ZbernicaZbernica počítača predstavuje sústavu vodičov, pomocou ktorých je procesor spojený s pamäťou a vstupno / výstupnými obvodmi. Je to vlastne dopravná "infraštruktúra", pomocou ktorej sa prepravujú údaje medzi jednotlivými komponentami počítača. V pojme zbernica je zahrnutý aj spôsob komunikácie (protocol). Zbernica býva vyvedená na konektor, pomocou ktorého je možné k nej pripájať adaptérové karty ďalších zariadení.Zbernica je základom komunikačnej štruktúry počítača. Pre lepšiu orientáciu je zbernicu (obrázky 35, 36, 40, 41) možné rozdeliť na dve časti:
Podľa funkcie:
Postupným vývojom mikroprocesorov sa menila šírka dátovej a adresnej zbernice ako aj riadiaca frekvencia (ktorá postupne sa stala odlišnou od frekvencie mikroprocesora). Počítač vlastne vďačí za svoj úspech otvoreným štandardom zberníc, do ktorých mohli výrobcovia vyrábať rozširujúce karty pre: riadiace jednotky
diskov,
porty,
grafický
adaptér,
zvukovú
kartu,
modem a pod.
q Zbernice v počítačiSystémová zbernica FSB (Front Side Bus) je základným komunikačným kanálom moderných základných dosiek. Prostredníctvom nej komunikuje mikroprocesor s čipovou súpravou (čipsetom - jedným alebo dvoma integrovanými obvodmi, ktorých úlohou je riadenie zberníc a dohliadanie na "plynulosť" prepravy údajov vnútri počítača.) a ďalšími komponentmi (pamäťou cache, operačnou pamäťou a niektorými ďalšími zariadeniami). Zbernica FSB je 64 bitová a môže pracovať s frekvenciami 66 MHz, 100 MHz, resp. v moderných základných doskách býva takt zbernice aj vyšší ako 400 MHz, hoci "fyzicky" je zbernica taktovaná nižšie.Zbernica FSB nie je jedinou zbernicou v súčasných počítačoch. Prakticky vo všetkých počítačoch ako relikvia (pôvodne 8 bit verzia, neskôr ako 16 bitová) zbernica ISA, ktorú používa ešte stále mnoho rozširujúcich kariet. Aj napriek tomu, že táto zbernica je už technicky prekonaná, "prežila" všetkých svojich následníkov, počínajúc zbernicou MCA cez EISA až po VL-Bus (VESA Local Bus) Dnes sa vo vnútri počítača nachádzajú ešte ďalšie typy zberníc:
je
odvodená od frekvencie systémovej zbernice fFSB. Frekvencia
fAGP býva zvolená tak, aby pomer fFSB/fAGP
bol od 1/1 do 2/3. Pomer frekvencii fFSB/fPCI od
1/2 až 1/4.
Rozhranie USB (Universal Serial Bus F) - najnovšie rozhranie umožňujúce pripojiť až 128 periférnych zariadení k počítaču, pričom umožňuje ich pripájanie a odpájanie za chodu. Maximálna prenosová rýchlosť tejto zbernice je 12 Mb/s. V tejto súvislosti treba spomenúť, že v
moderných
PC sa začal používať väčší formát základnej dosky, ktorý určuje aj
väčší
rozmer nového typu skrinky počítača. Od staršieho formátu AT o
rozmeroch
220x270 mm (druhý rozmer nie je záväzný) sa odlišuje novší formát
ATX
rozmermi 305x244 mm (druhý rozmer nie je záväzný). Najpodstatnejší
rozdiel
oboch modelov základných dosiek je skutočnosť, že konektory na
pripojenie
periférii sú integrované na základnej doske, vďaka čomu sa zjednodušila
montáž dosky do skrinky. Zlepšila sa tiež elektronika ovládania
napájacieho
zdroja (lepšia možnosť odrušenia zdroja a možnosť diaľkového vypínania
a zapínania) a zlepšilo sa umiestnenie mikroprocesora s pohľadu
odvádzania
zvyškového tepla (pasívny chladič s doplnkovou ventiláciou).
q Zbernica PC XTV počítači PC XT bolo navrhnuté firmami IBM a Microsoft (MS) určité lokalizovanie signálov na 62 kontaktnom konektore pre 8 bit dátovú zbernicu, 20 bit adresovú zbernicu a signály riadiacej zbernice. Procesor 8088 bol pripojený k oscilátoru s frekvenciou OSC = 14,32 MHz ( T= 70 ns ), ktorá sa delila tak, že procesor 8088 už pracoval s pracovnými cyklami procesora T = 210 ns (f = 4,47MHz ). Pritom vykonanie jednej inštrukcia procesora (M - strojový cyklus) trvalo 1 až 4 takty T, ktoré v prípade potreby mohlo byť predĺžené vložením čakacích cyklov Tw. Vstupno/výstupné zariadenia však používali predĺžený pracovný takt o T - takže typické trvanie vykonania jednej inštrukcie so 4 taktami, ktorá spolupracovala s pamäťou bolo Mmem = 4*210 ns = 840 ns a trvanie inštrukcie podporujúcej I/O bolo Mio=(4+1)*210ns =1,05 us -> o jeden takt T dlhšie.
Niektoré signály zbernice PC XT:
q Zbernica ISA (Industry Standard Architecture)Zbernica ISA bola prvý raz použitá v počítačoch s procesorom radu 80286. Má 16 bitovú dátovú zbernicu a 24 bitovú adresovú zbernicu, 4 kanály DMA a 5 vodičov pre úrovne prerušenia IRQ. Dodržuje spätnú kompatibilitu s predošlou 8 bitovou zbernicou - PC XT bus. Kompatibility je dosiahnuté rozšírením starej 62 vodičovej zbernice o ďalší 36 bitový slot.Zbernica počítača PC AT so 16 bitovou
dátovou
zbernicou sa stala základom pre štandard ISA (Industry Standard
Architecture
). Kompatibilita so zbernicou PC XT bola zaručená pridaním
ďalšieho
32 kontaktového konektora k pôvodnému 62 kontaktovému, takže celkom 98
kontaktov je k dispozícii pre adaptéry so 16 bit dátovou zbernicou.
Niektoré
signály sú prítomné zdupľované na oboch konektoroch, aby bola zachovaná
kompatibilita používania pre adaptéry s 8 bit a 16 bit dátovou
zbernicou.
Aby bolo zachované obdobné časovanie I/O zariadení ako u PC XT pri
používaní
vyššej taktovacej frekvencie CLK vkladajú sa pri vykonávaní I/O
inštrukcii
dodatočné čakacie cykly Tc
Niektoré signály zbernice ISA:
q Zbernica MCA (Micro Channel Architecture)Zbernica počítačov IBM PS/2 model 50, 60, 80, vyhovujúca pre 16/32 bit data. Používa iné riadiace signály a konektory a preto nekompatibilná s ISA. Okrem toho jej využívanie bolo . viazané na licenčné poplatky v prospech IBM. Pri komunikácii s IO alebo pamäťou používa buď predlžený asynchronny cyklus (>300 ns) alebo menej často predlžený synchronny cyklus (300 ns).q Zbernica EISA (Enhanced Industry Standard Architecture)Nakoľko IBM začala používať v počítačoch PS/2 zbernicu MCA, nekompatibilnú so zbernicou ISA a viazanú na licenčné poplatky pri používaní, dohodli sa ostatní vplyvní výrobcovia počítačov (Gang of Nine - HP, Compaq, Epson, NEC, Olivetti…) na rozšírení konektora zbernice ISA o 59 kontaktov, teda celkom na 157 kontaktov a zaviedli štandard zbernice EISA ( Extended ISA ), ktorý je vďaka vhodnému uspôsobenie kontaktov konektora kompatibilný so zbernicou ISA a je vhodný aj pre 32 bit architektúru počítačov. Konektor EISA je dvojposchodový, horné kontakty sú určené pre ISA, dolné poschodie pridáva aj kontakty EISA. Napriek vtipnému riešeniu na zuniverzálnenie zberníc ISA a EISA sa zbernica EISA prestala časom používať, pretože takáto koncepcia neumožňovala efektívne používať vysoké frekvencie procesorov rodiny Pentium. V moderných PC dostala prednosť koncepcia lokálnych zberníc, resp. neskôr nová architektúra modulu mikroprocesora, s procesorom a pamäťou cache, ktorý sa pripája k systémovej zbernici pomocou špeciálneho konektora - socket.
qLokálna zbernicaZbernica VL bus (VESA Loal Bus) je lokálna zbernica so šírkou prenosu dát a adries 32 bitov. Podporuje maximálne 3 prídavné sloty. Táto zbernica sa v praxi objavila na základných doskách osadených mikroprocesormi 80486, ale neskôr bola vytlačená účinejším typom zbernice PCI.Zbernica PCI (Peripheral Component Interconection) je základným typom zbernice vyrobenou pre počítače s procesormi Pentium. Nie je už klasickou lokálnou zbernicou ako VL bus, ale je k systémovej zbernici pripojená cez tzv. medzizbernicový môstik (obr. 41), čo umožňuje ju prispôsobiť pre napäťové úrovne iných procesorov. PCI je zbernicou so šírkou prenosu 64 bitov. Možno ju použiť aj pre prenosy 32 bitov v počítačoch s procesorom 80486. Maximálna frekvencia s ktorou môže zbernica pracovať je 33 MHz, čím je zabezpečená priepustnosť zbernice 264 MB (64 bit * 4 inštrukčné kanály). PCI zbernica podporuje busmastering. Ďalej podporuje štandard plug-and-play, ktorý dovoľuje jednoduchú konfiguráciu kariet pre PCI, poprípade ich automatickú konfiguráciu bez zásahu užívateľa. Budúcnosť má pripojenie grafického
subsystému
AGP (Accelerated Graphics Port) - grafický akcelerátor, ktorý
zobrazenie
realizuje samostatne len na základe požiadaviek od procesora (F
grafické štandardy zobrazovacieho systému).
qUniverálna sériová zbernica USBV roku 1995 dohodou firiem Intel, Compaq, IBM, Microsoft, NEC, Digital Equipment a Northern Telecon sa začal vývoji štandardu - Univesal Serial Bus. Cieľom bolo vytvoriť jednoduché, univerzálne, ľahko používateľné, lacné a hlavne rýchle sériové rozhranie na pripojenie periférnych zariadení k počítaču . V roku 1999 sa pokračoval vývoj novej špecifikácie rozhrania USB s označením 2.0. Jeho hlavnou prednosťou je ďalšie prenosovej rýchlosti a spätná kompatibilita s USB 1.1.Po implementácii USB zmiznú zo zadných
panelov
PC konektory na pripojenie klávesnice, paralelných a sériových portov,
MIDI, rozhrania SCSI a pod. Prínosom USB je možnosť pripojovania
perifétii
bez nutnosti reštartovať systém, nakoľko každé periférne zariadenie
može
nielen komunikovať ale aj vyslať požadované identifikačné údaje, na
základe
ktorých bude systémom rozpoznané a bude preň nastavený príslušný
ovládač
(-- > krok ku správnemu Plug&Play). Ďalším prínosom je použitie
dvoch
prenosových rýchlostí pre pomalé (1,5 Mb/s) a pre rýchle zariadenia (12
Mb/s). USB umožňuje pripojenie až 127 zariadení hviezdicovou topologiou
(cez rozbočovač - hub) s maximálnou dĺžkou individuálneho kábla 5 m
(údaje
sa prenášajú po zbernici sériovým spôsobom bit po bite).
Architektúra USB Architektúru USB možno rozdeliť do 3 častí: 1.Host hardvér a softvér je časť uložená v počítači. Má za úlohu sprostredkovať kontakt medzi softvérom a USB perifériami tak, aby sa vstupno - výstupný systém javil ako jeden celok a aby sa softvér nemusel zaoberať konkrétnymi záležitosťami týkajúcimi sa pripojenia jednotlivých periférii. 2. Druhou úrovňou sú tzv. huby alebo rozbočovače. Počítače, ktoré disponujú rozhraním USB, majú obyčajne dva, pripadne viac USB konektorov. K počítaču možno však pripojiť až 127 zariadení USB. Aby to bolo realizovateľné treba zväčšiť počet prípojných miest pomocou hubov. Hub je buď samostatné zariadenie, alebo je súčasťou niektorého iného zariadenia, ako je napríklad klávesnica, tlačiareň, monitor a pod. Pripája sa na port USB a nesie spravidla 4 až 7 USB konektorov, do ktorých možno pripojiť koncové zariadenia alebo ďalšie USB huby, a to až do piatich podúrovní. Okrem rozšírenia počtu prípojných miest je úlohou hubu je aj riadiť komunikáciu pripojených zariadení - identifikovať zariadenie, prideliť mu identifikátor, pomocou ktorého následne ho oslovuje riadič USB, indikovať pripojenie a odpojenie zariadenia a distribuovať napájanie pre tie zariadenia, ktoré sú napájané z rozhrania (do 500 mA). 3.
Na huby sú pripojené jednotlivé zariadenia USB. Tie musia preukazovať
určitú
inteligenciu v tom, že sa vedia identifikovať a opísať svoju
konfiguráciu,
aby im bolo možné priradiť správne ovládače a používať ich v aktuálnej
konfigurácii. (To umožňuje pripájanie a odpájanie zariadení priamo
počas
behu operačného systému - hot plug and hot unplug.)
Typy prenosu USB môžme rozdeliť do štyroch skupin:
Prenosová rýchlosť
Klasické USB disponuje rýchlosťami prenosu.
USB kontra
FireWire
Vysoká prenosová rýchlosť rozhrania USB 2.0 konkuruje rozhraniu IEEE 1394 - FireWire ("žeravý drôt" známe aj ako iLink), ktoré má prenosovú rýchlosť 400Mb za sekundu. Pretože USB je lacnejšim riešením, má podporu kompatibility so zariadeniami USB 1.1, už pracujúcimi. Rozdiel medzi USB a
FireWire
je v topológii:
qRýchle dátové rozhranie - FireWire Prakticky každá dnešná digitálna videokamera má výstup digitálneho signálu podla normy IEEE 1394, nazývaného FireWire (žeravý drôt), väčšina bežných počítačov však nie je vybavená príslušným vstupom. Predpokladalo sa, že väčšina užívateľov PC si vystačí s doterajšími pomalými vstupmi (pôvodne len sériovým a paralelným rozhraním, neskôr s o niečo rýchlejším rozhraním USB), tí ostatní si museli dokupovať drahé prídavné karty s rozhraním FireWire. Absencia FireWire v počítačoch je trocha paradoxom technického vývoja. Toto rozhranie vivinuli firmy Apple Macintosh a Hewlett - Packard už pred rokmi, nie však pre potreby digitálneho videa ale ako obecné rozhranie pre prenosy veľkých objemov dát. Navzdory snahám firmy Macintosh sa do počítačov presadilo rozhranie USB a nie IEEE 1394 a to napriek tomu, že je výrazne pomalšie: oproti FireWire s až 400 Mb/s docieľuje rýchlosť prenosu len 12 Mb/s. Prenosová rýchlosť USB síce stačí pre bežné periférie (tlačiarne, modemy, skenery, myši, digitálne fotoaparáty s nižším rozlíšením) nie však pre prenos digitálneho videa. FireWire by sa s výhodou uplatnilo okrem náročnej digitálnej fotografie aj u pripojovaní kvalitných monitorov, skenerov, mechaník CD ROM či DVD, pripojovaní počítačov k rýchlym sietiam - včetne vysokorýchlostného internetu budúcnosti, ktorý by mal ponúknuť aj televíziu a v rade ďalšich aplikácii vyžadujúcich prenosy veľkých objemov dát v krátkom čase. FireWire má okrem rýchlosti a j ďalšie prednosti. Zariadenia možno k tomuto rozhraniu napríklad pripojovať a odpojovať za chodu počítača (hot pluggable). Na jediný port počítača umožňuje IEEE 1394 pripojiť až 63 periférnych zariadení. Niektorí výrobcovia videokamer (predovšetkým Sony) používajú namiesto FireWire jeho odvodenú verziu iLink. Líši sa prakticky len tým, že prepojovači kábel nie je 6 žilový ale len 4 žilový - chýbajú napájacie vodiče. Napriek názoru mnohých odborníkov, že
IEEE 1394
je perspektívnejšie než USB, zrejme z komerčných dôvodov sa doposiaľ
toto
rozhranie presadzovalo len veľmi ťažko. Montovala ho len "materská"
spoločnosť
Macintosh. Rýchle rozširovanie digitálneho videa, rastúci výkon
procesorov
a rýchlosť a kapacita diskov zrejme presvedčí stále viac výrobcov
počítačov
o prednostiach tohto rozhrania. Napr. nedávno prezentovaný notebook
Latitide
C800 firmy Dell, vybavený FireWire, umožňuje bezproblémové prepojenie s
PC a pohodlné spracovávanie nahrávky už v teréne.
- bezdrôtový spôsob komunikácie s perifériami na krátku vzdialenosť. Technológia Bluetooth (Modrozub- názov podľa Vikingského kráľa) sa začala vyvíjať už v roku 1994, keď mala nahradiť infračervený prenos dát, v dosahu pokrývajúcom minimálne jednu celú miestnosť tak, že komunikujúce zariadenia nemusia na seba "vidieť". Prvé prototypy zariadení s Bluetooth prišli na trh v roku 1998, skutočný masový nástup tejto technológie možno považovať až rok 2002. Bluetooth je otvorený svetový štandard na bezdrôtovú výmenu údajov medzi dvoma alebo viacerými zariadeniami. Dôvodom vývoja tejto technológie bolo úsilie vyvinúť bezdrôtovú komunikačnú technológiu, ktorá by sa vyznačovala nízkou cenou, nízkou spotrebou elektrickej energie, malými rozmermi a globálnou dostupnosťou. Na synchronizáciu údajov medzi počítačmi a zariadeniami (aj inteligentným telefónom) ím totiž postačuje dostať sa do dosahu komunikačného zariadenia a aktivovať prenos údajov. Technológia Bluetooth sa dá s výhodou využiť na bezdrôtovú tlač, výmenu údajov medzi viacerými počítačmi (stolnými, vreckovými notebookmi), na odosielanie faxov či spracovanie elektronických správ na mobilnom zariadení, na pripojenie tlačiarne, skenera k počítaču, pri hands-free telefónoch, pri digitálnych fotoaparátoch a multimediálnych projektoroch a pod.. Každé z komunikujúcich zariadení musí mať zabudovanú podporu pre Bluetooth. Bluetooth využíva rovnaké frekvenčné pásmo v Európe, Ázii či Amerike - nie je potreba si obstarávať špeciálne zariadenia pre konkrétny región, ako je to napr. pri technológii telefónov GSM. BlueTooth - rýchle automatické spojenie s akýmkoľvek periférnym zariadením - bez použitia káblov:
Výhodou technológie Bluetooth oproti dnes už bežnému infračervenému pripojeniu je rýchlejší dátový prenos, väčší dosah aj bez podmienky priamej viditeľnosti, resp. bez dodržiavania relatívne úzkeho vyžarovacieho uhla komunikujúcich zariadení. Odpadajú tak starosti s tým, že sa komunikácia náhodne preruší práve preto, že poloha zariadení sa náhodne zmení. Ďalšou výhodou je to, že komunikujúce zariadenia netreba zložito konfigurovať. Pred začiatkom komunikácie pomocou protokolu Bluetooth musí jedno zariadenie (tzv. hosť) "požiadať" druhé zariadenie (tzv. hostiteľa) o akceptovanie pripojenia. Oslovené zariadenie - hostiteľ má možnosť túto žiadosť potvrdiť alebo odmietnuť. Po úspešnom nadviazaní spojenia už nič nebráni výmene dát, resp. poskytnutiu služieb. Týmto spôsobom sa vlastne vytvorí miniatúrna sieť (často sa označuje ako pikosieť) medzi hostiteľom a jedným alebo viacerými hosťami. Takmer všetky zariadenia s technológiou Bluetooth môžu fungovať ako hosť, alebo aj ako hostiteľ. Na
vývoji a nasadení technológie Bluetooth sa podieľali popredné
počítačové
a telekomunikačné firmy (3Com, IBM, Intel, Microsoft, Motorola, Nokia,
Toshiba, Ericsson ). Podpora pre tento štandard je integračnou súčasťou
operačných systémov (Windows XP, Apple Mac OS). Doménou na nasadenie
Bluetooth
sú mobilné zariadenia - vreckové počítače, mobilné telefóny, prenosné
tlačiarne
atď. Rovnako sa Bluetooth využíva v diaľkovom ovládaní rozličných
elektronických
zariadení - napr. hi-fi veží, televízory, na pripojenie klávesníc a
myší
ako aj na zber údajov z vreckových počítačov v teréne.
IBM pri konštrukcii PC XT nepredpokladali taký veľký nárast kapacity pamäti aký nastal neskôr a tak prvotne rozdelila pamäť PC na niekoľko logických častí:
BUFFERS=20 -> počet bufferov pre diskové operácie files = 20 -> max. počet súčasne otvorených súborov . device = C:\WINDOWS\HIMEM.SYS -> ovládač rozšírenej XMS pamati dos = HIGH ,UMB -> konfiguračný príkaz na uloženie zrkadla MS DOS do UMB device C:\emm386.exe noems x=c000-c7ff i=c800-efff -> ovládač EMS stacks=9,256-> 9 zasobníkov po 256 bajt každý U 32 bitových programov Windows sa používa preemptívny multitasking, v ktorom sú procesy prideľované operačným systémom. Jeho výhodou je reakcia na zablokovanie programu. Ak prestane niektorý program reagovať, odoberie mu operačný systém po určitom intervale jeho proces a práce ostatných programov môžu pokračovať. Stratia sa tak len dáta havarovaného programu. Iný spôsob delenia sa o procesy
(používaný napríklad
vo Windows 3.1) je kooperatívny multitasking. Ten
pracuje
tak, že aplikácie sama odovzdá mikroprocesorový čas nasledujúcemu
programu.
Ak však momentálne pracujúci program zlyhá, nemôže odovzdať riadenie
ďalej.
Vo Windows 3.1 to má za následok zablokovanie počítača.
Obr. 51. Rozdelenie
pamäti MS DOS
(adresovací priestor 0 - 1 MB)
qZavedenie operačného systému MS DOS v PC MS DOS (Disk Operating System) je jednouživateľský a jednoúlohový (1 taskový) operačný systém. Každý aplikačný program pozostáva z dvoch zložiek: algoritmu úlohy a zložky komunikujúcej s prostredím. Programová podpora jadra operačného systému vytvára pre aplikačný program nové operačné prostredie, ktoré je potrebné pre chod všetkých aplikácii. Časť z tejto sady programov je umiestnená rezidentne a je trvale operačnému systému k dispozícii. Iná časť - utilíty pre rutinnú činnosť (napríklad pre copy a pod.) , ktoré sú nezávislé od aplikácie a môže sídliť aj na vonkajších mediach. Úlohou operačného systému ako správcu systému je zabezpečiť ochranu systémových častí pred prepísaním od aplikácii, zabezpečiť synchronizáciu a prideľovanie procesora rôznym úlohám a pod. Operačný systém prideľuje operačnú pamäť jednotlivým procesom, udržuje info o voľnej pamäti a info o tom ktorá časť pamäti je komu pridelená ako aj dokáže uvolnenú oblasť pamäte zaradiť do voľnej časti. Pri štarte sa najprv zavedie časť operačného systému, závislá na hardware - BIOS a potom časť nezávislá od technických prostriedkov - MS DOS. Podobne ako pri štarte aj po resetovaní (studený start pomocou tlačítka alebo teplý štart na základe CTRL+ ALT + DEL) sa začne vykonávať (JMP na ROM BIOS na adresu F0000H:FFFF0H) inicializačný program (BOOT => bootstrap - štartovací program)
Zbernica - stručné zhrnutie
Zbernica počítača
predstavuje sústavu vodičov, pomocou
ktorých je procesor spojený s pamäťou a vstupno / výstupnými obvodmi.
Je
to vlastne dopravná "infraštruktúra", pomocou ktorej sa prepravujú
údaje
medzi jednotlivými komponentami počítača. V pojme zbernica je zahrnutý
aj spôsob komunikácie (protocol). Zbernica býva vyvedená na konektor,
pomocou
ktorého je možné k nej pripájať adaptérové karty ďalších zariadení. |
![]() |
Win 1250 | Návrat na stránku | HTML 4.0 | ![]() |
Back | Next |