С. Л. Гольдштейн А. В. Кибардин информатика для физиков часть Введение Учебное пособие

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. 1.3
Все устройства связаны с одной шиной. Так как 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.

Рис. 1.4
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. 1.4). Дополнительно, в системе имеется общая память, доступная в данный момент одному из процессоров.
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 (рис. 1.5)
В первом варианте ввод-вывод данных происходит под прямым управлением центрального процессора, во втором – без участия процессора. В такой структуре реализуется параллельная работа нескольких устройств ЭВМ.


2)
Рис. 1.5

Недостатки приведенных выше структур снимаются в многошинной многопроцессорной организации ЭВМ. Рассмотрим один из примеров такой организации (рис.1.6).

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

Рис. 1.6