Računalniška vodila (Computer bus)

Kaj se bomo v tem poglavju naučili?

Najbolj pomembno je, da bomo spoznali osnoven koncept, ki omogoča komunikacijo med centralno procesno enoto in pomnilnikom, pa tudi z drugimi napravami. Manj pomembno je, da bomo spoznali nekatere popularne vrste vodil, saj se ta z leti spreminjajo ozuiroma jih nadomeščajo še bolj izpopolnjena.

Splošno o vodilih

Računalniška vodila so avtoceste, po  katerih prihaja do izmenjave podatkov (in ukazov) med centralno procesno enoto računalnika in njegovim pomnilnikom (pa tudi drugimi napravami). Poznamo zelo hitra – lokalna vodila, namenjena predvsem komunikaciji med  CPE in pomnilnikom, pa tudi nekoliko počasnejša zunanja vodila, namenjena komunikaciji s perifernimi napravami.

V nadaljevanju bomo spoznali najprej osnovne pojme, ki opredeljujejo računalniško vodilo. Ogledali si bomo konkreten primer računalniškega vodila, ki ga zasledimo v sodobnih računalnikih PC. Na koncu je podan še pregled najbolj znanih notranjih in zunanjih računalniških vodil. Logično zgradbo računalniškega vodila prikazuje spodnja slika:

Naslovno vodilo

Naslovno vodilo je del računalniškega vodila, ki ga uporablja CPE in naprave, ki so sposobne direktno naslavljati pomnilnik (DMA). Tem enotam omogoča komunikacijo  fizičnih naslovov lokacij računalniškega pomnilnika, v katere naj bi prišlo do vpisa podatka ali njegovega branja.

Širina naslovnega vodila vključno z velikostjo naslovljivih pomnilniških elementov določa, koliko pomnilnika sploh lahko dosežemo. Pri 16- bitnih naslovnih vodilih lahko naslovimo  do  2¹⁶ = 65,536 = 64Kb pomnilniških lokacij, pri 32-bitnih naslovnih vodilih pa do 2³² = 4,294,967,296 = 4Gb lokacij.

Podatkovno vodilo

Podatkovno vodilo  je namenjeno prenosu podatkov med CPE in pomnilnikom, lahko pa tudi do drugih naslovljivih komponent računalnika. Zaradi zmanjšanja števila kontaktnih nožic na mikroprocesorju lahko za podatkovno in naslovno vodilo uporabljamo iste kontakte, seveda ne istočasno. Logično gledano pa sta to dbe različni vodili.

Krmilno vodilo

Krmilno vodilo (control bus) je del računalniškega vodila. Preko njega CPE komunicira z drugimi napravami v računalniku.Medtem ko, naslovno vodilo prenaša informacijo, s katero napravo oziroma lokacijo CPE komunicira in podatkovno vodilo (data bus) posreduje podatke, ki naj bodo prenašani, kontrolno vodilo posreduje ukaze od CPE in povratne signale iz naprav.

Računalniško vodilo

V zgradbi računalnika je vodilo (bus) podsistem, ki prenaša podatke in napajanje med računalniškimi komponentami znotraj računalnika ali med računalniki. Tipično ga krmilijo gonilniki naprav. V razliko od povezav točka na točko (point-to-point) vodilo logično povezuje več periferij preko iste skupine žic. Vsak tip vodila določa skupino konektorjev za fizično vstavljanje oziroma povezovanje  naprav, kartic ali kablov.

Zgodnji računalniki so dejansko uporabljali vzporedna električna vodila. Danes uporabljamo ta izraz  za katerokoli fizično ureditev, ki nudi enako logično funkcionalnost kot vzporedna električna vodila. Sodobni računalniki uporabljajo tako vzporedne kot serijske povezave, lahko so povezani tudi s preklopnimi spoji (switched hub), kot v primeru USB.

V nadaljevanju si bomo ogledali konkreten primer računalniškega vodila, ki ga zasledimo v sodobnih PC. Spodnja animacija prikazuje matično ploščo PC, na kateri med drugimi komponentami zasledimo tudi računalniška vodila in razširitvene konektorje.:

Vodilo PCI (Peripheral Component Interconnect)

Pet 32.- bitnih razširitvenih konektorjev vodila PCI na matični kartici.	Primer grafične kartice za vodilo PCI

Standard PCI (Peripheral Component Interconnect) specificira računalniško vodilo za povezavo perifernih naprav na matično ploščo računalnika.   Te naprave imajo lahko eno od naslednjih oblik:

• Integrirano vezje, ki se nahaja na sami matični plošči
• Razširitvena kartica, ki jo vtaknemo v enega od konektorjev.

Spodnja slika prikazuje tipično shemo računalnika z vodilom PCI:

Vodilo PCI je pogosto v sodobnih računalnikih PC, kjer je nadomestilo vodila ISA in VESA Local Bus. Najdemo ga tudi v drugih računalnikih. Novejši standard pa je PCI Express.

Večina PCI naprav je danes tipa “Plug and Play”. Sistem prouči konfiguracijski prostor take naprave  in ji alocira potreben naslovni prostor vhodno izhodnih vrat. PCI vodilo vključuje tudi prekinitvene linije, ki so potrebne za posamezne naprave.

Primeri internih računalniških vodil

Vzporedna

• Extended ISA oziroma EISA
• Industry Standard Architecture oziroma  ISA
• OPTi local bus uporabljeno na starejših matičnih ploščah  Intel 80486
• Low Pin Count oziroma LPC
• MicroChannel oziroma MCA
• MBus
• Multibus za industrijske sisteme
• CAMAC za različne instrumentacije
• NuBus oziroma IEEE 1196
• Peripheral Component Interconnect oziroma PCI
• S-100 bus oziroma IEEE 696, uporabljeno v  računalnikih Altair
• SBus oziroma IEEE 1496
• VESA Local Bus or VLB or VL-bus
• VMEbus, vodilo VERSAmodule Eurocard bus
• STD Bus za 8- in16-bitne mikroprocesorske sisteme

Serijska

• 1-Wire
• HyperTransport
• I²C
• PCI Express oziroma PCIe
• Serial Peripheral Interface Bus oziroma SPI bus
• USB Universal Serial Bus
• FireWire i.Link oziroma IEEE 1394

Primeri zunanjih računalniških vodil

Vzporedna

• Advanced Technology Attachment oziroma ATA za navezavo diskov in trakov

• HIPPI HIgh Performance Parallel Interface
• IEEE-488 (GPIB, General-Purpose Instrumentation Bus inHPIB, Hewlett-Packard Instrumentation Bus)
• PCMCIA, poznan tudi kot PC card, večinoma uporabljan v notesnikih.
• SCSI Small Computer System Interface, disk/tape peripheral attachment bus

Primeri notranjih/zunanjih računalniških vodil

• Futurebus
• InfiniBand
• QuickRing
• SCI