шина используется микросхемами Chipset для пересылки информации к процессору и обратно;

шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между процессором и внешней кэш-памятью;

шина памяти используется для обмена информацией между оперативной памятью и процессором;

шины ввода-вывода используются для обмена информацией с периферийными устройствами.

Шины ввода-вывода подразделяются на локальные и стандартные. Локальная шина ввода-вывода – это скоростная шина, предназначенная для обмена информацией между быстродействующими периферийными устройствами (видеоадаптерами, сетевыми картами и др.) и процессором. В настоящее время в качестве локальной шины используется шина PCI Express (в прошлом использовалась шина AGP – Accelerated Graphics Port).

Стандартная шина ввода-вывода используется для подключения более медленных устройств (например, мыши, клавиатуры, модемов). До недавнего времени в качестве этой шины использовалась шина стандарта ISA. В настоящее время широко используется шина USB.

Компоненты шины

Архитектура любой шины имеет следующие компоненты:

линии для обмена данными (шина данных). Шина данных обеспечивает обмен данными между процессором, картами расширения, установленными в слоты и памятью. Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть передано за один такт и тем выше производительность ПК. Компьютеры с процессором семейства Pentium имеют 64-разрядную шину данных.

линии для адресации данных (шина адреса). Шина адреса служит для указания адреса какого-либо устройства, с которым процессор производит обмен данными. Каждый компонент ПК, каждый порт ввода-вывода и ячейка RAM имеют свой адрес.

контроллер шины, осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы, либо в виде совместимого набора микросхем – Chipset.

Основные характеристики шины

Разрядность шины определяется числом параллельных проводников, входящих в неё. Первая шина ISA для IBM PC была 8-разрядной, т.е. по ней можно было одновременно передавать 8 бит. Системные шины для современных ПК, например, Pentium IV – 64 – разрядные.

Пропускная способность шины определяется количеством байт информации, передаваемых по шине за секунду. Для определения пропускной способности шины необходимо умножить тактовую частоту шины на ее разрядность. Например, если разрядность шины 64, а тактовая частота 66 МГц, то пропускная способность = 8 (байт) * 66 МГц = 528 Мбайт/сек.

Внешние устройства подключаются к шинам посредством интерфейса.

Стандарты шин ПК

Принцип IBM-совместимости подразумевает стандартизацию интерфейсов отдельных компонентов ПК, что, в свою очередь, определяет гибкость системы в целом, т.е. возможность по мере необходимости изменять конфигурацию системы и подключать различные периферийные устройства. В случае несовместимости интерфейсов используются контроллеры.

Системная шина (FSB – Front Side Bus) это шина предназначена для обмена информацией между процессором, памятью и другими устройствами, входящими в систему. К системным шинам относятся GTL, имеющая разрядность 64 бит, тактовую частоту 66, 100 и 133 МГц; EV6, спецификация которой позволяет повысить ее тактовую частоту до 377 МГц.

Шины ввода/вывода совершенствуются в соответствии с развитием периферийных устройств ПК.

Шина ISA в течение многих лет считалась стандартом ПК, однако и до сих пор сохраняется в некоторых ПК наряду с современной шиной PCI. Корпорация Intel совместно с Microsoft разработала стратегию постепенного отказа от шины ISA. Вначале планируется исключить ISA-разъемы на материнской плате, а впоследствии исключить слоты ISA и подключать дисководы, мыши, клавиатуры, сканеры к шине USB, а винчестеры, приводы CD-ROM, DVD-ROM – к шине IEEE 1394.

Шина EISA стала дальнейшим развитием шины ISA в направлении повышения производительности системы и совместимости ее компонентов. Шина не получила широкого распространения в связи с ее высокой стоимостью и пропускной способностью, уступающей пропускной способности появившейся на рынке шины VESA.

Шина VESA или VLB, предназначена для связи процессора с быстрыми периферийными устройствами и представляет собой расширение шины ISA для обмена видеоданными. Во времена преобладания на компьютерном рынке процессора CPU 80486, шина VLB была достаточно популярна, однако в настоящее время ее вытеснила более производительная шина PCI.

Шина РСI (Peripheral Component Interconnect bus – взаимосвязь периферийных компонентов) была разработана фирмой Intel для процессора Pentium. Основополагающим принципом, положенным в основу шины PCI, является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь между шиной PCI и другими типами шин. В шине PCI реализован принцип Bus Mastering, который подразумевает способность внешнего устройства при пересылке данных управлять шиной (без участия процессора). Во время передачи информации устройство, поддерживающее Bus Mastering, захватывает шину и становится главным. В этом случае центральный процессор освобождается для решения других задач, пока происходит передача данных. В современных материнских платах тактовая частота шины PCI задается как половина тактовой частоты системной шины, т.е. при тактовой частоте системной шины 66 МГц шина PCI будет работать на частоте 33 МГц. В настоящее время шина PCI стала фактическим стандартом среди шин ввода/вывода.

Шина AGP — высокоскоростная локальная шина ввода/вывода, предназначенная исключительно для нужд видеосистемы. Она связывает видеоадаптер с системной памятью ПК. Шина AGP была разработана на основе архитектуры шины PCI, поэтому она также является 32-разрядной. Однако при этом у нее есть дополнительные возможности увеличения пропускной способности, в частности, за счет использования более высоких тактовых частот. Если в стандартном варианте 32-разрядная шина PCI имеет тактовую частоту 33 МГц, что обеспечивает теоретическую пропускную способность PCI 33 х 32= 1056 Мбит/с = 132 Мбайт/с, то шина AGP тактируется сигналом с частотой 66 МГц, поэтому ее пропускная способность в режиме 1х составляет, 66 х 32 = 264 Мбайт/сек; в режиме 2х эквивалентная тактовая частота составляет 132 МГц, а пропускная способность — 528 Мбайт/сек.; в режиме 4х пропускная способность около 1 Гбайт/сек.

PCI Express – В 2004 году компанией Intel была разработана последовательная шина PCI-Express с пропускной способностью около 4 Гб/сек. Каждому устройству, подключенному к этой шине отводится собственный канал со скоростным показателем 250Мб/сек. При этом можно использовать сразу несколько каналов, например, при передаче данных к видеокарте. Также к плюсам данной шины можно отнести «горячую замену» любого подключенного к ней устройства, даже не выключая питания системного блока. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и PCI, ожидается, что PCI Express заменит эти шины в персональных компьютерах.

Шина USB (Universal Serial Bus) была разработана для подключения среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Например, скорость обмена информацией по шине USB 2.0 составляет 45 Мбайт/с – 60 Мбайт/сек. К компьютерам, оборудованным шиной USB, можно подключать такие периферийные устройства, как клавиатура, мышь, джойстик, принтер, не выключая питания. Шина USB поддерживает технологию Plug & Play. При подсоединении периферийного устройства его конфигурирование осуществляется автоматически.

Шина SCSI (Small Computer System Interface) обеспечивает скорость передачи данных до 320 Мбайт/с и предусматривает подключение к одному адаптеру до восьми устройств: винчестеры, приводы CD-ROM, сканеры, фото- и видеокамеры. Существует широкий диапазон версий SCSI, начиная от первой версии SCSI I, обеспечивающей максимальную пропускную способность 5 Мбайт/с, и до версии Ultra 320 с максимальной пропускной способностью 320 Мбайт/сек.

Шина UDMA (Ultra Direct Memory Access – прямое подключение к памяти). UDMA обеспечивает передачу данных с жесткого диска, со скоростью до 33,3 Мб/сек в режиме 2 и 66,7 Мб/сек в режиме 4.

Шина IEEE 1394 — это стандарт высокоскоростной локальной последовательной шины, разработанный фирмами Apple и Texas Instruments. Шина IEEE 1394 предназначена для обмена цифровой информацией между ПК и другими электронными устройствами, особенно для подключения жестких дисков и устройств обработки аудио- и видеоинформации, а также работы мультимедийных приложений. Она способна передавать данные со скоростью до 1600 Мбит/сек, работать одновременно с несколькими устройствами, передающими данные с разными скоростями, как и SCSI. Как и USB, шина IEEE 1394 полностью поддерживает технологию Plug & Play, включая возможность установки компонентов без отключения питания ПК. Подключать к компьютеру через интерфейс IEEE 1394 можно практически любые устройства, способные работать с SCSI. К ним относятся все виды накопителей на дисках, включая жесткие, оптические, CD-ROM, DVD, цифровые видеокамеры, устройства записи на магнитную ленту и многие другие периферийные устройства. Благодаря таким широким возможностям, эта шина стала наиболее перспективной для объединения компьютера с бытовой электроникой.

Последовательный и параллельный порты

Такие устройства ввода и вывода, как клавиатура, мышь, монитор и принтер, входят в стандартную комплектацию ПК. Все периферийные устройства ввода должны коммутироваться с ПК таким образом, чтобы данные, вводимые пользователем, могли не только корректно поступать в компьютер, но и в дальнейшем эффективно обрабатываться. Для обмена данными и связи между периферией (устройствами ввода/вывода) и модулем обработки данных (материнской платой) может быть организована параллельная или последовательная передача данных.

Параллельный порт. В ПК, как правило, 2 параллельных порта: LPT1 и LPT2. К ним можно подключать принтеры и сканеры. В настоящее время LPT порты используются редко, современные принтеры и сканеры в основном подключаются к универсальным USB портам.

Последовательные порты.В ПК, как правило, 4 последовательных порта: COM1 COM4. Это устаревшие порты, они редко используются в современных ПК. К ним можно подключать: мышь старой конструкции (с механическим шариком) и некоторые другие медленные устройства.

PS/2 – порт для подключения клавиатуры и мыши, получивший в своё время широкое рас­про­стра­не­ние и до сих пор имеющийся во многих современных компьютерах.

Универсальный USBпорт.К USB-портам подключаются разнообразные устройства, от принтеров и сканеров до флэш-накопителей и внешних дисков, а также видеокамеры и веб-камеры, фотоаппараты, телефоны, музыкальные плейеры и пр.

Слоты ПК

Для того, чтобы системная плата могла взаимодействовать с другими, отдельно вставляющимся платами, используются специальные гнезда, которые называются слотами.

Слоты стандарта PCI. PCI – это стандарт не только слота, но и самой шины (канал, по которому передается информация между устройствами компьютера). Уже долгое время слоты PCI служат для подключения внешних устройств (звуковая плата, сетевая карта и др. контроллеры). Слотов PCI на современных платах три, четыре. Найти их очень легко – они самые короткие и обычно белого цвета, разделенные перемычкой на две неравные части. Сегодня слоты PCI сочетаются с новыми слотами PCI-Express (используются для подключения видеокарт).

Слоты стандарта PCI Express. PCI-Express имеет два типа слотов для подключения дополнительных плат:

— короткие PCI-Express x1 (скорость передачи данных – 250 Мб/с)

— длинные PCI-Express x16 (до 4 Гб/с) – для подсоединения видеокарты.

Слоты для установки оперативной памяти – их легко различить среди всех разъемов, они снабжены специальными замочками-защелками. На плате их может быть от двух до четырех, что позволяет установить от 512 Мб до 4 Гб оперативной памяти. Слоты жестко привязаны к типу оперативной памяти, т.е. в слот, предназначенный для памяти DDR2 нельзя вставить память типа DDR3. Иногда на одной системной плате бывает установлено несколько слотов для разных типов памяти.

Источник

Компьютерная шина

Ранние компьютерные шины представляли собой параллельные электрические шины с несколькими подключениями, но сейчас данный термин используется для любых физических механизмов, предоставляющих такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины. Современные компьютерные шины используют как параллельные, так и последовательные соединения и могут иметь параллельные (multidrop) и цепные (daisy chain) топологии. В случае хабы.

Содержание

История

Первое поколение

Ранние компьютерные шины были группой проводников, подключающей компьютерную память и периферию к процессору. Почти всегда для памяти и периферии использовались разные шины, с разным способом доступа, задержками, протоколами.

Одним из первых усовершенствований стало использование прерываний. До их внедрения компьютеры выполняли операции ввода-вывода в цикле ожидания готовности периферийного устройства. Это было бесполезной тратой времени для программ, которые могли делать другие задачи. Также, если программа пыталась выполнить другие задачи, она могла проверить состояние устройства слишком поздно и потерять данные. Поэтому инженеры дали возможность периферии прерывать процессор. Прерывания имели приоритет, так как процессор может выполнять только код для одного прерывания в один момент времени, а также некоторые устройства требовали меньших задержек, чем другие.

Некоторое время спустя, компьютеры стали распределять память между процессорами. На них доступ к шине также получил приоритеты.

Классический и простой способ обеспечить приоритеты прерываний или доступа к шине заключался в цепном подключении устройств.

DEC отмечала, что две разные шины могут быть излишними и дорогими для малых, серийных компьютеров и предложила отображать периферийные устройства на шину памяти, так, что они выглядели как области памяти. В то время это было очень смелым решением и критики предсказывали ему провал.

Первые миникомпьютерные шины представляли пассивные объединительные платы, подключенные к контактам микропроцессора. Память и другие устройства подключались к шине с использованием тех же контактов адреса и данных, что и процессор. Все контакты были подключены параллельно. В некоторых случаях, например в IBM PC, необходимы дополнительные инструкции процессора для генерации сигналов, чтобы шина была настоящей шиной ввода-вывода.

Во многих микроконтроллерах и встраиваемых системах шины ввода-вывода до сих пор не существует. Процесс передачи контролируется ЦПУ, который в большинстве случаев читает и пишет информацию в устройства, так, как будто они являются блоками памяти. Все устройства используют общий источник тактового сигнала. Периферия может запросить обработку информации путём подачи сигналов на специальные контакты ЦПУ, используя какие-либо формы прерываний. Например, контроллер жёсткого диска уведомит процессор о готовности новой порции данных для чтения, после чего процессор должен считать их из области памяти, соответствующей контроллеру. Почти все ранние компьютеры были построены по таким принципам, начиная от Altair с шиной S-100 (англ.), заканчивая IBM PC в 1980‑х.

Такие простые шины имели серьёзный недостаток для универсальных компьютеров. Всё оборудование на шине должно было передавать информацию на одной скорости и использовать один источник синхросигнала. Увеличение скорости процессора было не простым, так как требовало такого же ускорения всех устройств. Это часто приводило к ситуации, когда очень быстрым процессорам приходилось замедляться для возможности передачи информации некоторым устройствам. Хотя это допустимо для встраиваемых систем, данная проблема непозволительна для коммерческих компьютеров. Другая проблема состоит в том, что процессор требуется для любых операций, и когда он занят другими операциями, реальная пропускная способность шины может значительно страдать.

Такие компьютерные шины были сложны в настройке, при наличии широкого спектра оборудования. Например, каждая добавляемая карта расширения могла требовать установки множества переключателей для задания адреса памяти, адреса ввода-вывода, приоритетов и номеров прерываний.

Второе поколение

Компьютерные шины «второго поколения», например NuBus решали некоторые из вышеперечисленных проблем. Они обычно разделяли компьютер на две «части», процессор и память в одной и различные устройства в другой. Между частями устанавливался специальный контроллер шин (bus controller). Такая архитектура позволила ускорять скорость процессора без влияния на шину, разгрузить процессор от задач управления шиной. При помощи контроллера устройства на шине могли взаимодействовать друг с другом без вмешательства центрального процессора. Новые шины имели лучшую производительность, но также требовали более сложных карт расширения. Проблемы скорости часто решались увеличением разрядности шины данных, с 8-ми битных шин первого поколения до 16 или 32-х битных шин во втором поколении. Также появилась программная настройка устройств для упрощения подключения новых устройств, ныне стандартизованная как Plug-n-play.

Однако новые шины, так же как и предыдущее поколение, требовали одинаковых скоростей от устройств на одной шине. Процессор и память теперь были изолированы на собственной шине и их скорость росла быстрее, чем скорость переферийной шины. В результате, шины были слишком медленны для новых систем и машины страдали от нехватки данных. Один из примеров данной проблемы: видеокарты быстро совершенствовались, и им не хватало пропускной способности даже новых шин (PCI). Компьютеры стали включать в себя (AGP) только для работы с видеоадаптерами. В 2004 году AGP снова стало недостаточно быстрым для мощных видеокарт и AGP стал замещаться новой шиной PCI Express

Увеличивающееся число внешних устройств стало применять собственные шины. Когда были изобретены приводы дисков, они присоединялись к машине при помощи карты, подключаемой к шине. Из-за этого компьютеры имели много слотов расширения. Но в 1980‑х и 1990‑х были изобретены новые шины IDE решившие эту проблему и оставив большую часть разъёмов расширения в новых системах пустыми. В наше время типичная машина поддерживает около пяти различных шин.

Шины стали разделять на внутренние (local bus) и внешние (external bus). Первые разработаны для подключения внутренних устройств, таких как видеоадаптеры и звуковые платы, а вторые предназначались для подключения внешних устройств, например, сканеров. IDE является внешней шиной по своему предназначению, но почти всегда используется внутри компьютера.

Третье поколение

Современные интегральные схемы часто разрабатываются из заранее созданных частей, так называемых «intellectual property» или IP. Разработаны шины (например Wishbone) для более простой интеграции различных частей интегральных схем.

Примеры внутренних компьютерных шин

Параллельные

Последовательные

Примеры внешних компьютерных шин

Проприетарные

Примеры универсальных компьютерных шин

См. также

Внешние ссылки

Смотреть что такое «Компьютерная шина» в других словарях:

Шина управления — компьютерная шина, по которой передаются сиг­налы, определяющие характер обмена информацией по ма­гистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию (считывание или запись информации из памяти) нужно производить, синхронизируют обмен… … Википедия

Шина адреса — Шина адреса компьютерная шина, используемая центральным процессором или устройствами, способными инициировать сеансы DMA, для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство может обратиться для… … Википедия

Шина расширения — Шина расширения компьютерная шина, которая используется на системной карте компьютеров или промышленных контроллеров, для добавления устройств (плат) в компьютер. Есть несколько видов: Персональные компьютеры ISA 8 и 16 разрядная,… … Википедия

Шина Адреса — компьютерная шина, используемая центральным процессором или устройствами, способными инициировать сеансы DMA, для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство желает обратиться для проведения операции… … Википедия

Шина (электрич. ) — Шина адреса компьютерная шина, используемая центральным процессором или устройствами, способными инициировать сеансы DMA, для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство желает обратиться для проведения… … Википедия

Шина (значения) — Шина (нем. Schiene): Содержание 1 Этноним 2 В науке и технике 3 В искусстве … Википедия

Шина PCI Express — На фотографии 4 слота PCI Express: x4, x16, x1, опять x16, внизу стандартный 32 разрядный слот PCI, на материнской плате DFI LanParty nForce4 SLI DR PCI Express или PCIe или PCI E, (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI … Википедия

ШИНА (компьютерная) — ШИНА компьютерная, магистраль передачи данных между оперативной памятью и контроллерами. Системную шину можно упрощенно представить как совокупность сигнальных линий, объединенных по их назначению (данные, адреса, управление), которые имеют… … Энциклопедический словарь

Шина (компьютер) — Разъёмы шины PCI Express (сверху вниз: x4, x16, x1 и x16). Ниже обычный 32 битный разъем шины PCI. У этого термина существуют и другие значения, см. Шина. Компьютерная шина (от … Википедия

Шина (компьютеры) — Разъёмы шины PCI Express (сверху вниз: x4, x16, x1 и x16), по сравнению с обычным 32 битным разъемом шины Компьютерная шина (от англ. computer bus, bidirectional universal switch двунаправленный универсальный коммутатор) в архитектуре компьютера… … Википедия

Источник

Шина (компьютер)

Компьютерная ши́на (англ. computer bus ) в архитектуре компьютера — подсистема, служащая для передачи данных между функциональными блоками компьютера. В устройстве шины можно различить механический, электрический (физический) и логический (управляющий) уровни.

В отличие от соединения точка-точка, к шине обычно можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. Каждая шина определяет свой набор коннекторов (соединений) для физического подключения устройств, карт и кабелей.

Компьютерные шины ранних вычислительных машин представляли собой жгуты (пучки соединительных проводов — сигнальных и питания, для компактности и удобства обслуживания увязанных вместе), реализующие параллельные электрические шины с несколькими подключениями. В современных вычислительных системах данный термин используется для любых физических механизмов, предоставляющих такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины.

Современные компьютерные шины используют как параллельные, так и последовательные соединения и могут иметь параллельные (англ. multidrop ) и цепные (англ. daisy chain ) топологии. В случае USB и некоторых других шин могут также использоваться хабы (концентраторы).

Некоторые виды скоростных шин (Fibre Channel, InfiniBand, скоростной Ethernet, SDH) для передачи сигналов используют не электрические соединения, а оптические.

Присоединители к шине, разнообразные разъёмы, как правило, унифицированы и позволяют подключить различные устройства к шине.

Управление передачей по шине реализуется как на уровне прохождения сигнала (мультиплексоры, демультиплексоры, буферы, регистры, шинные формирователи), так и со стороны ядра операционной системы — в таком случае в его состав входит соответствующий драйвер.

Содержание

Описание шин

Шины бывают параллельными (данные переносятся по словам, распределенные между несколькими проводниками) и последовательными (данные переносятся побитово).

Большинство компьютеров имеет как внутренние, так и внешние шины. Внутренняя шина подключает все внутренние компоненты компьютера к материнской плате (и, следовательно, к процессору и памяти). Такой тип шин также называют локальной шиной, поскольку она служит для подключения локальных устройств. Внешняя шина подключает внешнюю периферию к материнской плате.

Сетевые соединения, такие, как Ethernet, обычно не рассматриваются как шины, хотя разница больше концептуальная, чем практическая. Появление технологий InfiniBand и HyperTransport ещё больше размыло границу между сетями и шинами.

История

Первое поколение

Ранние компьютерные шины были группой проводников, подключающей компьютерную память и периферию к процессору. Почти всегда для памяти и периферии использовались разные шины, с разными способами доступа, задержками, протоколами.

Одним из первых усовершенствований стало использование прерываний. До их внедрения компьютеры выполняли операции ввода-вывода в цикле ожидания готовности периферийного устройства. Это было бесполезной тратой времени для программ, которые могли делать другие задачи. Также, если программа пыталась выполнить другие задачи, она могла проверить состояние устройства слишком поздно и потерять данные. Поэтому инженеры дали возможность периферии прерывать процессор. Прерывания имели приоритет, так как процессор может выполнять код только для одного прерывания в один момент времени, а также некоторые устройства требовали меньших задержек, чем другие.

Некоторое время спустя компьютеры стали распределять память между процессорами. На них доступ к шине также получил приоритеты.

Классический и простой способ обеспечить приоритеты прерываний или доступа к шине заключался в цепном подключении устройств.

DEC отмечала, что две разные шины могут быть излишними и дорогими для малых, серийных компьютеров, и предложила отображать периферийные устройства на шину памяти, так, что они выглядели как области памяти. В то время это было очень смелым решением, и критики предсказывали ему провал.

Первые мини-компьютерные шины представляли пассивные объединительные платы, подключенные к контактам микропроцессора. Память и другие устройства подключались к шине с использованием тех же контактов адреса и данных, что и процессор. Все контакты были подключены параллельно. В некоторых случаях, например, в IBM PC, необходимы дополнительные инструкции процессора для генерации сигналов, чтобы шина была настоящей шиной ввода-вывода.

Во многих микроконтроллерах и встраиваемых системах шины ввода-вывода до сих пор не существует. Процесс передачи контролируется ЦПУ, который в большинстве случаев читает и пишет информацию в устройства, так, как будто они являются блоками памяти. Все устройства используют общий источник тактового сигнала. Периферия может запросить обработку информации путём подачи сигналов на специальные контакты ЦПУ, используя какие-либо формы прерываний. Например, контроллер жёсткого диска уведомит процессор о готовности новой порции данных для чтения, после чего процессор должен считать их из области памяти, соответствующей контроллеру. Почти все ранние компьютеры были построены по таким принципам, начиная от Altair с шиной S-100, заканчивая IBM PC в 1980‑х.

Такие простые шины имели серьёзный недостаток для универсальных компьютеров. Всё оборудование на шине должно было передавать информацию на одной скорости и использовать один источник синхросигнала. Увеличение скорости процессора было непростым, так как требовало такого же ускорения всех устройств. Это часто приводило к ситуации, когда очень быстрым процессорам приходилось замедляться для возможности передачи информации некоторым устройствам. Хотя это допустимо для встраиваемых систем, данная проблема непозволительна для коммерческих компьютеров. Другая проблема состоит в том, что процессор требуется для любых операций, и когда он занят другими операциями, реальная пропускная способность шины может значительно страдать.

Такие компьютерные шины были сложны в настройке, при наличии широкого спектра оборудования. Например, каждая добавляемая карта расширения могла требовать установки множества переключателей для задания адреса памяти, адреса ввода-вывода, приоритетов и номеров прерываний.

Второе поколение

Компьютерные шины «второго поколения», например, NuBus решали некоторые из вышеперечисленных проблем. Они обычно разделяли компьютер на две «части», процессор и память в одной и различные устройства в другой. Между частями устанавливался специальный контроллер шин (bus controller). Такая архитектура позволила увеличивать скорость процессора без влияния на шину, разгрузить процессор от задач управления шиной. При помощи контроллера устройства на шине могли взаимодействовать друг с другом без вмешательства центрального процессора. Новые шины имели лучшую производительность, но также требовали более сложных карт расширения. Проблемы скорости часто решались увеличением разрядности шины данных, с 8-битных шин первого поколения до 16- или 32-х битных шин во втором поколении. Также появилась программная настройка устройств для упрощения подключения новых устройств, ныне стандартизованная как Plug-n-play.

Однако новые шины, так же, как и предыдущее поколение, требовали одинаковых скоростей от устройств на одной шине. Процессор и память теперь были изолированы на собственной шине, и их скорость росла быстрее, чем скорость периферийной шины. В результате шины были слишком медленны для новых систем, и машины страдали от нехватки данных. Один из примеров данной проблемы: видеокарты быстро совершенствовались, и им не хватало пропускной способности даже новых шин Peripheral Component Interconnect (PCI). Компьютеры стали включать в себя Accelerated Graphics Port (AGP) только для работы с видеоадаптерами. В 2004 году AGP снова стало недостаточно быстрым для мощных видеокарт, и AGP стал замещаться новой шиной PCI Express.

Увеличивающееся число внешних устройств стало применять собственные шины. Когда были изобретены приводы дисков, они присоединялись к машине при помощи карты, подключаемой к шине. Из-за этого компьютеры имели много слотов расширения. Но в 1980‑х и 1990‑х были изобретены новые шины SCSI и IDE, решившие эту проблему, оставив большую часть разъёмов расширения в новых системах пустыми. В наше время типичная машина поддерживает около пяти различных шин.

Шины стали разделять на внутренние (local bus) и внешние (external bus). Первые разработаны для подключения внутренних устройств, таких, как видеоадаптеры и звуковые платы, а вторые предназначались для подключения внешних устройств, например, сканеров. IDE является внешней шиной по своему предназначению, но почти всегда используется внутри компьютера.

Третье поколение

Шины «третьего поколения» (например, PCI-Express) обычно позволяют использовать как большие скорости, необходимые для памяти, видеокарт и межпроцессорного взаимодействия, так и небольшие при работе с медленными устройствами, например, приводами дисков. Также они стремятся к большей гибкости в терминах физических подключений, позволяя использовать себя и как внутренние, и как внешние шины, например, для объединения компьютеров. Это приводит к сложным проблемам при удовлетворении различных требований, так что большая часть работ по данным шинам связана с программным обеспечением, а не с самой аппаратурой. В общем, шины третьего поколения больше похожи на компьютерные сети, чем на изначальные идеи шин, с большими накладными расходами, чем у ранних систем. Также они позволяют использовать шину нескольким устройствам одновременно.

Современные интегральные схемы часто разрабатываются из заранее созданных частей. Разработаны шины (например, Wishbone) для более простой интеграции различных частей интегральных схем.

Источник

Видео

03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]

Шина компьютера, оперативная память, процессор и мосты

Системные шины персонального компьютера для …

Колёса и шины

Системная шина процессора

Системная шина персонального компьютера PCI

Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!

Виды видеопамяти и сколько её нужно? Какая нужна шина?

Системная шина персонального компьютера ISA

Системная шина персонального компьютера AGP

Системная шина персонального компьютера — презентация онлайн

Похожие презентации:

Интерфейсы и шины в вычислительной системе.

(Тема 3)

Микросхемы процессоров и шины

ЭВМ и периферийные устройства. Организация шин. (Лекция 3)

Интерфейсы шин персонального компьютера

Архитектура персонального компьютера

Структура системного блока персонального компьютера

Элементы оборудования информационно-вычислительных комплексов. Системные шины. (Лекция 3а)

Архитектура персонального компьютера

Виды компьютеров. Устройство компьютеров

Устройство персонального компьютера

1. Архитектура компьютеров

Лекция 10
Системная шина персонального
компьютера
Кафедра «Прикладная математика»
SpbSPU, 2015

2. Существующие шины

ISA – industrial serial architecture
EISA
PCI — Peripheral Component Interconnect
Mini-PCI
PCI-X
PCI-64
PCI-E –PCI-Express
Mini-PCI-E
PCI-E x 1-16
FSB – front side bus
AGP – Accelerated graphics port
VLB – VESA local bus

3. Определение

Системная шина – это критический компонент
компьютерной системы, способный соединять
другие компоненты в количестве более двух
Уменьшает сложность соединения различных
компонентов
Содержит «проводники» для данных, адресов
и управления(разделения по времени)
Использует особый протокол
Обеспечивает совместимость компонентов и
развитие
Развиваются иерархически
Бывают последовательными и параллельными
Могут быть «шире» чем размер компьютерного
слова

4.

ТерминыЛиния – физический или
логический проводник
присутствующий в шине
Транзакция – цикл передачи
данных по шине
Высокий уровень сигнала – 1
Низкий уровень сигнала — 0

5. Типы системных шин: по устройствам

Шина процессор-память (северный мост)
Маленькая(физически), быстрая
По скорость оптимизирована под память
Оптимизирована для работы с кэшем процессора
Объединительные шины
Соединяют устройства с материнской платой
Соединяют шины ввода-вывода с процессором и
памятью
Шины ввода-вывода(SCSI, PCI,USB, Firewire)
Сравнительно медленные
Поддерживают еще больший «зоопарк»
Подключаются к объединительной шине

6. Типы шин: по организации

Выделенные
Разные физические линии для данных и адреса
Мультиплексированные
Физические провода используются для того и для
другого
Линия активации данных определяет, что в
разделяемых линиях: адрес или данные
Преимущества
Меньше проводов
Больше скорость (?)
Недостатки
Более сложное управление
Меньшая скорость (???) Большая скорость

7.

Объединительные шины

8. Свойства системной шины

Bus
Master
Управление: Master начинает обмен
Данные: Передаются в обе стороны
Bus
Slave
Линии данных и адреса
Данные, адреса, сложные команды
Линии управления
Оповещения о событиях, подтверждения
Определение того, что находится в линиях
данных и адреса
Передача данных по шине
Master создает команду (и адрес)
– запрос
Slave получает(или отправляет) данные –
действие

9. Требования к системной шине

Доступность
Скорость
Надежность
Расширяемость
Отсутствие узких мест
Отсутствие электрического шума
Гибкость
Легкость подключения
Потребляемая мощность
Разделимость
Протокол общения устройств
Длина проводов

10. Компьютерная шина

11. Традиционная архитектура

12. Производительная архитектура

13. Рабочая станция

14. Серверная система

15. Селектор и Мультиплексор

16. Последовательный и параллельный В/В

17.

Гирляндная архитектураШина FireWire

18. Архитектура шины USB: дерево

19. Свойства шины

Тип работы по времени
Асинхронная
Синхронная
Наличие выделенного DMA
Memory Read / Writes
I/O Read Writes
Свободная коммуникация –CPU и CPU
Наличие подтверждений
Проверка ошибок

20. Синхронные VS. асинхронные

Синхронная шина (процессор-память)
В линиях управления есть таймер и протокол привязан к
таймеру
+: просто и быстро
-:
Все устройства на шине работают с одной частотой
Для стабильности – физически мала
Асинхронная шина(шины В/В)
Если не тактируются, то используют протокол
согласования и доп. линии управления(ReadReq, Ack,
DataRdy)
+:
Подходят для любых устройств и скоростей
Могут быть весьма «большими»
-: Низкая скорость (Сравнительно)

21. Синхронная шина

22. Асинхронная шина

Вывод данных на устройство (чтение из памяти)
ReadReq
Data
Ack
1
2
addr
data
3
4
6
5
7
DataRdy
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Устройство В/В ставит высокий уровень ReadReq и выставляет addr на линиях данных
Контроллер памяти видит ReadReq, читает addr, поднимает Ack
Устройство В/В sees Ack and releases ReadReq и линии данных
Контроллер памяти видит ReadReq убран и убирает Ack
Когда контроллер памяти подготовит данные, он кладет их на линии данных и поднимает
DataRdy
Устройство В/В видит DataRdy, читает данные с линий данных, и поднимает Ack
Контроллер памяти видит Ack, освобождает данные и убирает DataRdy
Устройство В/В видит DataRdy убран и убирает Ack

23. Асинхронная шина

Чтение
Запись

24. Bus Master

Bus Master управляет шиной
Чтением
Записью
Прерываниями запрос/ подтверждение
Запрос управления запрос/ подтверждение
Зачем нужны разные Bus Masters?
Когда в системе несколько процессоров один
использует шину а другой работает с кэшем
Замен сломанного или устаревшего
В серверах часто устройства голосуют за Bus
Master
Общение устройств друг с другом

25.

Как Bus Master работаетНужно передать данные
Потенциальный Bus Master может запросить контроль
шины
На подтверждение он принимает контроль над шиной
Когда ничего не происходит
Потенциальный Bus Master, может запросить контроль
шины (самое ненагруженное устройство)
Если текущий Bus Master отдает он становится новым
Bus Master
Если несколько запросов
Процесс арбитража

26. Необходимость арбитража

Много устройств хотят использовать шину
одновременно
Схемы арбитража балансируют между:
Приоритетами – Самое приоритетное устройство обслуживается
первым
Честностью – Даже самое низкоприоритетное устройство иногда
получает шину
Схемы арбитража:
Гирляндный арбитраж
Централизованный параллельный арбитраж
Распределённый арбитраж с само выбором
Нужное устройство кладет на шину свой уникальный случайный код. У
кого больше – тот победил.
Распределённый арбитраж с определением коллизий
Устройство начинает использовать шину и если видит ошибку (коллизия)
пробует еще раз через псевдослучайное время

27.

Гирляндный арбитражDevice 1
Высокий
приоритет
Ack
Арбитр
шины
Device N
Низкий
приоритет
Device
2
Ack
Ack
Release
Request
wired-OR
Data/Addr
+: прострой
-:
Не самый честный – низкоприоритетные устройства могут «отвалиться»
Медленный – скорость уменьшается с длиной цепи

28. Централизованный параллельный арбитраж

Device
1
Ack1
Арбитр
шины
Device
2
Request1
Device
N
Request2
RequestN
Ack2
AckN
Data/Addr
+: гибкий, обеспечивает честность
-: Более сложное оборудование
Используется во всех современных шинах

29. DMA (direct memory access)

DMA используется как альтернатива
Bus Master для быстрой передачи
данных
Как работает DMA
Устройство (HDD controller) запрашивает
блокировку страницы памяти.
При получении разрешения заливает
данные временно отстраняя Bus Master.
Когда передача завершена устройство
генерирует прерывание, сообщая о
завершении операции.

30. Конфигурации DMA

31. Следующая лекция

Файловые системы

English     Русский Правила

Компьютерные модели по сравнению с реальными сценариями шин

Иногда самые звучащие идеи плохо работают в реальном мире. Для шин это особенно верно, когда у дизайнеров есть сложные компьютерные модели для поддержки их зарождающихся идей.

Одна из идей, которая хорошо продается, но не так хорошо работает при езде на гоночной трассе, — это шины с многокомпонентным составом протектора, или MCATT. (Если у вас есть лучший общий термин, дайте мне знать.) Первоначальные версии этих шин (в наши дни они немного лучше) имели летний состав на плечевой части, а внутренние части протектора примыкали к полосам протектора, предназначенным для обеспечения хорошего сцепления на мокрой дороге. дороги и хоть какая-то подвижность по снегу.

Они должны были быть универсальными, универсальными, всесезонными шинами. Они обеспечат отличное сцепление на сухих и влажных дорогах, отличные характеристики на мокрой дороге и некоторую подвижность на снегу. Кроме того, они могли открывать банки, пилить ветки и откупоривать винную бутылку.

Примечание: очень немногие «всесезонные шины UHP» обеспечивают более чем минимальное сцепление на заснеженных дорогах. Лучшее позволит вам хромать домой, если вас удивит ранний или поздний снегопад. Другие немногим лучше трехсезонных летних шин, даже если они придают вам смелости, когда вы должны оставаться на месте, пока дороги не очистятся. Производители шин сами сертифицируют свои шины как «всесезонные». Некоторые, по-видимому, считают, что глобальное потепление скоро сделает снежные характеристики спорными. Или они приняли тот факт, что потребители думают, что «всесезонность» означает «хорошо, когда идет дождь».

Почти все вы это знаете, но стоит повторить: «Всесезонность» означает, что шина отказывается от сцепления с сухой и влажной дорогой, чтобы получить некоторую подвижность на снегу. Иногда всесезонные шины отказываются от всего, чтобы улучшить сцепление на заснеженных дорогах. Иногда — особенно с всесезонными шинами UHP — компромисса практически нет, и результатом является минимальное сцепление на снегу. Характеристики в глубокой воде способность шины противостоять аквапланированию зависит от рисунка протектора и (для изношенных шин) глубины протектора.

Модели против реальности
Но вернемся к нашему примеру с шинами MCATT. Дизайнеры шин влюблены в свои компьютерные модели. Некоторые считают, что эти компьютерные модели были унесены вниз с горы Синай. Извините, это неверно: они доверяют компьютерным моделям БОЛЬШЕ, чем если бы сам Моисей рекламировал программы.

Некоторые дизайнеры на самом деле могут быть убеждены, что реальность неверна, если она не соответствует модели. Но вся эта беззастенчивая любовь может со временем расходиться с реальностью.

Не поймите меня неправильно. Компьютерные модели являются отличным инструментом для начального проектирования шин. Они не дают дизайнерам блуждать по тупикам непродуктивных идей, экономя миллионы шинным компаниям на создании тупиковых прототипов. Но они далеки от замены испытаний реальных шин на реальных автомобилях, управляемых реальными людьми на реальном асфальте.

Теории испытаний
Теория о шинах MCATT заключалась в том, что они будут обеспечивать сцепление, соответствующее летней шине, при экстремальной езде по сухим и влажным дорогам. Теория утверждала, что сила поворота может привести к тому, что шина перевернется на обочину на летнюю смесь. При менее агрессивной езде по мокрым и заснеженным дорогам внутренний состав обеспечит адекватное сцепление с дорогой в таких условиях. На влажных дорогах летний состав на обочине поможет сцеплению.

Компьютерная модель выглядела бы героем , если бы шина была установлена ​​на одноколесном велосипеде на овале с левым поворотом. Но возникла проблема на автомобилях, управляемых непрофессионалами вблизи или выше предела сцепления на сухих и, особенно, влажных дорогах.

Почти все автопроизводители разрабатывают автомобили с недостаточной поворачиваемостью (или, если вы поклонник овальных гусениц, с толканием), когда автомобиль приближается к пределу. Недостаточная поворачиваемость означает, что передние шины (в частности, внешняя передняя шина) теряют сцепление с дорогой раньше, чем задние. Когда автомобиль толкает, естественные реакции водителей очень близки к идеальному решению. Они говорят: «Ой, выдумка» (или что-то в этом роде) и отпускают педаль газа. Если они вовремя среагируют, машина останется на дороге.

Если задние шины первыми теряют сцепление с дорогой, то почти все непрофессиональные водители срываются с места. Это называется избыточной поворачиваемостью или, для овальных гонщиков, свободным ходом. Я ездил с примерно 10 000 человек, когда они пытались и почти всегда не удавались поймать скользящий хвост автомобиля, который был настроен так, чтобы сначала потерять сцепление с задним колесом. Исключение составили почти все активные водители по бездорожью. (Я спросил: «Итак, на чем вы гоняете?», когда гонщик поймал скользящий хвост. Общий ответ: «Каждую пятницу вечером я запускаю 360 автомобилей Sprint».)

При использовании трехпротекторной шины по мере того, как водитель приближается к пределу, компаунд внешней летней шины подвергается нагрузке. (В крутом повороте внешние шины выполняют почти всю работу. Иногда на пределе возможностей задняя шина буквально не касается дорожного покрытия.)

Например: когда водитель выезжает на въезд на автостраду, внешний край, но не так сильно, как переднее колесо. Если бы машина была идеально сбалансирована (или управлялась профессионалом на гоночной трассе), это было бы неплохо. Профи может частично отпустить дроссельную заслонку, чтобы заставить машину повернуть в поворот, прежде чем сильно ускориться. Внешняя задняя шина перекатывается на полный состав летней резины. Если внутренняя задняя часть не вращается, машина вылетает из поворота. Таким образом, производительность тест-драйвера соответствует компьютерной модели, и все довольны.

Проблема возникает, когда за рулем находится непрофессионал. Обычный человек, если хотите. Помните «Oh, fudge» и отрыв от педали газа? Обычный человек не нажимает на педаль газа, когда скользят и перед, и зад. Нормальный человек замедляется и ждет, пока его частота сердечных сокращений вернется к норме, и ожидает, что все вернется к норме. Это ожидание и есть проблема.

В тот момент, когда водитель отпускает педаль акселератора, машина начинает замедляться. Если он давит, чистящие шины заставляют машину быстро замедляться. Когда автомобиль достаточно замедляется, заднее колесо начинает возвращаться в свое статическое вертикальное положение. Состав летней задней шины больше не загружен, а это означает, что задняя шина не обеспечивает своего супер-особого сцепления.

Тем временем тяжело нагруженное переднее колесо все еще перекатывается на летний состав. Может быть всего лишь доля секунды, когда передняя часть находится в самой цепкой части, а задняя — вне летнего состава. Профессионал использует его, чтобы повернуть машину. Любитель тем временем только начинает анализировать близкую катастрофу.

Вот викторина: если в середине поворота передние шины имеют хорошее сцепление с дорогой, а задние — гораздо меньше, что произойдет? Вы выиграете, если скажете: «Машина летит туда, куда направлены передние части». В этом случае автомобиль перейдет от серьезной, но управляемой недостаточной поворачиваемости (толчок) к избыточной поворачиваемости (действительно свободной).

В данном случае ни углеродный тестовый прибор, ни обычный потребитель не соответствуют тому, что продиктовала компьютерная модель золотого идола.

Продажа высокопроизводительных шин — это управление ожиданиями, знание автомобилей клиентов и предвидение их истинных дорожных качеств. Перепродавать шину — скорее, продавать шину как лекарство, а не как инструмент — не в интересах ваших клиентов. Ни одна шина не превратит обычного водителя в профессионального тест-пилота.

Компьютерные модели хороши, но не идеальны. И не водители-испытатели. Они оба созданы людьми.
Урок состоит в том, что инструменты великолепны, но драйверы далеки от совершенства. Ни один из них не ездит точно так же, как компьютерная модель. Только реальность непогрешима, и именно для этого мы разрабатываем и продаем продукты.

В этой статье:

Умные шины, которые помогут вам лучше управлять автомобилем, скоро появятся

Нью-Йорк Си-Эн-Эн Бизнес —

cms.cnn.com/_components/paragraph/instances/paragraph_1AF4D908-C020-00A8-08FD-3BDD1633B125@published» data-editable=»text» data-component-name=»paragraph»>

Мы склонны думать о шинах как о больших круглых кусках черной резины, которые просто катятся по дороге. Мы не задумываемся о них до тех пор, пока что-то не пойдет не так, и вы застрянете в ожидании помощи на дороге или выкапываете запаску из багажника.

Если бы шины могли говорить, они могли бы требовать большего уважения.

Может быть, вы перестанете позволять им недокачиваться и изнашиваться. Или они могут предупредить вас о гвозде в протекторе, который через пару дней заставит загореться сигнальная лампа давления в шинах. Они могут даже помочь вам лучше водить машину, раньше останавливаться и экономить бензин.

McLaren Artura поставляется с шинами Pirelli, которые обмениваются данными с автомобилем.

Макларен

Подобная технология «умных шин» уже используется, и шинные компании добавляют к определенным шинам специальные датчики. И, в конце концов, эти технологии получат широкое распространение, сказал Т. Дж. Кэмпбелл, менеджер по информации и тестированию шин интернет-магазина Tire Rack, потому что информация, которую могут предоставить шины, очень важна.

«Я абсолютно предвижу, что это произойдет, — сказал он, — хотя бы по той причине, что это основа для полностью автономного вождения».

По его словам, у беспилотных автомобилей будет достаточно случайных переменных, чтобы справиться с ними без неожиданных проблем с шинами. Чем больше предупреждений о потенциальной проблеме, такой как утечка воздуха или изношенные гусеницы, тем лучше. Беспилотный автомобиль также не будет чувствовать опытного водителя, когда дорожное покрытие скользкое или автомобиль приближается к заносу. Компьютеризированные технологии шин смогут обнаруживать надвигающуюся потерю сцепления с дорогой быстрее и точнее, чем системы контроля устойчивости и контроля тяги, используемые сегодня в большинстве автомобилей.

Макларен

Новый гибридный суперкар McLaren оснащен компьютерными чипами в шинах

Хотя технологии умных шин доступны, они в основном используются на очень дорогих шинах с высокими характеристиками или в парках рабочих грузовиков, где менеджеры автопарков пытаются сэкономить каждую копейку.

Недавно представленный McLaren суперкар Artura стоимостью 225 000 долларов будет оснащен шинами Pirelli P Zero Trofeo со встроенными компьютерными чипами. Эти чипы будут отправлять информацию о давлении воздуха и температуре в шинах на компьютеры в автомобиле , , которые помогут владельцам McLaren добиться наилучших результатов на гоночной трассе.

Изменения температуры и давления воздуха могут сильно повлиять на поведение шин и, следовательно, автомобилей на трассе. Холодные шины могут не сцепляться так хорошо, как теплые. Между тем, перекачанные шины будут иметь меньшую площадь контакта с асфальтом, а недокачанные не будут достаточно прочными, чтобы обеспечить хороший контроль.

Французский производитель шин Michelin предлагает Track Connect 2, который представляет собой приложение на мобильном телефоне водителя для прямой связи с датчиками, которые могут быть установлены внутри шин. Приложение может порекомендовать водителю увеличить или уменьшить давление воздуха в шинах или предупредить об утечках. Шины, которые входят в стандартную комплектацию нового Porsche 911 GT3, например, работают с этой системой.

У таких карьерных самосвалов внутри огромных шин есть датчики, которые обмениваются информацией об их состоянии.

Бриджстоун

Характеристики другого сорта еще более важны для шин высотой 14 футов, используемых на карьерных самосвалах . Эти огромные шины могут стоить 50 000 долларов каждая и используются на грузовиках размером со скромный двухэтажный загородный дом.

«Эти операции выполняются круглосуточно и без выходных, — сказал Брайан Голдстайн, президент по решениям для мобильности и управлению автопарком в Bridgestone Americas. «И они стремятся максимизировать нагрузку и максимальную скорость этих транспортных средств в шахте».

Датчики в огромных шинах передают информацию, которая может быть объединена с другими данными, поступающими из грузовика, например, насколько быстро он движется или как сильно он поворачивает, чтобы получить представление о том, как шины справляются с нагрузками, а не полагаться на заранее определенные правила. .

Фрагмент шины Goodyear с датчиком.

Гудиер

«Поэтому им не нужно использовать более общие отраслевые стандарты в отношении скорости движения грузовиков или грузоподъемности», — сказал он. «Мы даем им данные в режиме реального времени, данные из реального мира».

Шинные компании также предлагают такую ​​технологию для более скромных коммерческих операций, например, для грузовых автомобилей. Как и в случае с карьерными самосвалами, информация от датчиков в шинах может помочь операторам автопарка сэкономить деньги и обеспечить работу самосвалов в критические часы работы.

cms.cnn.com/_components/paragraph/instances/paragraph_CEC92328-182C-FF84-2D42-4017D963F17A@published» data-editable=»text» data-component-name=»paragraph»> Для подобных операций Bridgestone часто использует датчики , которые просто навинчиваются на шток клапана. Эти датчики не могут делать столько же, сколько те встроены в шину , но они все еще могут передавать важную информацию, сказал Голдстайн.

«Сегодня, например, [есть] возможность распознать медленную утечку, пока она происходит, прежде чем шина достигнет критического порога, который может создать аварийную или критическую ситуацию», — сказал он.

Большинство легковых автомобилей сегодня уже имеют системы контроля давления в шинах, которые могут предупредить, когда в шине слишком мало воздуха. Но обычно эти предупреждения о низком давлении появляются только тогда, когда ситуация приближается к кризису. Благодаря более прямому измерению давления воздуха «умные» шины могут обеспечивать более точные показания для обнаружения потери воздуха, даже очень постепенной, для предоставления более ранних и точных предупреждений.

Порше

Почему 911 станет последней моделью Porsche с электродвигателем

Умные шины также могут обнаруживать потерю сцепления с дорогой в некоторых ситуациях. CyberTire от Pirelli может делать это на мокрой дороге, измеряя во время качения шины, насколько ее протектор изгибается относительно дорожного покрытия, сказал Пьеранджело Мисани, руководитель отдела исследований и разработок итальянского производителя шин. Если протектор не сильно прогибается, это означает, что он едет по воде и теряет контакт с твердым покрытием дороги.

Обнаружение износа протектора затруднено, поскольку эти датчики не могут напрямую измерять глубину протектора. Как правило, шинные компании работают над решениями, которые включают измерение износа шин путем сравнения того, как шина используется — сколько миль пройдено, сколько резких остановок и т. д. — или как она изгибается или вибрирует, и сравнивая это с данными, собранными из той же тип шины в тестах.

«У нас есть некоторая скорость вращения колес. У нас есть некоторая информация о вибрации. У нас есть некоторая информация о длине следа, и… другие характеристики шины», — сказал Крис Хелсел, старший вице-президент по глобальным операциям и главный технический директор Goodyear. «Оттуда мы можем определить с точностью до миллиметра степень вашего износа».

Умные шины также могут помочь улучшить работу так называемых «систем помощи водителю».

Предоставлено General Motors

До настоящей революции беспилотных автомобилей еще далеко

Современные автомобили уже имеют компьютеризированные системы контроля устойчивости, как того требуют правила США. Эти системы работают, обнаруживая, когда транспортное средство начало заносить, и возвращая его в исходное положение, кратковременно притормаживая определенные отдельные колеса. По словам шинных компаний, системы, обнаруживающие потерю сцепления с дорогой изнутри самой шины, могут помочь автомобилям реагировать быстрее и лучше.

То же самое относится и к антиблокировочной тормозной системе или ABS, еще одной системе безопасности, которая уже есть на современных автомобилях. Эти системы быстро «прокачивают» тормоза, чтобы предотвратить слишком быструю остановку колес — блокировку, из-за которой шины скользят по дорожному полотну. По словам шинных компаний, по мере износа шин интеллектуальные системы шин могут позволить компьютерам ABS в автомобиле автоматически подстраиваться по мере износа протектора шин.

«Мы показали, что можем компенсировать 30% потери тормозного пути из-за новых шин по сравнению с изношенными», — сказал Хелсел из Goodyear.

Однако, прежде чем эти системы смогут получить широкое распространение, необходима определенная стандартизация. По словам Кэмпбелла, шинным компаниям придется сотрудничать, чтобы все их датчики общались на одном «языке».

Это будет означать, что одному автомобилю не придется всю жизнь использовать шины одной и той же марки. Клиенты хотят выбора, сказал Кэмпбелл. По его словам, только , когда эти системы станут взаимозаменяемыми, шины большинства автомобилей заговорят.

Интеллектуальная электроника и шины для ID.3

Было бы здорово, если бы ваш автомобиль и особенно его программное обеспечение были такими же простыми в использовании, как ваш смартфон? Если бы вы могли легко устанавливать приложения и службы, когда захотите? Мы показываем вам, что это больше не видение будущего.

Словенский видеоблогер и автожурналист Цирил Комотар поехал вместе с нами и протестировал новый полностью электрический Volkswagen ID. 3 и особенно его шины. Посмотрите, что придумал его увеселитель!

Современная электроника передает данные с молниеносной скоростью и закладывает основу для автономного вождения.

Привлекательный и удобный: современные автомобили оснащены различными электронными функциями, облегчающими нашу жизнь. С помощью голосовых или сенсорных дисплеев вы можете управлять большинством функций и решать, какую музыку вы хотите слушать или куда вы хотите пойти. И давайте будем честными, кому не нравятся эти функции и услуги?
Как бы ни были удобны эти функции, они также требуют большой вычислительной мощности. Так откуда это взялось?

На сегодняшний день в автомобилях требуется несколько различных электронных блоков управления для управления их различными функциями, такими как подушка безопасности, система кондиционирования воздуха или подключение к мобильной сети. Одно транспортное средство может иметь на борту до 100 и более блоков управления. Кроме того, современные автомобили среднего класса содержат более двух километров электронной проводки, которая снабжает различные системы энергией и позволяет им взаимодействовать друг с другом. Сумасшедший, верно?

По мере развития автомобилей и все более широкого распространения электромобильности и автономного вождения более высокие требования к современным автомобилям будут слишком велики для электроники современных моделей. В частности, автономное вождение будет генерировать огромные объемы данных, а сложность будет значительно возрастать по мере того, как транспортные средства становятся более подключенными к сети.

Power Player: печатная плата является центральным элементом высокопроизводительного компьютера.

Новый прототип Volkswagen ID.3 адаптирован к этим требованиям и построен на совершенно новой архитектуре. Автомобиль оснащен двумя высокопроизводительными компьютерами на борту. Один из них — так называемый «электронный мозг» ID.3 — разработан компанией Continental. Его роль заключается в управлении различными функциями и потоками данных в автомобиле, подобно человеческому мозгу. С печатной платой размером примерно с лист бумаги формата А4 скорость передачи данных компьютера во много раз выше, чем при стандартной проводке.

 

Для нас большой успех, что наша концепция серверов сейчас запущена в серийное производство на заводе Volkswagen. Это не просто новая эра в разработке сложных электронных архитектур, но веха в цифровой трансформации.

Хельмут Мачи, руководитель отдела транспортных сетей и информации

Высокая вычислительная мощность для полностью электрических и полностью подключенных к сети транспортных средств.

Проще говоря: почти бесконечная гибкость. Вы можете легко установить нужные вам приложения и службы в автомобиле так же, как на смартфоне. Лазейки в системе безопасности можно будет залатать удаленно, а вскоре можно будет даже устанавливать новые функции управления автомобилем без посещения автосервиса — все будет делаться без проводов через сеть мобильной связи или Wi-Fi.
Для вас это означает, что автомобиль остается в актуальном состоянии даже спустя годы после его покупки. Благодаря высокопроизводительным компьютерам дорогостоящий отзыв продукции из-за программных ошибок остался в прошлом.

Volkswagen ID.3 на шинах Continental с низким сопротивлением качению.

В дополнение к этим электронным нововведениям на борту существуют также особые требования, касающиеся шин ID.3 и их контакта с дорогой. Мы также гордимся тем, что оснащаем ID.3 нашими шинами, оптимизированными для полностью электрического автомобиля. Они обеспечивают:

  • низкое сопротивление качению, что экономит энергию и обеспечивает максимально возможный запас хода между зарядками
  • низкий уровень шума шин и дороги для комфорта пассажиров прокол благодаря технологии ContiSeal™ Continental

 

  • ContiSeal™ уменьшает последствия повреждения протектора шины: проколы диаметром до 5 мм (например, вызванные гвоздем) немедленно герметизируются благодаря уникальной технологии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *