Конспект лекций Часть 2 Челябинск 2015

ВНУТРИМАШИННЫЙ СИСТЕМНЫЙ ИНТЕРФЕЙС 
Интерфейс – совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая 
эффективное взаимодействие систем или их частей. 
Внутримашинный интерфейс – система связи и сопряжения узлов и блоков 
вычислительной машины между собой – представляет собой совокупность линий 
связи (проводов), схем сопряжения с компонентами вычислительной машины, 
протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов. 
Существуют два варианта организации внутримашинного интерфейса. 
1. Многосвязный интерфейс: каждый блок вычислительной машины связан с 
прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс 
применяется, как правило, только в простейших бытовых устройствах. 
2. Односвязный интерфейс: все блоки вычислительной машины связаны 
друг с другом через общую или системную шину. 
Шина – совокупность линий связи, по которым информация передается 
одновременно. 
Системной шиной (общей магистралью) называется шина между 
процессором, подсистемой памяти и устройствами ввода-вывода. Важнейшими 
функциональными характеристиками системной шины являются:
• количество обслуживаемых устройств; 
• пропускная способность: максимально возможная скорость передачи 
информации; 
• разрядность – количество проводников (металлизированных дорожек на 
печатной плате), используемых для передачи данных (есть шины 8-, 16-, 32- и 
64-разрядные); 
• тактовая частота; 
• протокол обмена данными – стандарт, определяющий поведение 
функциональных блоков при передаче данных; протокол задаётся набором 
правил взаимодействия функциональных блоков, расположенных на одном 
уровне и описывает синтаксис сообщения, имена элементов данных, операции 
управления и состояния.
При взаимодействии модуля процессора с модулями памяти осуществляются 
операции считывания или записи информации, а при взаимодействии с 
периферийными устройствами – операции ввода-вывода информации. При этом 
кроме собственно данных и адресов ячеек памяти или регистров периферийных 
устройств по магистрали необходимо передавать и служебные управляющие 
сигналы. Ввиду этого общую магистраль разделяют на три (в общем случае) 
самостоятельные шины: 
• шину адреса (ША); 
• шину данных (ШД); 
• шину управления (ШУ). 
Технически проще использовать однонаправленные шины, но тогда их число 
должно увеличиться, т.е. отдельные шины для операции «чтение» (ввод) и 
«запись» (вывод). Это приводит к существенному увеличению числа контактов 

---

58 
разъема модуля процессора и числа проводников общей шины. Поэтому 
производится объединение однонаправленных шин в одну двунаправленную, 
управляемую соответствующими сигналами – запись/чтение (READ/WRITE) для 
модулей памяти или ввод/вывод (INPUT/OUTPUT) для модулей периферийных 
устройств.
Возможны 5 вариантов структур системной шины только с двунаправленными 
шинами. 
1. Раздельные шины (рис. 31). 
ПРО-
ЦЕС-
СОР 
Шина адреса 
Шина данных 
Шина управл. 
Шина данных ввода/вывода
Шина управления 
К УВВ 
Шина адреса 
ввода/вывода
К
па
мяти
Рис. 31. Раздельные шины 
Использование отдельных двунаправленных шин упрощает обмен процессора 
с модулями памяти и устройств ввода-вывода и дает принципиальную 
возможность вести его в перекрывающиеся интервалы времени. При этом 
адресные пространства ячеек памяти и регистров устройств ввода-вывода могут 
перекрываться. 
Основным недостатком такой структуры является большое число проводников 
общей магистрали и контактов модуля МП. 
2. Изолированные шины (рис. 32). 
Шина данных
Шина управления 
К памяти 
К УВВ
ПРО-
ЦЕС-
СОР 
Шина адреса
I/O
R/W
Рис. 32. Изолированные шины 
Сходство процессов обмена процессор – память и процессор – регистры 
устройств ввода-вывода позволяет использовать в обоих случаях одни и те же 
проводники шин адреса и данных. Адресные пространства ячеек памяти и 
регистров устройств ввода-вывода могут перекрываться, т. е. они изолированы. 
Для того чтобы занять шины для обмена с памятью, процессор выдает сигналы 
READ/WRITE, а для обмена с ПУ – INPUT/OUTPUT.
По сравнению с предыдущей структурой число проводников общей 
магистрали (как и модуля процессора) уменьшилось, но исчезла принципиальная 
возможность вести параллельный обмен с памятью и периферийными 
устройствами. 

---

59 
3. Изолированные шины и мультиплексирование шин адреса и данных 
(рис. 33) 
Шина адреса/данных
К памяти
К УВВ
ПРО-
ЦЕС-
СОР 
Шина управления 
I/O
R/W
Рис. 33. Изолированные шины и мультиплексирование шин адреса и данных 
Шины адреса и данных для такой структуры совмещены. В результате 
передача адресов и данных идет в разные моменты времени. Адресные 
пространства ячеек памяти и регистров устройств ввода-вывода изолированы. 
По сравнению с предыдущими структурами требуется меньшее число 
проводников общей магистрали и выводов модуля процессора, но адреса и 
данные могут передаваться только в неперекрывающиеся моменты времени. Это 
затрудняет возможность конвейеризации процесса выполнения команд и 
удлиняет цикл обмена данными процессор – память. 
4. Общие шины (рис. 34). 
ПРО-
ЦЕС- 
СОР 
Шина управления
К памяти
К УВВ
Шина адреса
Шина данных 
Рис. 34. Общие шины 
В такой структуре команды ввода-вывода (INPUT/OUTPUT) вообще 
исключены, что упрощает структуру модуля процессора и общей магистрали, 
хотя 
количество 
проводников 
примерно 
соответствует 
структуре 
с 
изолированными шинами. Ячейки памяти и регистры устройств ввода-вывода 
лежат в общем адресном пространстве, и для обращения к ним используются 
одни и те же команды. 
В ряде случаев это является преимуществом, однако при возникновении 
определенных сбоев в работе периферийных устройств и их некорректной 
обработки со стороны операционной системы возможны «зависания» 
вычислительного процесса. 
5. Общие шины и мультиплексирование шин адреса и данных (рис. 35). 

---

60 
Шина адреса/данных
Шина управления
К памяти
К УВВ
ПРОЦЕС-
СОР 
Рис. 35. Общие шины
и мультиплексирование шин адреса и данных 
Современные микропроцессоры имеют команды ввода-вывода, т.е. дают 
возможность организовать структуру с изолированными шинами. При этом все 
они допускают обращение к регистрам устройств ввода-вывода как к ячейкам 
памяти, т.е. позволяют реализовать структуру с общими шинами. 
В вычислительной машине магистрально-модульной архитектуры наличие 
единого ресурса (магистрали) позволяет вести обмен между устройствами только 
в неперекрывающиеся моменты времени: в каждый момент времени существует 
только один канал связи между двумя устройствами – «передатчиком» и 
«приемником».
Поскольку в вычислительном процессе участвуют устройства, имеющие 
различную производительность, интенсивность информационных потоков для 
различных устройств различна. С целью повышения эффективности 
использования аппаратных средств, информационное взаимодействие между 
устройствами осуществляется не через одну магистраль, а через систему шин 
(магистралей) 
с 
различной 
пропускной 
способностью. 
Управление 
информационным 
обменом 
между 
блоками 
вычислительной 
машины 
осуществляют две микросхемы – системный контроллер и контроллер шин. 
Между собой эти микросхемы взаимодействуют через шину PCI (рис. 36).