ما هي حافلات الكمبيوتر؟ يعد ناقل النظام أهم عنصر في الكمبيوتر.

19.09.2019

حافلة الكمبيوتر

قصة

الجيل الاول

كان لمثل هذه الحافلات البسيطة عيب خطير بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر ذات الأغراض العامة. كان على جميع المعدات الموجودة في الحافلة نقل المعلومات بنفس السرعة واستخدام نفس مصدر الساعة. ولم تكن زيادة سرعة المعالج أمرًا سهلاً، إذ كانت تتطلب نفس التسارع لجميع الأجهزة. أدى هذا غالبًا إلى موقف اضطرت فيه المعالجات السريعة جدًا إلى التباطؤ حتى تتمكن من نقل المعلومات إلى بعض الأجهزة. في حين أن هذا مقبول للأنظمة المضمنة، إلا أن هذه المشكلة غير مقبولة لأجهزة الكمبيوتر التجارية. هناك مشكلة أخرى وهي أن المعالج مطلوب لجميع العمليات، وعندما يكون مشغولاً بعمليات أخرى، يمكن أن يعاني إنتاجية الناقل الفعلية بشكل كبير.

كان من الصعب تكوين حافلات الكمبيوتر هذه مع مجموعة واسعة من المعدات. على سبيل المثال، قد تتطلب كل بطاقة توسيع تتم إضافتها إعداد مفاتيح متعددة لتعيين عنوان الذاكرة وعنوان الإدخال/الإخراج والأولويات وأرقام المقاطعة.

الجيل الثاني

حافلات الكمبيوتر من "الجيل الثاني"، على سبيل المثال. نوبوسحل بعض المشاكل المذكورة أعلاه. لقد قاموا عادةً بتقسيم الكمبيوتر إلى "جزأين"، المعالج والذاكرة في أحدهما والأجهزة المختلفة في الآخر. تم تركيب وحدة تحكم خاصة للحافلة بين الأجزاء ( تحكم الحافلة). أتاحت هذه البنية إمكانية تسريع سرعة المعالج دون التأثير على الناقل وإعفاء المعالج من مهام إدارة الناقل. وبمساعدة وحدة التحكم، يمكن للأجهزة الموجودة على الناقل التواصل مع بعضها البعض دون تدخل من المعالج المركزي. تتمتع الحافلات الجديدة بأداء أفضل، ولكنها تتطلب أيضًا بطاقات توسعة أكثر تعقيدًا. غالبًا ما يتم حل مشكلات السرعة عن طريق زيادة عرض ناقل البيانات، من حافلات 8 بت في الجيل الأول إلى حافلات 16 أو 32 بت في الجيل الثاني. يبدو أيضًا أن تكوين جهاز البرنامج يعمل على تبسيط اتصال الأجهزة الجديدة، والتي تم توحيدها الآن باسم Plug-n-play.

ومع ذلك، فإن الحافلات الجديدة، مثل الجيل السابق، تتطلب نفس السرعات من الأجهزة الموجودة على نفس الحافلة. تم الآن عزل المعالج والذاكرة في الناقل الخاص بهما وزادت سرعتهما بشكل أسرع من سرعة الناقل المحيطي. ونتيجة لذلك، كانت الحافلات بطيئة جدًا بالنسبة للأنظمة الجديدة وعانت الآلات من نقص البيانات. أحد الأمثلة على هذه المشكلة: كانت بطاقات الفيديو تتحسن بسرعة، ولم يكن لديها ما يكفي من النطاق الترددي حتى مع الحافلات الجديدة (PCI). بدأت أجهزة الكمبيوتر في تضمين (AGP) فقط للعمل مع محولات الفيديو. هذا العام، أصبح AGP مرة أخرى غير سريع بما فيه الكفاية لبطاقات الفيديو القوية وبدأ استبدال AGP بحافلة جديدة بي سي اي اكسبريس

بدأ عدد متزايد من الأجهزة الخارجية في استخدام حافلاتها الخاصة. عندما تم اختراع محركات الأقراص، تم توصيلها بالجهاز باستخدام بطاقة متصلة بالحافلة. ولهذا السبب، كان لدى أجهزة الكمبيوتر العديد من فتحات التوسعة. ولكن في الثمانينيات والتسعينيات، تم اختراع إطارات جديدة بيئة تطوير متكاملةحل هذه المشكلة وترك معظم فتحات التوسعة في الأنظمة الجديدة فارغة. في هذه الأيام، تدعم السيارة النموذجية حوالي خمسة إطارات مختلفة.

بدأ تقسيم الإطارات إلى داخلية ( الحافلات المحلية) والخارجية ( حافلة خارجية). تم تصميم الأول لتوصيل الأجهزة الداخلية مثل محولات الفيديو وبطاقات الصوت، بينما تم تصميم الأخير لتوصيل الأجهزة الخارجية مثل الماسحات الضوئية. إن IDE عبارة عن ناقل خارجي حسب التصميم، ولكن يتم استخدامه دائمًا داخليًا بواسطة الكمبيوتر.

الجيل الثالث

إطارات "الجيل الثالث" حاليًا [ متى؟] هم في طور دخول السوق، بما في ذلك

غالبًا ما يتم تصميم الدوائر المتكاملة الحديثة من أجزاء مسبقة الصنع، تسمى "الملكية الفكرية" أو IP. تم تطوير الحافلات (مثل Wishbone) لتسهيل دمج أجزاء مختلفة من الدوائر المتكاملة.

أمثلة على حافلات الكمبيوتر الداخلية

موازي

تعرف على ما هو "حافلة الكمبيوتر" في القواميس الأخرى:

حافلة حاسوبية يتم من خلالها إرسال الإشارات التي تحدد طبيعة تبادل المعلومات على طول الطريق السريع. تحدد إشارات التحكم العملية التي يجب تنفيذها (قراءة أو كتابة المعلومات من الذاكرة)، ومزامنة التبادل... ... ويكيبيديا

ناقل العنوان هو ناقل كمبيوتر تستخدمه وحدة المعالجة المركزية أو الأجهزة القادرة على بدء جلسات DMA للإشارة إلى العنوان الفعلي لكلمة من ذاكرة الوصول العشوائي (أو بداية مجموعة من الكلمات) التي يمكن للجهاز الوصول إليها ... ... ويكيبيديا

ناقل التوسعة عبارة عن ناقل كمبيوتر يتم استخدامه على بطاقة النظام الخاصة بأجهزة الكمبيوتر أو وحدات التحكم الصناعية لإضافة أجهزة (لوحات) إلى الكمبيوتر. هناك عدة أنواع: أجهزة الكمبيوتر الشخصية ISA 8 و16 بت، ... ... ويكيبيديا

ناقل كمبيوتر تستخدمه وحدة معالجة مركزية أو أجهزة قادرة على بدء جلسات DMA للإشارة إلى العنوان الفعلي لكلمة من ذاكرة الوصول العشوائي (أو بداية مجموعة من الكلمات) التي يرغب الجهاز في الوصول إليها لإجراء عملية ما... .. ويكيبيديا

ناقل العنوان هو ناقل كمبيوتر تستخدمه وحدة المعالجة المركزية أو الأجهزة القادرة على بدء جلسات DMA للإشارة إلى العنوان الفعلي لكلمة من ذاكرة الوصول العشوائي (أو بداية كتلة من الكلمات) التي يرغب الجهاز في الوصول إليها لتنفيذها... ... ويكيبيديا

صور (بالألمانية: Schiene): المحتويات 1 العرقية 2 في العلوم والتكنولوجيا 3 في الفن ... ويكيبيديا

يوجد في الصورة 4 فتحات PCI Express: x4، x16، x1، x16 مرة أخرى، يوجد أدناه فتحة PCI قياسية 32 بت، على اللوحة الأم DFI LanParty nForce4 SLI DR PCI Express أو PCIe أو PCI E، (المعروف أيضًا باسم 3GIO للإدخال/الإخراج من الجيل الثالث؛ لا ينبغي الخلط بينه وبين PCI... ويكيبيديا

حافلة الكمبيوتر، خط نقل البيانات بين ذاكرة الوصول العشوائي وأجهزة التحكم. يمكن تمثيل ناقل النظام بشكل مبسط كمجموعة من خطوط الإشارة، مجتمعة وفقًا للغرض منها (البيانات، العناوين، التحكم)، والتي لها... ... القاموس الموسوعي

موصلات ناقل PCI Express (من الأعلى إلى الأسفل: x4 وx16 وx1 وx16). يوجد أدناه موصل ناقل PCI عادي 32 بت. وهذا المصطلح له معاني أخرى، انظر صور. حافلة الكمبيوتر (من ... ويكيبيديا

موصلات ناقل PCI Express (من الأعلى إلى الأسفل: x4 وx16 وx1 وx16)، مقارنةً بموصل ناقل 32 بت المعتاد ناقل الكمبيوتر (من ناقل الكمبيوتر الإنجليزي، المفتاح العالمي ثنائي الاتجاه) في هندسة الكمبيوتر... ... ويكيبيديا

مرحبا عزيزي القراء لموقع بلوق. في كثير من الأحيان على الإنترنت، يمكنك العثور على الكثير من جميع أنواع مصطلحات الكمبيوتر، على وجه الخصوص، مفهوم مثل "حافلة النظام". لكن قلة من الناس يعرفون بالضبط ما يعنيه مصطلح الكمبيوتر هذا. أعتقد أن مقالة اليوم ستساعد في توضيح الأمور.

يتضمن ناقل النظام (الحافلة) ناقل البيانات والعنوان والتحكم. ينقل كل واحد منهم معلوماته الخاصة: في ناقل البيانات - البيانات والعناوين - على التوالي، العنوان (الأجهزة وخلايا الذاكرة)، والتحكم - إشارات التحكم للأجهزة. ولكننا الآن لن نخوض في غابة نظرية تنظيم هندسة الحاسوب؛ بل سنترك هذا لطلاب الجامعة. فيزيائياً، يتم تقديم الطريق السريع على شكل (جهات اتصال) على اللوحة الأم.

وليس من قبيل المصادفة أنني أشرت إلى نقش "FSB" في الصورة الخاصة بهذا المقال. النقطة هي أن توصيل المعالج بالشرائحالإجابة هي حافلة FSB، والتي تعني "الحافلة الأمامية" - أي "الأمامية" أو "النظام". وهو ما يتم التركيز عليه عادة عند رفع تردد تشغيل المعالج، على سبيل المثال.

هناك عدة أنواع من ناقل FSB، على سبيل المثال، على اللوحات الأم التي تحتوي على معالجات Intel، عادةً ما يحتوي ناقل FSB على مجموعة متنوعة من QPB، حيث يتم نقل البيانات 4 مرات في دورة الساعة. إذا كنا نتحدث عن معالجات AMD، فسيتم نقل البيانات مرتين في دورة الساعة، ويسمى نوع الناقل EV6. وفي أحدث نماذج وحدة المعالجة المركزية AMD، لا يوجد FSB على الإطلاق، يتم لعب دوره بواسطة أحدث HyperTransport.

لذلك، يتم نقل البيانات بين المعالج المركزي وبتردد يتجاوز تردد ناقل FSB بمقدار 4 مرات. لماذا 4 مرات فقط، انظر الفقرة أعلاه. اتضح أنه إذا كان المربع يشير إلى 1600 ميجا هرتز (التردد الفعال)، فإن التردد في الواقع سيكون 400 ميجا هرتز (الفعلي). في المستقبل، عندما نتحدث عن رفع تردد التشغيل المعالج (في المقالات التالية)، سوف تتعلم لماذا تحتاج إلى الاهتمام بهذه المعلمة. في الوقت الحالي، تذكر فقط أنه كلما زاد التردد، كان ذلك أفضل.

بالمناسبة، النقش "O.C." تعني حرفيًا "رفع تردد التشغيل"، وهو اختصار للغة الإنجليزية. رفع تردد التشغيل، أي أن هذا هو الحد الأقصى لتردد ناقل النظام الذي تدعمه اللوحة الأم. يمكن أن يعمل ناقل النظام بأمان بتردد أقل بكثير من التردد الموضح على العبوة، ولكن ليس أعلى منه.

المعلمة الثانية التي تميز ناقل النظام هي. هذه هي كمية المعلومات (البيانات) التي يمكن أن تمر عبر نفسها في ثانية واحدة. يتم قياسه بالبت/الثانية. يمكن حساب النطاق الترددي بشكل مستقل باستخدام معادلة بسيطة للغاية: تردد الناقل (FSB) * عرض الناقل. أنت تعرف بالفعل عن المضاعف الأول، والمضاعف الثاني يتوافق مع حجم بت المعالج - تذكر، x64، x86(32)؟ جميع المعالجات الحديثة هي بالفعل 64 بت.

لذلك، نستبدل بياناتنا في الصيغة، والنتيجة هي: 1600 * 64 = 102,400 ميجابت/ثانية = 100 جيجابت/ثانية = 12.5 جيجابت/ثانية. هذا هو عرض النطاق الترددي للطريق السريع بين مجموعة الشرائح والمعالج، أو بشكل أكثر دقة، بين الجسر الشمالي والمعالج. إنه النظام، FSB، حافلات المعالج - كل هذه مرادفات. جميع الموصلات الموجودة على اللوحة الأم - بطاقة الفيديو والقرص الصلب وذاكرة الوصول العشوائي "تتواصل" مع بعضها البعض فقط من خلال الطرق السريعة. لكن FSB ليس الوحيد على اللوحة الأم، على الرغم من أنه بالتأكيد الأكثر أهمية.

كما يتبين من الشكل، فإن الناقل الأمامي (الخط الأكثر سمكًا) يربط بشكل أساسي المعالج ومجموعة الشرائح فقط، ومن مجموعة الشرائح هناك عدة حافلات مختلفة في اتجاهات أخرى: PCI، ومحول الفيديو، وذاكرة الوصول العشوائي، وUSB. وليست حقيقة على الإطلاق أن ترددات التشغيل لهذه الحافلات الفرعية يجب أن تكون مساوية أو مضاعفات تردد FSB، لا، بل يمكن أن تكون مختلفة تمامًا؛ ومع ذلك، في المعالجات الحديثة غالبًا ما يتم نقل وحدة التحكم في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) من الجسر الشمالي إلى المعالج نفسه، وفي هذه الحالة يتبين أنه لا يوجد ناقل منفصل لذاكرة الوصول العشوائي (RAM)؛ يتم نقل جميع البيانات بين المعالج وذاكرة الوصول العشوائي مباشرة عبر FSB بتردد متساوٍ على تردد FSB

هذا كل شيء في الوقت الراهن، وذلك بفضل.

"ما هي الإطارات"؟ سؤال غريب، يمكن لأي شخص أن يقول. لقد رأينا الإطارات منذ الطفولة - إطارات الدراجات والسيارات والشاحنات - أي إطارات السيارات. شيء "يضع" العجلات. لكن اتضح أنه لا يعلم الجميع بوجود حافلات الكمبيوتر. في الوقت الحاضر، لن تفاجئ أحدًا بالكمبيوتر؛ فهو تقريبًا مادة "سطح مكتب" لأي تلميذ. لكن ما يوجد بالداخل معروف لعدد قليل من تلاميذ المدارس المتحمسين والهواة والعاملين في مراكز الخدمة.

لذا، تقول ويكيبيديا أن "ناقل الكمبيوتر (من ناقل الكمبيوتر الإنجليزي، المفتاح العالمي ثنائي الاتجاه) هو نظام فرعي في هندسة الكمبيوتر ينقل البيانات بين الكتل الوظيفية للكمبيوتر." الذي - التي. يمكننا القول أنه إذا كان قلب الكمبيوتر هو المعالج، فإن نواقل الكمبيوتر هي الشرايين التي تعمل عبرها الإشارات الكهربائية. وهذه الموصلات التي يتم فيها عادةً إدخال محركات الأقراص الثابتة وبطاقات الفيديو وبطاقات الشبكة ليست حافلات، بل هي مجرد واجهات فتحات، ويتم ذلك بمساعدتهم! ويتم الاتصال بالحافلات. أولئك. بمعنى آخر، تقوم أجهزة الكمبيوتر بتبادل المعلومات باستخدام الحافلات. تتم مراقبة تشغيل الحافلات بواسطة وحدات تحكم خاصة.

هناك نوعان من الحافلات: ناقل النظام وحافلة التوسعة. يعد ناقل النظام (أو ناقل المعالج) ضروريًا لتبادل المعلومات بين المعالج وذاكرة الوصول العشوائي والذاكرة الخارجية. يتم استخدام الناقل الثاني لتوصيل الأجهزة الطرفية وهو بمثابة استمرار لحافلة المعالج وربطه بالأجهزة الخارجية. بالإضافة إلى وحدة التحكم، يتضمن كل ناقل العنوان والبيانات ومكونات التحكم.

إذا كانت إطارات الشاحنات لها خصائصها الخاصة (الأحجام، ونوع النمط، وتصميم خيوط السلك، ونوع الختم)، فإن إطارات الكمبيوتر لها أيضًا خصائصها الخاصة. ما هم؟

يمكن النظر في الخصائص الرئيسية لحافلات الكمبيوتر

سعة البت التي تحدد عدد بتات البيانات التي يمكن إرسالها في وقت واحد. أولئك. إذا كان الناقل 16 بت، فهو يحتوي على 16 قناة لنقل البيانات في وقت واحد.
تردد الساعة.
الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات في الثانية.

يتم تحسين حافلات الكمبيوتر باستمرار. إذا كان ناقل نظام IBM PC/XT شائعًا في الثمانينيات من القرن الماضي، حيث يوفر 8 بتات من نقل البيانات، فمع ظهور معالج i286، ظهر ناقل نظام ISA (الهندسة القياسية الصناعية) الجديد. ولكن مع مرور الوقت، ظهرت معالجات i386 وi486 وPentium، وأصبح ناقل نظام ISA تدريجياً هو عنق الزجاجة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية المعتمدة على هذه المعالجات.

حاليًا، مجموعة الإطارات واسعة جدًا وكميتها وجودتها تتزايد باستمرار. كل إطار له مزاياه الخاصة، وربما عيوبه. غالبًا ما تستخدم أجهزة الكمبيوتر الحديثة حافلاتها "الخاصة".

تعليقات:

كشفت شركة Dell رسميًا عن الجيل الجديد من أجهزة الكمبيوتر المحمولة طراز Inspiron 5000 المزودة بمعالج AMD R...

تم الإعلان الرسمي عن الهاتف الذكي الجديد Lenovo K6 Enjoy والذي تصنفه الشركة ضمن الفئة المتوسطة....

لفترة طويلة، كانت كاميرا Panasonic Lumix GH-5 مطلوبة بشكل لا يصدق في السوق، حيث أتاحت...

أطلقت TECNO اليوم رسميًا الهاتف الذكي CAMON 11S ذو الأسعار المعقولة. ميزتها الرئيسية هي...

يتكون الكمبيوتر من العديد من المكونات المختلفة، مثل المعالج المركزي، والذاكرة، والقرص الصلب، بالإضافة إلى عدد كبير من الأجهزة الإضافية والخارجية، مثل الشاشة، والماوس، ولوحة المفاتيح، ومحركات الأقراص المحمولة الإضافية، وما إلى ذلك. كل هذا يجب أن يتحكم فيه المعالج، ويرسل ويستقبل البيانات، ويرسل الإشارات، ويغير الحالة.

ولتنفيذ هذا التفاعل، يتم توصيل جميع أجهزة الكمبيوتر ببعضها البعض وبالمعالج عبر الناقلات. يعد الناقل مسارًا شائعًا يتم من خلاله نقل المعلومات من مكون إلى آخر. في هذه المقالة سنلقي نظرة على نواقل الكمبيوتر الرئيسية وأنواعها بالإضافة إلى الأجهزة التي يتم استخدامها للاتصال بها وسبب الحاجة إليها.

كما قلت من قبل، الحافلة هي جهاز يسمح لك بتوصيل العديد من مكونات الكمبيوتر. ولكن يمكن توصيل عدة أجهزة بحافلة واحدة، ولكل حافلة مجموعة من الفتحات الخاصة بها لتوصيل الكابلات أو البطاقات.

في الواقع، الحافلة عبارة عن مجموعة من الأسلاك الكهربائية المجمعة في حزمة، من بينها أسلاك الكهرباء، وكذلك أسلاك الإشارة لنقل البيانات. ويمكن أيضًا تصنيع الحافلات ليس على شكل أسلاك خارجية، بل مدمجة في دائرة اللوحة الأم.

بناءً على طريقة نقل البيانات، يتم تقسيم الحافلات إلى تسلسلية ومتوازية. تقوم الناقلات التسلسلية بنقل البيانات على سلك واحد، بتة واحدة في كل مرة، وفي الناقلات المتوازية يتم تقسيم نقل البيانات بين عدة أسلاك وبالتالي يمكن نقل المزيد من البيانات.

أنواع حافلات النظام

يمكن تقسيم جميع حافلات الكمبيوتر إلى عدة أنواع حسب الغرض منها. ها هم:

حافلات البيانات- جميع الناقلات المستخدمة لنقل البيانات بين معالج الكمبيوتر والأجهزة الطرفية. يمكن استخدام كلا الطريقتين التسلسلية والمتوازية للإرسال، ويمكن إرسال من 1 إلى 8 بتات في المرة الواحدة. بناءً على حجم البيانات التي يمكن نقلها في المرة الواحدة، يتم تقسيم هذه الناقلات إلى 8 و16 و32 وحتى 64 بت؛
عنوان الحافلات- متصلة بمناطق معينة من المعالج وتسمح لك بكتابة وقراءة البيانات من ذاكرة الوصول العشوائي؛
حافلات الطاقة- تقوم هذه الحافلات بتزويد الكهرباء لمختلف الأجهزة المتصلة بها؛
حافلة الموقت- ينقل هذا الناقل إشارة ساعة النظام لمزامنة الأجهزة الطرفية المتصلة بالكمبيوتر؛
حافلة التمديد- يسمح لك بتوصيل مكونات إضافية، مثل بطاقات الصوت أو التلفزيون؛

وفي الوقت نفسه، يمكن تقسيم جميع الإطارات إلى نوعين. هذه هي ناقلات النظام أو الناقلات الداخلية للكمبيوتر التي تربط المعالج بمكونات الكمبيوتر الرئيسية على اللوحة الأم، مثل الذاكرة. النوع الثاني هو حافلات الإدخال/الإخراج، وهي مصممة لتوصيل الأجهزة الطرفية المختلفة. ترتبط هذه الناقلات بحافلة النظام من خلال جسر يتم تنفيذه على شكل شرائح معالج.

يتم أيضًا توصيل ناقل التمديد بحافلات الإدخال / الإخراج. بهذه الحافلات يتم توصيل مكونات الكمبيوتر مثل بطاقة الشبكة وبطاقة الفيديو وبطاقة الصوت والقرص الصلب وغيرها، وسننظر إليها بمزيد من التفصيل في هذه المقالة.

فيما يلي أكثر أنواع الناقلات شيوعًا في الكمبيوتر للتوسعات:

هو- صناعة الهندسة القياسية؛
عيسى- البنية القياسية الصناعية الموسعة؛
مولودية.- بنية القناة الصغيرة؛
فيسا- جمعية معايير إلكترونيات الفيديو؛
PCI- ربط المكونات الطرفية؛
PCI-E- توصيل المكونات الطرفية السريع؛
PCMCIA- رابطة صناعة بطاقات ذاكرة الكمبيوتر الشخصي (المعروفة أيضًا باسم ناقل الكمبيوتر الشخصي)؛
أغب- منفذ رسومي متسارع؛
SCSI- واجهة أنظمة الكمبيوتر الصغيرة.

الآن دعونا نلقي نظرة فاحصة على جميع حافلات الكمبيوتر الشخصية هذه.

حافلة عيسى

في السابق، كان هذا هو النوع الأكثر شيوعًا لحافلات التوسعة. تم تطويره بواسطة IBM لاستخدامه في كمبيوتر IBM PC-XT. يبلغ عرض هذه الحافلة 8 بت. وهذا يعني أنه كان من الممكن إرسال 8 بتات أو بايت واحد في المرة الواحدة. تعمل الحافلة بتردد ساعة 4.77 ميجا هرتز.

بالنسبة للمعالج 80286 القائم على IBM PC-AT، تم تعديل تصميم الناقل بحيث يمكنه حمل 16 بت من البيانات في المرة الواحدة. في بعض الأحيان يُطلق على الإصدار 16 بت من ناقل ISA اسم AT.

تشمل التحسينات الأخرى لهذا الناقل استخدام 24 سطر عنوان، مما جعل من الممكن معالجة 16 ميغابايت من الذاكرة. كان هذا الناقل متوافقًا مع الإصدار 8 بت، لذا يمكن استخدام جميع البطاقات القديمة هنا. يعمل الإصدار الأول من الناقل بتردد معالج يبلغ 4.77 ميجا هرتز، وفي الإصدار الثاني تمت زيادة التردد إلى 8 ميجا هرتز.

حافلة MCA

قامت شركة IBM بتطوير هذا الناقل كبديل لـ ISA للكمبيوتر PS/2، والذي صدر في عام 1987. لقد تلقى الإطار المزيد من التحسينات مقارنة بـ ISA. على سبيل المثال، تم زيادة التردد إلى 10 ميجا هرتز، مما أدى إلى زيادة السرعة، ويمكن للحافلة نقل 16 أو 32 بت من البيانات في المرة الواحدة.

تمت إضافة تقنية Bus Mastering أيضًا. تحتوي كل لوحة توسيع على معالج صغير، وتتحكم هذه المعالجات في معظم عمليات نقل البيانات، مما يؤدي إلى تحرير موارد المعالج الرئيسي.

إحدى مزايا هذا الناقل هي أن الأجهزة المتصلة لديها برامجها الخاصة، مما يعني أن الحد الأدنى من تدخل المستخدم مطلوب للتكوين. لم يعد ناقل MCA يدعم بطاقات ISA وقررت شركة IBM فرض رسوم على الشركات المصنعة الأخرى مقابل استخدام هذه التقنية، مما جعلها غير شعبية ولم يتم استخدامها الآن في أي مكان.

حافلة إيسا

تم تطوير هذا الإطار من قبل مجموعة من الشركات المصنعة كبديل لإطار MCA. تم تكييف الناقل لنقل البيانات عبر قناة 32 بت مع إمكانية الوصول إلى 4 جيجابايت من الذاكرة. مثل MCA، تستخدم كل بطاقة معالجًا دقيقًا، وكان من الممكن تثبيت برامج التشغيل باستخدام قرص. لكن الحافلة كانت لا تزال تعمل بسرعة 8 ميجاهرتز لدعم بطاقات ISA.

فتحات EISA هي ضعف عمق ISA؛ إذا تم إدخال بطاقة ISA، فإنها تستخدم الصف العلوي من الفتحات فقط، بينما تستخدم EISA جميع الفتحات. كانت بطاقات EISA باهظة الثمن وكانت تُستخدم عادةً على الخوادم.

حافلة فيسا

تم تطوير ناقل VESA لتوحيد طرق نقل إشارة الفيديو وحل مشكلة كل مصنع يحاول ابتكار ناقل خاص به.

يحتوي ناقل VESA على قناة بيانات 32 بت ويمكن أن يعمل بترددات 25 و33 ميجاهرتز. كان يعمل بنفس سرعة ساعة المعالج المركزي. لكن هذه أصبحت مشكلة، كان تردد المعالج يتزايد وكان لا بد من زيادة سرعة بطاقات الفيديو، وكلما زادت سرعة الأجهزة الطرفية، زادت تكلفتها. وبسبب هذه المشكلة، تم استبدال ناقل VESA في النهاية بـ PCI.

تحتوي فتحات VESA على مجموعات إضافية من الموصلات، وبالتالي كانت البطاقات نفسها كبيرة. ومع ذلك، تم الحفاظ على التوافق مع ISA.

حافلة PCI

يعد Peripheral Component Interconnect (PCI) أحدث تطور في حافلات التوسعة. هذا هو المعيار الحالي لبطاقات توسيع الكمبيوتر الشخصي. قامت إنتل بتطوير هذه التقنية في عام 1993 لمعالج بنتيوم. يقوم هذا الناقل بتوصيل المعالج بالذاكرة والأجهزة الطرفية الأخرى.

يدعم PCI نقل البيانات 32 و 64 بت، وكمية البيانات المنقولة تساوي حجم بت المعالج، وسيستخدم المعالج 32 بت ناقل 32 بت، وسيستخدم المعالج 64 بت ناقل 64 بت. تعمل الحافلة بتردد 33 ميجا هرتز.

يمكن لـ PCI استخدام تقنية التوصيل والتشغيل (PnP). جميع بطاقات PCI تدعم PnP. وهذا يعني أنه يمكن للمستخدم توصيل بطاقة جديدة، وتشغيل الكمبيوتر، وسيتم التعرف عليها وتكوينها تلقائيًا.

كما يتم دعم التحكم في الناقل هنا، حيث توجد بعض إمكانيات معالجة البيانات، لذلك يقضي المعالج وقتًا أقل في معالجتها. تعمل معظم بطاقات PCI بجهد 5 فولت، لكن هناك بطاقات تتطلب 3 فولت.

حافلة AGP

أدت الحاجة إلى نقل فيديو عالي الجودة بسرعات عالية إلى تطوير AGP. يتصل منفذ الرسومات المتسارع (AGP) بالمعالج ويعمل بسرعة ناقل المعالج. وهذا يعني أنه سيتم نقل إشارات الفيديو إلى بطاقة الفيديو لمعالجتها بشكل أسرع.

يستخدم AGP ذاكرة الوصول العشوائي للكمبيوتر لتخزين الصور ثلاثية الأبعاد. وهذا يمنح بطاقة الرسومات ذاكرة فيديو غير محدودة. لتسريع نقل البيانات، قامت إنتل بتطوير AGP كمسار مباشر لنقل البيانات إلى الذاكرة. يتراوح نطاق سرعات النقل من 264 ميجابت إلى 1.5 جيجابت.

بي سي اي اكسبريس

هذه نسخة معدلة من معيار PCI، الذي تم إصداره في عام 2002. تكمن خصوصية هذا الناقل في أنه بدلاً من توصيل جميع الأجهزة بالتوازي مع الناقل، يتم استخدام اتصال من نقطة إلى نقطة بين جهازين. يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى 16 من هذه الاتصالات.

وهذا يعطي أقصى سرعة لنقل البيانات. يدعم المعيار الجديد أيضًا التبديل السريع للأجهزة أثناء تشغيل الكمبيوتر.

بطاقة الكمبيوتر

تم إنشاء ناقل جمعية صناعة بطاقات ذاكرة الكمبيوتر الشخصي (PCICIA) لتوحيد ناقلات البيانات في أجهزة الكمبيوتر المحمولة.

حافلة SCSI

تم تطوير حافلة SCSI بواسطة M. Shugart وتم توحيدها في عام 1986. يتم استخدام هذا الناقل لتوصيل أجهزة التخزين المختلفة مثل محركات الأقراص الثابتة ومحركات أقراص DVD وما إلى ذلك، بالإضافة إلى الطابعات والماسحات الضوئية. كان الهدف من هذا المعيار هو توفير واجهة واحدة لإدارة جميع أجهزة التخزين بأقصى سرعة.

حافلة USB

هذا هو معيار ناقل خارجي يدعم معدلات نقل البيانات حتى 12 ميجابت/ثانية. يتيح لك منفذ USB (الناقل التسلسلي العالمي) توصيل ما يصل إلى 127 جهازًا طرفيًا مثل أجهزة الماوس وأجهزة المودم ولوحات المفاتيح وأجهزة USB الأخرى. يتم أيضًا دعم الإزالة الساخنة وإدخال الأجهزة. توجد حاليًا حافلات كمبيوتر USB خارجية مثل USB 1.0 وUSB 2.0 وUSB 3.0 وUSB 3.1 وUSB Type-C.

تم إصدار USB 1.0 في عام 1996 ويدعم معدلات نقل البيانات التي تصل إلى 1.5 ميجابت في الثانية. يدعم معيار USB 1.1 بالفعل سرعات تبلغ 12 ميجابت في الثانية لأجهزة مثل محركات الأقراص الثابتة.

ظهرت مواصفات أحدث، USB 2.0، في عام 2002. زادت سرعة نقل البيانات إلى 480 ميجابت/ثانية، وهو أسرع 40 مرة من ذي قبل.

ظهر USB 3.0 في عام 2008 ورفع مستوى السرعة إلى أعلى، والآن يمكن نقل البيانات بسرعة 5 جيجابت في الثانية. كما تم زيادة عدد الأجهزة التي يمكن تشغيلها من منفذ واحد. تم إصدار USB 3.1 في عام 2013 ويدعم بالفعل سرعات تصل إلى 10 جيجابت في الثانية. أيضًا لهذا الإصدار، تم تطوير موصل مدمج من النوع C، والذي يمكن توصيل الموصل به على أي من الجانبين.

تتفاعل المكونات الموجودة داخل جهاز الكمبيوتر مع بعضها البعض بطرق مختلفة. تتواصل معظم المكونات الداخلية، بما في ذلك المعالج وذاكرة التخزين المؤقت والذاكرة وبطاقات التوسعة وأجهزة التخزين، مع بعضها البعض باستخدام واحد أو أكثر الإطارات(الباصات).

الناقل في أجهزة الكمبيوتر هو قناة يتم من خلالها نقل المعلومات بين جهازين أو أكثر (عادة ما يسمى الناقل الذي يربط جهازين فقط ميناء- ميناء). تحتوي الحافلة عادةً على نقاط وصول، أو أماكن يمكن للجهاز الاتصال بها لجعل نفسه جزءًا من الناقل، ويمكن للأجهزة الموجودة على الناقل إرسال المعلومات واستقبال المعلومات من الأجهزة الأخرى. يعد مفهوم الحافلة عامًا تمامًا سواء بالنسبة "للجزء الداخلي" من جهاز الكمبيوتر أو للعالم الخارجي. على سبيل المثال، يمكن اعتبار اتصال الهاتف في المنزل بمثابة حافلة: تنتقل المعلومات عبر الأسلاك في المنزل، ويمكن للمرء الاتصال بـ "الحافلة" عن طريق تركيب مقبس الهاتف، وتوصيل الهاتف به، والتقاط إشارة الهاتف. هاتف. يمكن لجميع الهواتف الموجودة في الحافلة مشاركة المعلومات، على سبيل المثال. خطاب.

هذه المادة مخصصة لإطارات أجهزة الكمبيوتر الحديثة. أولاً يتم مناقشة الإطارات وخصائصها، ومن ثم يتم مناقشة الإطارات الأكثر شيوعاً في العالم بالتفصيل. حافلات الإدخال والإخراج(حافلة الإدخال والإخراج)، وتسمى أيضًا حافلات التوسعة(حافلات التوسعة).

وظائف وخصائص الإطارات

تعد حافلات الكمبيوتر "مسارات" البيانات الرئيسية على اللوحة الأم. الشيء الرئيسي هو نظام الحافلات(ناقل النظام) الذي يربط بين المعالج والذاكرة الرئيسية (RAM). في السابق، كان يسمى هذا الناقل محليا، ولكن في أجهزة الكمبيوتر الحديثة يطلق عليه الإطار الأمامي(الحافلة الأمامية - FSB). يتم تحديد خصائص ناقل النظام بواسطة المعالج؛ يبلغ عرض ناقل النظام الحديث 64 بت ويعمل بتردد 66 أو 100 أو 133 ميجاهرتز. مثل هذه الإشارات عالية التردد تخلق ضوضاء كهربائية ومشاكل أخرى. ولذلك يجب تقليل التردد حتى تصل البيانات بطاقات التوسع(بطاقة التوسعة)، أو محولات(المحولات)، وغيرها من المكونات البعيدة.

ومع ذلك، كانت أجهزة الكمبيوتر الشخصية الأولى تحتوي على ناقل واحد فقط، والذي كان مشتركًا بين المعالج وذاكرة الوصول العشوائي ومكونات الإدخال / الإخراج. تعمل معالجات الجيلين الأول والثاني بتردد ساعة منخفض ويمكن لجميع مكونات النظام دعم هذا التردد. على وجه الخصوص، جعلت هذه البنية من الممكن توسيع سعة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) باستخدام بطاقات التوسعة.

في عام 1987، قرر مطورو شركة Compaq فصل ناقل النظام عن ناقل الإدخال/الإخراج حتى يتمكنوا من العمل بسرعات مختلفة. منذ ذلك الحين، أصبحت هذه الهندسة المعمارية للحافلات المتعددة هي المعيار الصناعي. علاوة على ذلك، تحتوي أجهزة الكمبيوتر الحديثة على العديد من ناقلات الإدخال/الإخراج.

التسلسل الهرمي للإطارات

يحتوي الكمبيوتر الشخصي على تنظيم هرمي للحافلات المختلفة. تحتوي معظم أجهزة الكمبيوتر الحديثة على أربع حافلات على الأقل. يتم تفسير التسلسل الهرمي للحافلة من خلال حقيقة أن كل حافلة تبتعد بشكل متزايد عن المعالج؛ تتصل كل حافلة بالمستوى الأعلى منها، وتدمج مكونات الكمبيوتر المختلفة. عادة ما يكون كل ناقل أبطأ من الناقل الذي فوقه (لسبب واضح - المعالج هو أسرع جهاز في الكمبيوتر):

ناقل ذاكرة التخزين المؤقت الداخلي:هذا هو أسرع ناقل يربط المعالج وذاكرة التخزين المؤقت L1 الداخلية.
نظام الحافلات:هذا هو ناقل النظام من المستوى الثاني الذي يربط نظام الذاكرة الفرعي بمجموعة الشرائح والمعالج. في بعض الأنظمة، يكون المعالج وناقلات الذاكرة هما نفس الشيء. عملت هذه الحافلة بسرعة (تردد قطع مسافة السباق) 66 ميجا هرتز حتى عام 1998، ثم تمت زيادتها إلى 100 ميجا هرتز وحتى 133 ميجا هرتز. تقوم معالجات Pentium II والمعالجات الأعلى بتنفيذ بنية ذات حافلة مستقلة مزدوجة(الحافلة المستقلة المزدوجة - DIB) - يتم استبدال ناقل النظام الفردي بحافلتين مستقلتين. واحد منهم مخصص للوصول إلى الذاكرة الرئيسية ويسمى الإطار الأمامي(الحافلة الأمامية)، والثاني مخصص للوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت L2 ويتم استدعاؤه الإطارات الخلفية(الحافلة الخلفية). يعمل وجود ناقلين على تحسين أداء جهاز الكمبيوتر، حيث يمكن للمعالج تلقي البيانات من كلا الناقلين في نفس الوقت. في اللوحات الأم وشرائح الجيل الخامس، يتم توصيل ذاكرة التخزين المؤقت L2 بناقل الذاكرة القياسي. لاحظ أنه يتم استدعاء ناقل النظام أيضًا الحافلة الرئيسية(الحافلة الرئيسية)، حافلة المعالج(حافلة المعالج)، حافلة الذاكرة(حافلة الذاكرة) وحتى الحافلات المحلية(الحافلات المحلية).
حافلة الإدخال/الإخراج المحلية:يتم استخدام ناقل الإدخال/الإخراج عالي السرعة لتوصيل الأجهزة الطرفية السريعة بالذاكرة ومجموعة الشرائح والمعالج. يتم استخدام هذا الناقل بواسطة بطاقات الفيديو ومحركات الأقراص وواجهات الشبكة. أكثر حافلات الإدخال/الإخراج المحلية شيوعًا هي ناقل VESA المحلي (VLB) وناقل Peripheral Component Interconnect (PCI).
حافلة الإدخال/الإخراج القياسية:يتم توصيل ناقل الإدخال/الإخراج القياسي "المستحق" بالناقلات الثلاثة المعنية، والتي تُستخدم للأجهزة الطرفية البطيئة (الماوس، والمودم، وبطاقات الصوت، وما إلى ذلك)، وكذلك للتوافق مع الأجهزة القديمة. في جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة تقريبًا، تكون هذه الحافلة هي ناقل ISA (الهندسة المعمارية القياسية للصناعة).
الناقل التسلسلي العالمي(الناقل التسلسلي العالمي - USB)، مما يسمح لك بتوصيل ما يصل إلى 127 جهازًا طرفيًا بطيئًا باستخدام مَركَز(المحور) أو أجهزة تسلسل ديزي.
الحافلة التسلسلية عالية السرعة IEEE 1394 (FireWire)، مصمم لتوصيل الكاميرات الرقمية والطابعات وأجهزة التلفزيون والأجهزة الأخرى التي تتطلب نطاقًا تردديًا عاليًا للغاية بجهاز الكمبيوتر.

يتم توصيل حافلات الإدخال / الإخراج المتعددة التي تربط الأجهزة الطرفية المختلفة بالمعالج بحافلة النظام باستخدام كوبري(جسر)، تنفيذها في الشرائح. تدير مجموعة شرائح النظام جميع الناقلات وتضمن اتصال كل جهاز في النظام بشكل صحيح مع كل جهاز آخر.

تحتوي أجهزة الكمبيوتر الجديدة على "ناقل" إضافي مصمم خصيصًا للتفاعل الرسومي فقط. في الواقع، هذا ليس إطارا، ولكن ميناء- منفذ الرسومات المتسارع (AGP). الفرق بين الناقل والمنفذ هو أن الناقل مصمم عادةً لمشاركة الوسائط بين أجهزة متعددة، بينما تم تصميم المنفذ لمشاركة جهازين فقط.

كما هو موضح سابقًا، تعد حافلات الإدخال/الإخراج في الواقع امتدادًا لحافلة النظام. على اللوحة الأم، ينتهي ناقل النظام عند شريحة الشرائح، والتي تشكل جسرًا إلى ناقل الإدخال/الإخراج. تلعب الحافلات دورًا حيويًا في تبادل البيانات في جهاز الكمبيوتر. في الواقع، جميع مكونات الكمبيوتر، باستثناء المعالج، تتواصل مع بعضها البعض ومع ذاكرة الوصول العشوائي للنظام من خلال ناقلات الإدخال/الإخراج المختلفة، كما هو موضح في الشكل الموجود على اليسار.

الحافلات العنوان والبيانات

يتكون كل إطار من جزأين مختلفين: مركبة البيانات(حافلة البيانات) و عنوان الحافلة(عنوان الحافلة). عندما يتحدث معظم الناس عن الحافلة، فإنهم يفكرون في حافلة البيانات؛ يتم نقل البيانات نفسها على غرار هذا الناقل. ناقل العناوين عبارة عن مجموعة من الخطوط التي تحدد إشاراتها مكان إرسال البيانات واستقبالها.

وبالطبع هناك خطوط إشارة للتحكم في تشغيل الحافلة والإشارة إلى توفر البيانات. في بعض الأحيان يتم استدعاء هذه الخطوط حافلة التحكم(حافلة التحكم)، على الرغم من عدم ذكرها في كثير من الأحيان.

عرض الإطارات

الحافلة هي قناة تتدفق من خلالها المعلومات. كلما كانت الحافلة أوسع، كلما أمكن "تدفق" المزيد من المعلومات على طول القناة. كان عرض أول ناقل ISA على كمبيوتر IBM الشخصي 8 بتات؛ يبلغ عرض ناقل ISA للأغراض العامة المستخدم حاليًا 16 بت. أما حافلات الإدخال/الإخراج الأخرى، بما في ذلك VLB وPCI، فيبلغ عرضها 32 بت. يبلغ عرض ناقل النظام على أجهزة الكمبيوتر المزودة بمعالجات Pentium 64 بت.

يمكن تحديد عرض ناقل العناوين بشكل مستقل عن عرض ناقل البيانات. يشير عرض ناقل العنوان إلى عدد خلايا الذاكرة التي يمكن معالجتها أثناء نقل البيانات. في أجهزة الكمبيوتر الحديثة، يبلغ عرض ناقل العنوان 36 بت، مما يسمح بذاكرة معالجة بسعة 64 جيجابايت.

سرعة الحافلة

سرعة الحافلة(سرعة الحافلة) توضح عدد بتات المعلومات التي يمكن نقلها على كل موصل حافلة في الثانية. تحمل معظم الناقلات بتًا واحدًا لكل دورة ساعة على سلك واحد، على الرغم من أن الحافلات الأحدث مثل AGP يمكنها حمل بتتين من البيانات لكل دورة ساعة، مما يضاعف الأداء. يتطلب ناقل ISA القديم دورتين على مدار الساعة لنقل بت واحد، مما يقلل الأداء إلى النصف.

عرض النطاق الترددي للحافلة

	العرض (بت)	السرعة (ميغاهرتز)	عرض النطاق الترددي (ميجابايت/ثانية)
8 بت ISA
16 بت عيسى



64 بت PCI 2.1

AGP (وضع x2)
AGP (وضع x4)

عرض النطاق(عرض النطاق الترددي) ويسمى أيضا الإنتاجية(الإنتاجية) ويظهر إجمالي كمية البيانات التي يمكن نقلها عبر الناقل في وحدة زمنية معينة. يظهر الجدول نظريعرض النطاق الترددي لحافلات الإدخال/الإخراج الحديثة. في الواقع، لا تصل الإطارات إلى القيمة النظرية بسبب الحمل الزائد لتنفيذ الأوامر وعوامل أخرى. يمكن أن تعمل معظم الإطارات بسرعات مختلفة؛ ويبين الجدول التالي القيم الأكثر نموذجية.

دعونا ندون ملاحظة حول الأسطر الأربعة الأخيرة. من الناحية النظرية، يمكن توسيع ناقل PCI إلى 64 بت وسرعة 66 ميجاهرتز. ومع ذلك، ولأسباب التوافق، يتم تصنيف جميع نواقل PCI والأجهزة الموجودة على الناقل تقريبًا عند 33 ميجاهرتز و32 بت. يعتمد AGP على المعيار النظري ويعمل بتردد 66 ميجاهرتز، لكنه يحتفظ بعرض 32 بت. يحتوي AGP على أوضاع x2 وx4 إضافية تسمح للمنفذ بإجراء عمليات نقل البيانات مرتين أو أربع مرات لكل دورة على مدار الساعة، مما يزيد من سرعة الناقل الفعالة إلى 133 أو 266 ميجاهرتز.

واجهة الحافلة

في نظام متعدد الناقلات، يجب أن توفر مجموعة الشرائح دوائر لدمج الناقلات والتواصل بين جهاز في ناقل واحد وجهاز في ناقل آخر. تسمى هذه المخططات كوبري(جسر) (لاحظ أن الجسر هو أيضًا جهاز شبكة لتوصيل نوعين مختلفين من الشبكات). الأكثر شيوعًا هو جسر PCI-ISA، وهو أحد مكونات مجموعة شرائح النظام لأجهزة الكمبيوتر التي تحتوي على معالجات Pentium. يحتوي ناقل PCI أيضًا على جسر إلى ناقل النظام.

إتقان الحافلة

في الحافلات ذات السعة العالية، يتم نقل كمية هائلة من المعلومات عبر القناة كل ثانية. عادةً ما يكون المعالج مطلوبًا لإدارة عمليات النقل هذه. في الواقع، يعمل المعالج بمثابة "وسيط"، وكما هو الحال غالبًا في العالم الحقيقي، يكون إزالة الوسيط وإجراء عمليات النقل مباشرة أكثر كفاءة. ولهذا الغرض تم تطوير أجهزة يمكنها التحكم في الحافلة والتصرف بشكل مستقل، أي: نقل البيانات مباشرة إلى ذاكرة الوصول العشوائي للنظام؛ تسمى هذه الأجهزة إطارات القيادة(سادة الحافلات). من الناحية النظرية، يمكن للمعالج أداء أعمال أخرى في وقت واحد مع عمليات نقل البيانات على الناقل؛ ومن الناحية العملية، فإن الوضع معقد بسبب عدة عوامل. للتنفيذ الصحيح اتقان الحافلة(إتقان الناقل) يلزم التحكيم في طلبات الناقل، وهو ما توفره الشريحة. يُطلق على التحكم الرئيسي في الناقل أيضًا اسم DMA "الطرف الأول"، حيث يتم التحكم في العملية بواسطة الجهاز الذي يقوم بالنقل.

حاليًا، يتم تنفيذ إتقان الناقل على ناقل PCI؛ تمت إضافة الدعم أيضًا لمحركات الأقراص الثابتة IDE/ATA لتنفيذ التحكم في الناقل على PCI في ظل ظروف معينة.

مبدأ الحافلات المحلية

تتميز بداية التسعينيات بالانتقال من التطبيقات النصية إلى التطبيقات الرسومية والشعبية المتزايدة لنظام التشغيل Windows. وقد أدى ذلك إلى زيادة هائلة في كمية المعلومات التي يجب نقلها بين المعالج والذاكرة والفيديو والأقراص الصلبة. تحتوي شاشة النص القياسية أحادية اللون (بالأبيض والأسود) على 4000 بايت فقط من المعلومات (2000 لرموز الأحرف و2000 لسمات الشاشة)، لكن شاشة Windows القياسية ذات 256 لونًا تتطلب أكثر من 300000 بايت! علاوة على ذلك، فإن الدقة الحديثة البالغة 1600 × 1200 مع 16 مليون لون تتطلب 5.8 مليون بايت من المعلومات لكل شاشة!

إن انتقال عالم البرمجيات من النص إلى الرسومات يعني أيضًا زيادة أحجام البرامج وزيادة متطلبات الذاكرة. من منظور الإدخال/الإخراج، تتطلب معالجة البيانات الإضافية لبطاقة الفيديو ومحركات الأقراص الثابتة ذات السعة الكبيرة نطاقًا تردديًا أكبر بكثير للإدخال/الإخراج. وكان لا بد من مواجهة هذا الوضع مع ظهور المعالج 80486 الذي كان أداءه أعلى بكثير من المعالجات السابقة. لم يعد ناقل ISA يفي بالمتطلبات المتزايدة وأصبح عنق الزجاجة في زيادة أداء الكمبيوتر. إن زيادة سرعة المعالج لا تؤدي إلا إلى القليل إذا كان لا بد من الانتظار على ناقل نظام بطيء لنقل البيانات.

تم العثور على الحل في تطوير ناقل جديد وأسرع، والذي كان من المفترض أن يكمل ناقل ISA ويستخدم خصيصًا للأجهزة عالية السرعة مثل بطاقات الفيديو. كان لا بد من وضع هذا الناقل على (أو بالقرب) من ناقل الذاكرة الأسرع بكثير وتشغيله بالسرعة الخارجية للمعالج تقريبًا من أجل نقل البيانات بشكل أسرع بكثير من ناقل ISA القياسي. عندما يتم وضع هذه الأجهزة بالقرب ("محليًا") من المعالج، الحافلات المحلية. كانت أول حافلة محلية هي حافلة VESA المحلية (VLB)، والحافلة المحلية الحديثة في معظم أجهزة الكمبيوتر هي حافلة Peripheral Component Interconnect (PCI).

نظام الحافلات

نظام الحافلات(ناقل النظام) يقوم بتوصيل المعالج بذاكرة الوصول العشوائي الرئيسية وربما بذاكرة التخزين المؤقت L2. وهو الناقل المركزي للكمبيوتر والحافلات الأخرى "تتفرع" منه. يتم تنفيذ ناقل النظام كمجموعة من الموصلات على اللوحة الأم ويجب أن يتوافق مع نوع معين من المعالج. المعالج هو الذي يحدد خصائص ناقل النظام. وفي الوقت نفسه، كلما كان ناقل النظام أسرع، يجب أن تكون المكونات الإلكترونية المتبقية للكمبيوتر أسرع.

وحدات المعالجة المركزية القديمة	عرض الإطارات	سرعة الحافلة
8088	8 بت	4.77 ميجاهيرتز
8086	16 بت	8 ميجا هرتز
80286-12	16 بت	12 ميجا هرتز
80386SX-16	16 بت	16 ميجا هرتز
80386DX-25	32 بت	25 ميجا هرتز

لنفكر في ناقلات النظام لجهاز الكمبيوتر المزود بمعالجات من عدة أجيال. في معالجات الجيل الأول والثاني والثالث، تم تحديد تردد ناقل النظام من خلال تردد تشغيل المعالج. ومع زيادة سرعة المعالج، زادت أيضًا سرعة ناقل النظام. في الوقت نفسه، زادت مساحة العنوان: في المعالجات 8088/8086 كانت 1 ميجابايت (عنوان 20 بت)، وفي المعالج 80286 تمت زيادة مساحة العنوان إلى 16 ميجابايت (عنوان 24 بت)، بدءًا من معالج 80386 كانت مساحة العنوان 4 جيجابايت (عنوان 32 بت).

العائلة 80486	عرض الإطارات	سرعة الحافلة
80486SX-25	32 بت	25 ميجا هرتز
80486DX-33	32 بت	33 ميجا هرتز
80486DX2-50	32 بت	25 ميجا هرتز
80486DX-50	32 بت	50 ميجا هرتز
80486DX2-66	32 بت	33 ميجا هرتز
80486DX4-100	32 بت	40 ميجا هرتز
5X86-133	32 بت	33 ميجا هرتز

كما يتبين من الجدول الخاص بمعالجات الجيل الرابع، فإن سرعة ناقل النظام تتوافق في البداية مع تردد تشغيل المعالج. ومع ذلك، فإن التقدم التكنولوجي جعل من الممكن زيادة تردد المعالج، ومطابقة سرعة ناقل النظام تتطلب زيادة سرعة المكونات الخارجية، وخاصة ذاكرة النظام، والتي ارتبطت بصعوبات كبيرة وقيود في التكلفة. ولذلك تم استخدام المعالج 80486DX2-50 لأول مرة مضاعفة التردد(مضاعفة الساعة): المعالج الذي يعمل به داخليتردد الساعة 50 ميجا هرتز، و خارجيوكانت سرعة ناقل النظام 25 ميجا هرتز، أي. فقط نصف تردد تشغيل المعالج. تعمل هذه التقنية على تحسين أداء الكمبيوتر بشكل ملحوظ، خاصة بسبب وجود ذاكرة تخزين مؤقت داخلية L1، والتي تلبي معظم وصول المعالج إلى ذاكرة النظام. منذ ذلك الحين مضاعفة الترددأصبح (مضاعفة الساعة) طريقة قياسية لزيادة أداء الكمبيوتر وتستخدم في جميع المعالجات الحديثة، مع زيادة مضاعف التردد إلى 8 أو 10 أو أكثر.

عائلة بنتيوم	عرض الإطارات	سرعة الحافلة
إنتل P60	64 بت	60 ميجا هرتز
إنتل P100	64 بت	66 ميجا هرتز
سيريكس 6X86 P133+	64 بت	55 ميجا هرتز
ايه ام دي K5-133	64 بت	66 ميجا هرتز
إنتل P150	64 بت	60 ميجا هرتز
إنتل P166	64 بت	66 ميجا هرتز
سيريكس 6X86 P166+	64 بت	66 ميجا هرتز
بنتيوم برو 200	64 بت	66 ميجا هرتز
سيريكس 6X86 P200+	64 بت	75 ميجا هرتز
بنتيوم الثاني	64 بت	66 ميجا هرتز

لفترة طويلة، كانت حافلات نظام الكمبيوتر الشخصي مع معالجات الجيل الخامس تعمل بسرعات 60 ميجاهرتز و66 ميجاهرتز. كانت الخطوة المهمة للأمام هي زيادة عرض البيانات إلى 64 بت وتوسيع مساحة العنوان إلى 64 جيجابايت (عنوان 36 بت).

تمت زيادة سرعة ناقل النظام إلى 100 ميجا هرتز في عام 1998 بفضل تطوير إنتاج شرائح PC100 SDRAM. يمكن لرقائق ذاكرة RDRAM زيادة سرعة ناقل النظام. ومع ذلك، كان للانتقال من 66 ميجا هرتز إلى 100 ميجا هرتز تأثير كبير على المعالجات واللوحات الأم باستخدام المقبس 7. في وحدات Pentium II، يتم تنفيذ ما يصل إلى 70-80٪ من حركة المرور (عمليات نقل المعلومات) داخل SEC (خرطوشة أحادية الحافة) الجديدة )، الذي يضم المعالج وكلا ذاكرتي التخزين المؤقت هما ذاكرة التخزين المؤقت L1 وذاكرة التخزين المؤقت L2. تعمل هذه الخرطوشة بسرعتها الخاصة، بغض النظر عن سرعة ناقل النظام.

وحدة المعالجة المركزية	شرائح	سرعة الإطارات	سرعة وحدة المعالجة المركزية
إنتل بنتيوم الثاني	82440BX 82440 جي اكس	100 ميجا هرتز	350,400,450 ميجاهيرتز
ايه ام دي K6-2	عبر MVP3، علاء الدين V	100 ميجا هرتز	250,300,400 ميجاهيرتز
إنتل بنتيوم الثاني زيون	82450NX	100 ميجا هرتز	450.500 ميجاهيرتز
إنتل بنتيوم الثالث	i815 i820	133 ميجا هرتز	600.667+ ميجاهيرتز
أيه إم دي أثلون	عبر KT133	200 ميجا هرتز	600 - 1000 ميغاهيرتز

تم تصميم شرائح i820 وi815، المصممة لمعالج Pentium III، لناقل نظام بسرعة 133 ميجاهرتز. أخيرًا، أدخل معالج AMD Athlon تغييرات كبيرة على البنية وتبين أن مفهوم ناقل النظام غير ضروري. يمكن لهذا المعالج تشغيل أنواع مختلفة من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بتردد أقصى يبلغ 200 ميجاهرتز.

أنواع حافلات الإدخال/الإخراج

سيغطي هذا القسم العديد من حافلات الإدخال/الإخراج، مع تخصيص معظمها للحافلات الحديثة. يقدم الشكل التالي فكرة عامة عن استخدام نواقل الإدخال/الإخراج، والتي توضح بوضوح الغرض من نواقل الإدخال/الإخراج المختلفة لجهاز الكمبيوتر الحديث.

يلخص الجدول التالي ناقلات الإدخال/الإخراج المختلفة المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر الحديثة:

إطار العجلة	سنة	عرض	سرعة	الأعلى. نقطة تفتيش قدرة
الكمبيوتر الشخصي وXT	1980-82	8 بت	متزامن: 4.77-6 ميجا هرتز	4-6 ميجابايت/ثانية
عيسى (في)	1984	16 بت	متزامن: 8-10 ميجا هرتز	8 ميجابايت/ثانية
مولودية.	1987	32 بت	غير متزامن: 10.33 ميجا هرتز	40 ميجابايت/ثانية
EISA (للخوادم)	1988	32 بت	متزامن: الحد الأقصى. 8 ميجا هرتز	32 ميجابايت/ثانية
VLB، مقابل 486	1993	32 بت	متزامن: 33-50 ميجا هرتز	100-160 ميجابايت/ثانية
PCI	1993	32/64 بت	غير متزامن: 33 ميجا هرتز	132 ميجابايت/ثانية
USB	1996	تسلسلي		1.2 ميجابايت/ثانية
فاير واير (IEEE1394)	1999	تسلسلي		80 ميجابايت/ثانية
يو اس بي 2.0	2001	تسلسلي		12-40 ميجابايت/ثانية

الإطارات القديمة

لقد "ولد" ناقل PCI الحديث ومنفذ AGP من الحافلات القديمة التي لا يزال من الممكن العثور عليها في أجهزة الكمبيوتر. علاوة على ذلك، لا يزال أقدم ناقل ISA مستخدمًا حتى في أحدث أجهزة الكمبيوتر. بعد ذلك، سنلقي نظرة على إطارات الكمبيوتر القديمة بمزيد من التفاصيل.

حافلة الهندسة المعمارية القياسية الصناعية (ISA).

هذا هو الناقل الأكثر شيوعًا والمعياري حقًا لأجهزة الكمبيوتر، والذي يتم استخدامه حتى في أحدث أجهزة الكمبيوتر على الرغم من أنه ظل دون تغيير تقريبًا منذ توسعه إلى 16 بت في عام 1984. وبطبيعة الحال، يتم استكماله الآن بحافلات أسرع، ولكن "يبقى" بفضل وجود قاعدة ضخمة من المعدات الطرفية المصممة لهذا المعيار. بالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من الأجهزة التي تكون سرعة ISA لها أكثر من كافية، مثل أجهزة المودم. وفقا لبعض الخبراء، سوف يستغرق الأمر ما لا يقل عن 5-6 سنوات قبل أن "تموت" حافلة ISA.

تم تحديد اختيار عرض وسرعة ناقل ISA من خلال المعالجات التي عملت بها في أجهزة الكمبيوتر الأولى. كان عرض ناقل ISA الأصلي على كمبيوتر IBM 8 بتات، وهو ما يتوافق مع 8 بتات من ناقل البيانات الخارجي للمعالج 8088، وكان يعمل بسرعة 4.77 ميجاهرتز، وهي أيضًا سرعة المعالج 8088 في عام 1984 وظهر الكمبيوتر بمعالج 80286 وتم مضاعفة عرض الناقل حتى 16 بت، مثل ناقل البيانات الخارجي للمعالج 80286، وفي نفس الوقت تمت زيادة سرعة الناقل إلى 8 ميجا هرتز، وهو ما يتوافق أيضًا مع سرعة المعالج. من الناحية النظرية، يبلغ معدل نقل الناقل 8 ميجابايت/ثانية، ولكن عمليًا لا يتجاوز 1-2 ميجابايت/ثانية.

في أجهزة الكمبيوتر الحديثة، تعمل حافلة ISA ك حافلة داخليةوالذي يستخدم للوحة المفاتيح والأقراص المرنة والمنافذ التسلسلية والمتوازية وكيفية القيام بذلك حافلة التوسع الخارجي، والتي يمكنك توصيل محولات 16 بت بها، مثل بطاقة الصوت.

بعد ذلك، أصبحت معالجات AT أسرع، ثم تم زيادة ناقل البيانات الخاص بها، ولكن الآن أجبرت متطلبات التوافق مع الأجهزة الحالية الشركات المصنعة على الالتزام بالمعيار وظل ناقل ISA دون تغيير تقريبًا منذ ذلك الحين. يوفر ناقل ISA نطاقًا تردديًا كافيًا للأجهزة البطيئة ومن المؤكد أنه يضمن التوافق مع كل أجهزة الكمبيوتر التي تم إصدارها تقريبًا.

لا تزال العديد من بطاقات التوسعة، حتى الحديثة منها، ذات 8 بت (يمكنك معرفة ذلك من خلال موصل البطاقة - تستخدم بطاقات 8 بت فقط الجزء الأول من موصل ISA، بينما تستخدم بطاقات 16 بت كلا الجزأين). بالنسبة لهذه البطاقات، لا يهم النطاق الترددي المنخفض لحافلة ISA. ومع ذلك، يتم توفير الوصول إلى المقاطعات IRQ 9 عبر IRQ 15 من خلال الأسلاك الموجودة في الجزء 16 بت من موصلات الناقل. ولهذا السبب لا يمكن توصيل معظم أجهزة المودم بطلبات IRQ ذات الأعداد الكبيرة. لا يمكن مشاركة خطوط IRQ بين أجهزة ISA.

وثيقة دليل تصميم نظام PC99، التي أعدتها Intel وMicrosoft، تتطلب بشكل قاطع إزالة فتحات ناقل ISA من اللوحات الأم، لذلك يمكننا أن نتوقع أن أيام هذه الحافلة "المستحقة" أصبحت معدودة.

ناقل بنية القناة الدقيقة (MCA).

كانت هذه الحافلة بمثابة محاولة من شركة IBM لجعل ناقل ISA "أكبر وأفضل". عندما تم تقديم المعالج 80386DX مع ناقل بيانات 32 بت في منتصف الثمانينات، قررت شركة IBM تطوير ناقل ليتناسب مع عرض ناقل البيانات هذا. كان عرض ناقل MCA 32 بت وكان له العديد من المزايا مقارنة بحافلة ISA.

تتمتع حافلة MCA ببعض الميزات الرائعة مع الأخذ في الاعتبار أنه تم تقديمها في عام 1987 أي. قبل سبع سنوات من ظهور ناقل PCI بقدرات مماثلة. في بعض النواحي، كانت حافلة MCA سابقة لعصرها:

العرض 32 بت:كان عرض الحافلة 32 بت، مثل حافلات VESA وPCI المحلية. كانت إنتاجيتها أعلى بكثير مقارنة بحافلة ISA.
إتقان الحافلة:يدعم ناقل MCA بشكل فعال محولات التحكم في الناقل، بما في ذلك التحكيم المناسب للحافلة.
يقوم ناقل MCA تلقائيًا بتكوين بطاقات المحول، مما يجعل وصلات العبور غير ضرورية. حدث هذا قبل 8 سنوات من قيام نظام التشغيل Windows 95 بجعل تقنية PnP مقبولة بشكل عام على أجهزة الكمبيوتر الشخصية.

تتمتع حافلة MCA بإمكانيات هائلة. ولسوء الحظ، اتخذت شركة IBM قرارين من هذا القبيل لم يشجعا على اعتماد هذا الناقل. أولاً، كان ناقل MCA غير متوافق مع ناقل ISA، أي. لم تعمل بطاقات ISA على الإطلاق في أجهزة الكمبيوتر التي تحتوي على ناقل MCA، وسوق الكمبيوتر حساس جدًا لمشكلة التوافق مع الإصدارات السابقة. ثانيًا، قررت شركة IBM أن تجعل ناقل MCA خاصًا بها دون ترخيص لاستخدامه.

أدى هذان العاملان، بالإضافة إلى التكلفة المرتفعة لأنظمة حافلات MCA، إلى نسيان حافلة MCA. نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر PS/2 لم تعد قيد الإنتاج، فإن ناقل MCA "ميت" بالنسبة لسوق أجهزة الكمبيوتر الشخصية، على الرغم من أن شركة IBM لا تزال تستخدمه في خوادم RISC 6000 UNIX الخاصة بها. تعد قصة ناقل MCA أحد الأمثلة الكلاسيكية لكيفية هيمنة المشكلات غير التقنية في عالم أجهزة الكمبيوتر على المشكلات الفنية.

حافلة الهندسة القياسية الصناعية الموسعة (EISA).

لم تصبح هذه الحافلة معيارًا مثل حافلة ISA ولم يتم استخدامها على نطاق واسع. في الواقع، كان هذا هو رد شركة كومباك على ناقل MCA وأدى إلى نتائج مماثلة.

تجنبت شركة كومباك اثنين من أكبر الأخطاء التي ارتكبتها شركة IBM عند تطوير ناقل EISA. أولاً، كان ناقل EISA متوافقًا مع ناقل ISA، وثانيًا، تم السماح لجميع الشركات المصنعة لأجهزة الكمبيوتر باستخدامه. بشكل عام، تتمتع حافلة EISA بمزايا تقنية كبيرة مقارنة بحافلة ISA، لكن السوق لم تقبلها. الملامح الرئيسية لحافلة EISA:

توافق ناقل ISA:يمكن أن تعمل بطاقات ISA في فتحات EISA.
عرض الحافلة 32 بت:زاد عرض الناقل إلى 32 بت.
إتقان الحافلة:يدعم ناقل EISA بشكل فعال محولات التحكم في الناقل، بما في ذلك التحكيم المناسب للحافلة.
تقنية التوصيل والتشغيل (PnP):يقوم ناقل EISA تلقائيًا بتكوين بطاقات محول مشابهة لمعيار PnP للأنظمة الحديثة.

توجد الآن الأنظمة المستندة إلى EISA في بعض الأحيان في خوادم ملفات الشبكة، ولكنها لا تستخدم في أجهزة الكمبيوتر المكتبية بسبب ارتفاع التكاليف وعدم وجود مجموعة واسعة من المحولات. أخيرًا، فإن إنتاجيتها أقل بكثير من الحافلات المحلية VESA Local Bus وPCI. في الواقع، أصبحت حافلة EISA الآن على وشك الموت.

الحافلات المحلية VESA (VLB)

الأول يحظى بشعبية كبيرة الحافلات المحليةظهرت حافلة VESA المحلية (VL-Bus أو VLB) في عام 1992. يشير اختصار VESA إلى جمعية معايير إلكترونيات الفيديو، وقد تم إنشاء هذه الجمعية في أواخر الثمانينات لحل مشاكل أنظمة الفيديو في أجهزة الكمبيوتر. كان السبب الرئيسي لتطوير ناقل VLB هو تحسين أداء أنظمة فيديو الكمبيوتر.

ناقل VLB هو ناقل 32 بت وهو امتداد مباشر لناقل ذاكرة المعالج 486. فتحة ناقل VLB عبارة عن فتحة ISA 16 بت مع إضافة فتحة ثالثة ورابعة في النهاية. يعمل VLB عادةً بتردد 33 ميجاهرتز، على الرغم من إمكانية وجود سرعات أعلى في بعض الأنظمة. نظرًا لأنها امتداد لناقل ISA، فيمكن استخدام بطاقة ISA في فتحة VLB، لكن من المنطقي أن تشغل فتحات ISA العادية أولاً وتترك عددًا صغيرًا من فتحات VLB لبطاقات VLB، والتي لا تعمل بالطبع في فتحات ISA. يؤدي استخدام بطاقة رسومات VLB ووحدة تحكم الإدخال/الإخراج إلى تحسين أداء النظام بشكل ملحوظ مقارنةً بنظام يحتوي على ناقل ISA واحد فقط.

على الرغم من حقيقة أن ناقل VLB كان يحظى بشعبية كبيرة في أجهزة الكمبيوتر التي تحتوي على معالج 486، إلا أن ظهور معالج Pentium وناقل PCI المحلي الخاص به في عام 1994 أدى إلى "النسيان" التدريجي لحافلة VLB. كان أحد أسباب ذلك هو جهود إنتل للترويج لناقل PCI، ولكن كان هناك أيضًا العديد من المشكلات الفنية المرتبطة بتنفيذ VLB. أولاً، يرتبط تصميم الناقل بشكل كبير بالمعالج 486، وقد تسبب الانتقال إلى Pentium في حدوث مشكلات في التوافق ومشاكل أخرى. ثانيًا، كانت الحافلة نفسها تعاني من عيوب فنية: وجود عدد صغير من البطاقات في الحافلة (غالبًا اثنتان أو حتى واحدة)، ومشاكل المزامنة عند استخدام بطاقات متعددة، ونقص الدعم لإتقان الناقل وتقنية التوصيل والتشغيل.

الآن يعتبر ناقل VLB قديمًا وحتى أحدث اللوحات الأم التي تحتوي على معالج 486 تستخدم ناقل PCI، بينما تستخدم معالجات Pentium PCI فقط. ومع ذلك، فإن أجهزة الكمبيوتر المزودة بحافلة VLB تكون رخيصة الثمن ولا يزال من الممكن العثور عليها في بعض الأحيان.

ناقل توصيل المكونات الطرفية (PCI).

حافلة الإدخال/الإخراج الأكثر شعبية في الوقت الحالي التفاعلات بين المكونات الطرفيةتم تطوير (Peripheral Component Interconnect - PCI) بواسطة شركة Intel في عام 1993. وكان يستهدف أنظمة الجيل الخامس والسادس، ولكنه تم استخدامه أيضًا في أحدث جيل من اللوحات الأم مع المعالج 486.

مثل ناقل VESA المحلي، يبلغ عرض ناقل PCI 32 بت ويعمل عادةً بسرعة 33 ميجاهرتز. تكمن الميزة الرئيسية لـ PCI مقارنة بالحافلة المحلية VESA في مجموعة الشرائح التي تتحكم في الناقل. يتم التحكم في ناقل PCI بواسطة دوائر خاصة في مجموعة الشرائح، وكان ناقل VLB في الأساس مجرد امتداد لناقل المعالج 486. لا "يرتبط" ناقل PCI بالمعالج 486 في هذا الصدد، وتوفر مجموعة الشرائح الخاصة به تحكمًا مناسبًا في الناقل والتحكيم بالحافلات، مما يسمح لـ PCI بالقيام بأكثر بكثير مما تستطيع ناقل VLB القيام به. يتم استخدام ناقل PCI أيضًا خارج منصة الكمبيوتر الشخصي، مما يوفر تعدد الاستخدامات ويقلل تكلفة تطوير النظام.

في أجهزة الكمبيوتر الحديثة، يعمل ناقل PCI كـ حافلة داخليةالذي يتصل بقناة EIDE على اللوحة الأم، وكيف حافلة التوسع الخارجي، والتي تحتوي على 3-4 فتحات توسعة لمحولات PCI.

يتصل ناقل PCI بناقل النظام من خلال "جسر" خاص ويعمل بتردد ثابت بغض النظر عن تردد ساعة المعالج. وهي تقتصر على خمس فتحات توسعة، ولكن يمكن استبدال كل واحدة منها بجهازين مدمجين في اللوحة الأم. يمكن للمعالج أيضًا دعم شرائح الجسور المتعددة. يتم تحديد ناقل PCI بشكل أكثر صرامة من VL-Bus ويوفر العديد من الإمكانات الإضافية. على وجه الخصوص، فهو يدعم البطاقات ذات جهد إمداد +3.3 فولت و5 فولت، وذلك باستخدام مفاتيح خاصة تمنع إدخال البطاقة في الفتحة الخاطئة. بعد ذلك، تتم مناقشة تشغيل ناقل PCI بمزيد من التفصيل.

أداء ناقل PCI

يتمتع ناقل PCI بالفعل بأعلى أداء بين حافلات الإدخال/الإخراج الشائعة في أجهزة الكمبيوتر الحديثة. ويرجع ذلك إلى عدة عوامل هذا:

وضع الاندفاع:يمكن لناقل PCI نقل المعلومات في وضع الاندفاع، حيث يمكن بعد المعالجة الأولية نقل عدة مجموعات من البيانات على التوالي. يشبه هذا الوضع انفجار ذاكرة التخزين المؤقت.
إتقان الحافلة:يدعم ناقل PCI الإتقان الكامل، مما يؤدي إلى تحسين الأداء.
خيارات النطاق الترددي العالي:يسمح الإصدار 2.1 من مواصفات ناقل PCI بالتوسيع إلى 64 بت و66 ميجاهرتز، مما يزيد الأداء الحالي بمقدار أربع مرات. من الناحية العملية، لم يتم بعد تنفيذ ناقل PCI 64 بت في الكمبيوتر الشخصي (على الرغم من استخدامه بالفعل في بعض الخوادم) وتقتصر السرعة حاليًا على 33 ميجا هرتز، ويرجع ذلك أساسًا إلى مشكلات التوافق. لبعض الوقت، سيتعين عليك أن تقتصر على 32 بت و33 ميجاهرتز. ومع ذلك، بفضل AGP، سيتم تحقيق أداء أعلى في شكل معدل قليلاً.

اعتمادًا على مجموعة الشرائح واللوحة الأم، يمكن ضبط سرعة ناقل PCI على أنها متزامنة أو غير متزامنة. في الإعداد المتزامن (المستخدم في معظم أجهزة الكمبيوتر)، يعمل ناقل PCI بنصف سرعة ناقل الذاكرة؛ نظرًا لأن ناقل الذاكرة يعمل عادةً بسرعة 50 أو 60 أو 66 ميجاهرتز، فإن ناقل PCI يعمل بسرعة 25 أو 30 أو 33 ميجاهرتز. من خلال الإعداد غير المتزامن، يمكن ضبط سرعة ناقل PCI بشكل مستقل عن سرعة ناقل الذاكرة. يتم التحكم في هذا عادةً باستخدام وصلات العبور الموجودة على اللوحة الأم أو إعدادات BIOS. سيؤدي رفع تردد التشغيل لناقل النظام على جهاز الكمبيوتر الذي يستخدم ناقل PCI متزامن إلى زيادة سرعة تشغيل الأجهزة الطرفية لـ PCI، مما يتسبب غالبًا في حدوث مشكلات في عدم استقرار النظام.

كان التنفيذ الأصلي لناقل PCI يعمل بسرعة 33 ميجاهرتز، وحددت مواصفات PCI 2.1 اللاحقة ترددًا قدره 66 ميجاهرتز، وهو ما يتوافق مع إنتاجية تبلغ 266 ميجابايت/ثانية. يمكن تكوين ناقل PCI لعرض البيانات 32 و64 بت ويسمح ببطاقات 32 و64 بت، بالإضافة إلى مشاركة المقاطعة، وهو أمر مفيد في الأنظمة عالية الأداء التي تفتقر إلى خطوط IRQ. منذ منتصف عام 1995، تتواصل جميع أجهزة الكمبيوتر عالية السرعة مع بعضها البعض عبر ناقل PCI. غالبًا ما يتم استخدامه لوحدات التحكم في القرص الصلب ووحدات التحكم في الرسومات، والتي يتم تركيبها مباشرة على اللوحة الأم أو على بطاقات التوسعة في فتحات ناقل PCI.

فتحات توسيع ناقل PCI

يسمح ناقل PCI بفتحات توسعة أكثر من ناقل VLB دون التسبب في مشاكل فنية. تدعم معظم أنظمة PCI 3 أو 4 فتحات PCI، وبعضها يدعم أكثر من ذلك بكثير.

ملحوظة:في بعض الأنظمة، لا تدعم جميع الفتحات التحكم في الناقل. أصبح هذا أقل شيوعًا الآن، ولكن لا يزال يوصى بالاطلاع على دليل اللوحة الأم.

يسمح ناقل PCI بمجموعة أكبر من بطاقات التوسعة مقارنة بناقل VLB. الأنواع الأكثر شيوعًا هي بطاقات الفيديو، ومحولات مضيف SCSI، وبطاقات الشبكة عالية السرعة. (تعمل محركات الأقراص الثابتة أيضًا على ناقل PCI، ولكنها عادةً ما تكون متصلة مباشرة باللوحة الأم.) ومع ذلك، لاحظ أن ناقل PCI لا يقوم بتنفيذ بعض الوظائف، على سبيل المثال، يجب أن تظل المنافذ التسلسلية والمتوازية على ناقل ISA؛ ولحسن الحظ، حتى اليوم يظل ناقل ISA أكثر من كافٍ لهذه الأجهزة.

المقاطعات الداخلية لحافلة PCI

يستخدم ناقل PCI نظام المقاطعة الداخلي الخاص به لمعالجة الطلبات الواردة من البطاقات الموجودة على الناقل. غالبًا ما تسمى هذه المقاطعات "#A" و"#B" و"#C" و"#D" لتجنب الخلط مع طلبات IRQs للنظام ذات الأرقام العادية، على الرغم من أنها تسمى أحيانًا أيضًا "#1" إلى "#4". عادةً ما تكون مستويات المقاطعة هذه غير مرئية للمستخدم إلا في شاشة إعداد PCI BIOS، حيث يمكن استخدامها للتحكم في تشغيل بطاقات PCI.

يتم تعيين هذه المقاطعات، إذا كانت البطاقات الموجودة في الفتحات مطلوبة، إلى مقاطعات عادية، غالبًا إلى IRQ9 - IRQ12. يمكن تعيين فتحات PCI الموجودة في معظم الأنظمة إلى معظم طلبات المقاطعة (IRQs) الأربعة الشائعة. في الأنظمة التي تحتوي على أكثر من أربع فتحات PCI، أو التي تحتوي على أربع فتحات ووحدة تحكم USB (التي تستخدم PCI)، يتشارك جهازان أو أكثر من أجهزة PCI في IRQ.

إتقان ناقل PCI

تذكر أن إتقان الناقل هو قدرة الأجهزة الموجودة على ناقل PCI (المختلف بالطبع عن مجموعة شرائح النظام) على التحكم في الناقل وإجراء عمليات النقل مباشرة. كان ناقل PCI هو الناقل الأول الذي أدى إلى شعبية إتقان الناقل (ربما لأن نظام التشغيل والبرامج تمكنوا من الاستفادة منه).

يدعم ناقل PCI التحكم الكامل في الناقل ويوفر وسيلة لتحكيم الناقل من خلال مجموعة شرائح النظام. يتيح تصميم PCI لأجهزة متعددة السيطرة على الناقل في نفس الوقت، وتضمن دائرة التحكيم عدم قيام أي جهاز على الناقل (بما في ذلك المعالج!) بحظر أي جهاز آخر. ومع ذلك، يُسمح لجهاز واحد باستخدام النطاق الترددي الكامل للناقل إذا لم تكن هناك أجهزة أخرى تنقل أي شيء. بمعنى آخر، يعمل ناقل PCI كشبكة محلية صغيرة داخل الكمبيوتر، حيث يمكن لأجهزة متعددة التواصل مع بعضها البعض من خلال مشاركة قناة اتصال، والتي يتم التحكم فيها بواسطة مجموعة الشرائح.

تقنية التوصيل والتشغيل لحافلة PCI

يعد ناقل PCI جزءًا من معيار التوصيل والتشغيل (PnP) الذي طورته شركة Intel وMicrosoft والعديد من الشركات الأخرى. كانت أنظمة ناقل PCI أول من نشر استخدام PnP. تدير دوائر مجموعة شرائح PCI تعريف البطاقة وتعمل مع نظام التشغيل وBIOS لتخصيص الموارد تلقائيًا للبطاقات المتوافقة.

يتم تحسين ناقل PCI باستمرار ويقود التطوير مجموعة PCI Special Interest Group التي تضم Intel وIBM وApple وغيرها وكانت نتيجة هذه التطورات زيادة تردد الناقل إلى 66 ميجا هرتز وتوسيع البيانات إلى 64 بت . ومع ذلك، يتم أيضًا إنشاء بدائل، مثل Accelerated Graphics Port (AGP) وFireWire (IEEE 1394) الناقل التسلسلي عالي السرعة. AGP هو في الواقع ناقل PCI بسرعة 66 ميجاهرتز (الإصدار 2.1) يقدم بعض التحسينات التي تستهدف أنظمة الرسومات.

مبادرة أخرى هي الإطارات PCI-X، ويسمى أيضًا "المشروع الأول" و"الإدخال/الإخراج المستقبلي". ترغب IBM وMylex و3Com وAdaptec وHewlett-Packard وCompaq في تطوير إصدار خادم خاص عالي السرعة لناقل PCI. سيكون لهذا الناقل عرض نطاق ترددي يبلغ 1 جيجابايت/ثانية (64 بت، 133 ميجاهرتز). لا تشارك Intel وDell Computer في هذا المشروع.

قامت شركات Dell Computer وHitachi وNEC وSiemens وSun Microsystems وIntel، استجابةً لمشروع Project One، بأخذ زمام المبادرة لتطوير ناقل الإدخال/الإخراج من الجيل التالي ( NGIO)، تستهدف بنية الإدخال/الإخراج الجديدة للخوادم.

في أغسطس 1999، أعلنت سبع شركات رائدة (Compaq، وDell، وHewlett-Packard، وIBM، وIntel، وMicrosoft، وSun Microsystems) عن نيتها الجمع بين أفضل أفكار حافلات الإدخال/الإخراج المستقبلية وحافلات الإدخال/الإخراج من الجيل التالي. يجب أن توفر بنية الإدخال/الإخراج المفتوحة الجديدة للخوادم إنتاجية تصل إلى 6 جيجابايت/ثانية. ومن المتوقع أن يتم اعتماد معيار NGIO الجديد بحلول نهاية عام 2001.

منفذ رسومي متسارع

أدت الحاجة إلى زيادة عرض النطاق الترددي بين المعالج ونظام الفيديو في البداية إلى تطوير ناقل إدخال/إخراج محلي في الكمبيوتر، بدءًا من ناقل VESA المحلي وانتهاءً بناقل PCI الحديث. ويستمر هذا الاتجاه، حيث لم يعد يتم تلبية الطلب على عرض النطاق الترددي المتزايد للفيديو حتى عن طريق ناقل PCI بعرض النطاق الترددي القياسي الذي يبلغ 132 ميجابايت/ثانية. رسومات ثلاثية الأبعاد(رسومات ثلاثية الأبعاد) تتيح لك محاكاة العوالم الافتراضية والحقيقية على الشاشة بأدق التفاصيل. يتطلب عرض القوام وإخفاء الكائنات كميات هائلة من البيانات، ويجب أن تتمتع بطاقة الرسومات بإمكانية الوصول السريع إلى هذه البيانات من أجل الحفاظ على معدلات تحديث عالية.

تصبح حركة المرور على ناقل PCI مزدحمة جدًا في أجهزة الكمبيوتر الحديثة عندما تتنافس مقاطع الفيديو والأقراص الصلبة والأجهزة الطرفية الأخرى على النطاق الترددي الوحيد للإدخال/الإخراج. لمنع تشبع ناقل PCI بمعلومات الفيديو، طورت Intel واجهة جديدة مخصصة لنظام الفيديو تسمى منفذ رسومي متسارع(منفذ الرسومات المعجل - AGP).

تم تصميم منفذ AGP استجابة للطلب المتزايد على أداء الفيديو. نظرًا لأن البرامج وأجهزة الكمبيوتر تستخدم مجالات مثل التسريع ثلاثي الأبعاد وتشغيل الفيديو بالحركة الكاملة، فيجب على المعالج ومجموعة شرائح الفيديو معالجة المزيد والمزيد من المعلومات. في مثل هذه التطبيقات، وصل ناقل PCI إلى الحد الأقصى، خاصة وأنه يستخدم أيضًا بواسطة محركات الأقراص الثابتة والأجهزة الطرفية الأخرى.

وبالإضافة إلى ذلك، هناك حاجة إلى المزيد والمزيد من ذاكرة الفيديو. تتطلب الرسومات ثلاثية الأبعاد المزيد من الذاكرة، ليس فقط للصورة المعروضة على الشاشة، ولكن أيضًا لإجراء العمليات الحسابية. تقليديا، يتم حل هذه المشكلة عن طريق وضع المزيد والمزيد من الذاكرة على بطاقة الفيديو، ولكن هذا يطرح مشكلتين:

سعر:ذاكرة الفيديو أغلى من ذاكرة الوصول العشوائي العادية.
قدرة محدودة:سعة الذاكرة على بطاقة الفيديو محدودة: إذا قمت بوضع 6 ميجابايت على البطاقة وكان هناك حاجة إلى 4 ميجابايت للمخزن المؤقت للإطار، فلن يتبقى سوى 2 ميجابايت للمعالجة. ليس من السهل توسيع هذه الذاكرة ولا يمكن استخدامها لأي شيء آخر ما لم تكن هناك حاجة إلى معالجة الفيديو.

يقوم AGP بحل هذه المشكلات من خلال السماح لمعالج الفيديو بالوصول إلى ذاكرة النظام الرئيسية لإجراء العمليات الحسابية. تعد هذه التقنية أكثر كفاءة لأنه يمكن مشاركة هذه الذاكرة ديناميكيًا بين معالج النظام ومعالج الفيديو وفقًا لاحتياجات النظام.

الفكرة وراء تطبيق AGP بسيطة جدًا: إنشاء واجهة سريعة ومتخصصة بين مجموعة شرائح الفيديو ومعالج النظام. يتم تنفيذ الواجهة فقط بين هذين الجهازين، مما يوفر ثلاث مزايا رئيسية: من الأسهل تنفيذ المنفذ، ومن الأسهل زيادة سرعة AGP، ويمكن إدخال تحسينات خاصة بالفيديو في الواجهة. تعمل مجموعة شرائح AGP كوسيط بين المعالج وذاكرة التخزين المؤقت Pentium II L2 وذاكرة النظام وبطاقة الفيديو وناقل PCI، حيث تنفذ ما يسمى ميناء رباعي(منفذ رباعي).

يعتبر AGP منفذًا وليس ناقلًا، لأنه يربط جهازين فقط (المعالج وبطاقة الفيديو) ولا يسمح بالتوسيع. إحدى المزايا الرئيسية لـ AGP هي أنه يعزل نظام الفيديو عن بقية مكونات الكمبيوتر، مما يزيل المنافسة على عرض النطاق الترددي. نظرًا لإزالة بطاقة الرسومات من ناقل PCI، يمكن للأجهزة الأخرى أن تعمل بشكل أسرع. بالنسبة لـ AGP، تحتوي اللوحة الأم على مقبس خاص مشابه لمقبس ناقل PCI، ولكنه موجود في موقع مختلف على اللوحة. في الشكل التالي، يمكنك رؤية مقبسي ناقل ISA (أسود)، ثم مقبسي ناقل PCI (أبيض) ومقبس ADP (بني).

ظهر AGP في نهاية عام 1997 وكان أول معالج يدعمه مجموعة شرائح 440LX Pentium II. في العام التالي، ظهرت شرائح AGP من شركات أخرى. لمزيد من المعلومات حول AGP، راجع الموقع http://developer.intel.com/technology/agp/.

واجهة AGP

تشبه واجهة AGP ناقل PCI في العديد من النواحي. تتمتع الفتحة نفسها بنفس الشكل والأبعاد المادية، ولكنها تتم إزاحتها عن حافة اللوحة الأم بشكل أكبر من فتحات PCI. تعتمد مواصفات AGP فعليًا على مواصفات PCI 2.1، والتي تتيح سرعات تبلغ 66 ميجاهرتز، ولكن هذه السرعة غير مطبقة في الكمبيوتر الشخصي. تحتوي اللوحات الأم AGP على فتحة توسعة واحدة لبطاقة فيديو AGP وفتحة PCI أقل، ولكنها تشبه اللوحات الأم PCI.

عرض الحافلة والسرعة وعرض النطاق الترددي

يبلغ عرض ناقل AGP 32 بت، تمامًا مثل ناقل PCI، ولكن بدلاً من العمل بنصف سرعة ناقل الذاكرة مثل PCI، فإنه يعمل بأقصى سرعة. على سبيل المثال، على اللوحة الأم Pentium II القياسية، يعمل ناقل AGP بسرعة 66 ميجاهرتز بدلاً من ناقل PCI بسرعة 33 ميجاهرتز. يؤدي هذا إلى مضاعفة عرض النطاق الترددي للمنفذ على الفور - بدلاً من حد 132 ميجابايت/ثانية لـ PCI، يتمتع منفذ AGP بعرض نطاق ترددي يبلغ 264 ميجابايت/ثانية في وضع السرعة الأقل. بالإضافة إلى ذلك، فهو لا يشارك أي عرض نطاق ترددي مع أجهزة ناقل PCI الأخرى.

بالإضافة إلى مضاعفة سرعة الناقل، يحدد AGP الوضع 2X، والذي يستخدم إشارات خاصة للسماح بنقل ضعف البيانات عبر المنفذ بنفس تردد الساعة. في هذا الوضع، يتم نقل المعلومات على الحواف الصاعدة والهابطة لإشارة المزامنة. في حين أن ناقل PCI ينقل البيانات على حافة واحدة فقط، فإن ناقل AGP ينقل البيانات على كلا الحافتين. ونتيجة لذلك، يتضاعف الأداء بشكل أكبر ويصل نظريًا إلى 528 ميجابايت/ثانية. ومن المخطط أيضًا تنفيذ النظام 4X، حيث يتم تنفيذ أربع عمليات نقل في كل دورة على مدار الساعة، مما سيزيد الأداء إلى 1056 ميجابايت / ثانية.

بالطبع، كل هذا مثير للإعجاب وعرض النطاق الترددي 1 جيجابايت/ثانية جيد جدًا لبطاقة الفيديو، ولكن هناك مشكلة واحدة: جهاز الكمبيوتر الحديث به عدة حافلات. تذكر أن المعالجات من فئة Pentium لها عرض ناقل بيانات 64 بت وتعمل بسرعة 66 ميجاهرتز، مما يوفر إنتاجية نظرية تبلغ 524 ميجابايت/ثانية، لذا فإن عرض النطاق الترددي 1 جيجابايت/ثانية لا يوفر ربحًا كبيرًا ما لم تتم زيادة سرعة ناقل البيانات تتجاوز 66 ميغاهيرتز. قامت اللوحات الأم الجديدة بزيادة سرعة ناقل النظام إلى 100 ميجاهرتز، مما يزيد من الإنتاجية إلى 800 ميجابايت/ثانية، لكن هذا لا يكفي لتبرير عمليات نقل الوضع 4X.

بالإضافة إلى ذلك، يجب على المعالج الوصول إلى ذاكرة النظام، وليس فقط نظام الفيديو. إذا كان النطاق الترددي للنظام بأكمله 524 ميجابايت/ثانية مشغول بالفيديو عبر AGP، فماذا يمكن للمعالج أن يفعل؟ وفي هذه الحالة، فإن الانتقال إلى سرعة النظام البالغة 100 ميجاهرتز سيوفر بعض الفوائد.

خط أنابيب فيديو منفذ AGP

إحدى فوائد AGP هي قدرته على توجيه طلبات البيانات. تم استخدام خطوط الأنابيب لأول مرة في المعالجات الحديثة كوسيلة لتحسين الأداء من خلال تداخل أجزاء متسلسلة من المهام. بفضل AGP، يمكن لشرائح الفيديو استخدام تقنية مماثلة عند طلب معلومات من الذاكرة، مما يؤدي إلى تحسين الأداء بشكل ملحوظ.

وصول AGP إلى ذاكرة النظام

أهم ميزة في AGP هي القدرة على مشاركة ذاكرة النظام الرئيسية مع شريحة الفيديو. يتيح ذلك لنظام الفيديو الوصول إلى المزيد من الذاكرة للرسومات ثلاثية الأبعاد والمعالجة الأخرى دون الحاجة إلى كميات كبيرة من ذاكرة الفيديو على بطاقة الفيديو. تتم مشاركة الذاكرة الموجودة على بطاقة الفيديو بين المخزن المؤقت للإطار والاستخدامات الأخرى. نظرًا لأن مخزن الإطارات المؤقت يتطلب ذاكرة سريعة ومكلفة مثل VRAM، فإن معظم البطاقات الجميعيتم تنفيذ الذاكرة في VRAM، على الرغم من أن ذلك مطلوب لمناطق الذاكرة بخلاف المخزن المؤقت للإطارات.

لاحظ أن AGP لايشير إلى بنية الذاكرة الموحدة (UMA). في هذه العمارة الجميعيتم أخذ ذاكرة بطاقة الفيديو، بما في ذلك المخزن المؤقت للإطار، من ذاكرة النظام الرئيسية. في AGP، يبقى المخزن المؤقت للإطار على بطاقة الفيديو، حيث يوجد. يعد المخزن المؤقت للإطار أهم مكون في ذاكرة الفيديو ويتطلب أعلى أداء، لذا فمن المنطقي تركه على بطاقة الفيديو واستخدام VRAM له.

يسمح AGP لمعالج الفيديو بالوصول إلى ذاكرة النظام للقيام بمهام أخرى تستهلك الكثير من الذاكرة، مثل التركيب وعمليات الرسومات ثلاثية الأبعاد الأخرى. هذه الذاكرة ليست بنفس أهمية المخزن المؤقت للإطار، مما يسمح لبطاقات الفيديو بأن تكون أرخص عن طريق تقليل سعة ذاكرة VRAM. يتم استدعاء الوصول إلى ذاكرة النظام التنفيذ المباشر من الذاكرة(تنفيذ الذاكرة المباشرة - الدايم). جهاز خاص يسمى جدول إعادة رسم خرائط الفتحة الرسومية(Graphics Aperture Remapping Table - GART)، يعمل على عناوين ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بطريقة يمكن توزيعها في ذاكرة النظام على شكل كتل صغيرة، بدلاً من قسم واحد كبير، ويقدمها إلى بطاقة الفيديو كما لو كانت جزءًا من ذاكرة الفيديو . يتم إعطاء تمثيل مرئي لوظائف AGP من خلال الشكل التالي:

متطلبات AGP

لاستخدام AGP في النظام، يجب استيفاء عدة متطلبات:

توفر بطاقة الفيديو AGP:هذا الشرط واضح تماما.
توفر اللوحة الأم مع مجموعة شرائح AGP:وبطبيعة الحال، يجب أن تدعم الشرائح الموجودة على اللوحة الأم AGP.
دعم نظام التشغيل:يجب أن يدعم نظام التشغيل الواجهة الجديدة باستخدام برامج التشغيل والإجراءات الداخلية الخاصة به.
دعم السائق:وبطبيعة الحال، تتطلب بطاقة الفيديو برامج تشغيل خاصة لدعم AGP والاستفادة من ميزاتها الخاصة، مثل 3X.

الحافلات التسلسلية الجديدة

لمدة 20 عامًا حتى الآن، تم توصيل العديد من الأجهزة الطرفية بنفس المنافذ المتوازية والتسلسلية التي ظهرت على أول جهاز كمبيوتر، وباستثناء معيار التوصيل والتشغيل، لم تتغير "تقنية الإدخال / الإخراج" إلا قليلاً منذ عام 1081. ومع ذلك، بحلول نهاية التسعينيات من القرن الماضي، بدأ المستخدمون يشعرون بشكل متزايد بالقيود المفروضة على المنافذ المتوازية والتسلسلية القياسية:

عرض النطاق: يبلغ الحد الأقصى للإنتاجية للمنافذ التسلسلية 115.2 كيلو بايت / ثانية، والمنافذ المتوازية (حسب النوع) حوالي 500 كيلو بايت / ثانية. ومع ذلك، تتطلب الأجهزة مثل كاميرات الفيديو الرقمية نطاقًا تردديًا أعلى بشكل ملحوظ.
سهولة الاستعمال: توصيل الأجهزة بالمنافذ القديمة أمر غير مريح للغاية، خاصة من خلال محولات المنافذ المتوازية. بالإضافة إلى ذلك، توجد جميع المنافذ في الجزء الخلفي من جهاز الكمبيوتر.
موارد الأجهزة: يتطلب كل منفذ خط IRQ الخاص به. يحتوي الكمبيوتر الشخصي على 16 سطر IRQ فقط، معظمها مشغول بالفعل. تحتوي بعض أجهزة الكمبيوتر على خمسة خطوط IRQ مجانية فقط لتوصيل الأجهزة الجديدة.
عدد محدود من المنافذ: تحتوي العديد من أجهزة الكمبيوتر على منفذي COM تسلسليين ومنفذ LPT متوازي واحد. من الممكن إضافة المزيد من المنافذ ولكن على حساب استخدام خطوط IRQ القيمة.

في السنوات الأخيرة، أصبحت تقنية الإدخال/الإخراج واحدة من أكثر المجالات ديناميكية في تطوير أجهزة الكمبيوتر المكتبية، وقد تم تطوير معيارين للبيانات التسلسلية مما أدى إلى تغيير كبير في طريقة توصيل الأجهزة الطرفية ونقل مفهوم التوصيل والتشغيل إلى الجديد مرتفعات. بفضل المعايير الجديدة، سيتمكن أي مستخدم من توصيل عدد غير محدود تقريبًا من الأجهزة بجهاز الكمبيوتر في ثوانٍ معدودة، دون الحاجة إلى أي معرفة تقنية خاصة.

الناقل التسلسلي العالمي

تم تطويره بواسطة Compaq وDigital وIBM وIntel وMicrosoft وNEC وNorthern Telecom الناقل التسلسلي العالمي(الناقل التسلسلي العالمي - USB) يوفر موصلًا جديدًا لتوصيل جميع أجهزة الإدخال/الإخراج الشائعة، مما يؤدي إلى التخلص من العديد من المنافذ والموصلات الحالية.

يسمح ناقل USB بتوصيل ما يصل إلى 127 جهازًا باستخدام اتصال سلسلة ديزي(سلسلة ديزي) أو الاستخدام محور USB(محور USB). المحور نفسه، أو مَركَز، يحتوي على عدة مآخذ ويتم إدخاله في جهاز كمبيوتر أو جهاز آخر. يمكن لكل محور USB توصيل سبعة أجهزة طرفية. من بينها قد يكون هناك محور ثانٍ يمكن توصيل سبعة أجهزة طرفية أخرى به، وما إلى ذلك. يحمل ناقل USB أيضًا طاقة +5 فولت مع إشارات البيانات، لذلك قد لا تحتوي الأجهزة الصغيرة مثل الماسحات الضوئية المحمولة على مصدر طاقة خاص بها.

يتم توصيل الأجهزة مباشرة بمقبس ذي 4 سنون على جهاز الكمبيوتر أو لوحة الوصل كمقبس مستطيل من النوع A. تحتوي جميع الكابلات المتصلة بشكل دائم بالجهاز على مقبس من النوع A. الأجهزة التي تستخدم كابلًا منفصلاً لها مقبس مربع من النوع B. والكابل الذي يربطهم به قابس من النوع A أو النوع B.

يزيل ناقل USB قيود السرعة للمنافذ التسلسلية المستندة إلى UART. يعمل بسرعة 12 ميجابت في الثانية، وهو متوافق مع تقنيات شبكة Ethernet وToken Ring ويوفر نطاقًا تردديًا كافيًا لجميع الأجهزة الطرفية الحديثة. على سبيل المثال، يحتوي ناقل USB على نطاق ترددي كافٍ لدعم الأجهزة مثل محركات الأقراص المضغوطة الخارجية ومحركات الأشرطة، بالإضافة إلى واجهات ISDN للهواتف المميزة. ويكفي أيضًا إرسال إشارات صوتية رقمية مباشرة إلى مكبرات الصوت المجهزة بمحولات من رقمي إلى تناظري، مما يلغي الحاجة إلى بطاقة صوت. ومع ذلك، ليس المقصود من ناقل USB أن يحل محل الشبكات. لتحقيق تكلفة منخفضة مقبولة، تقتصر المسافة بين الأجهزة على 5 أمتار بالنسبة للأجهزة البطيئة مثل لوحات المفاتيح وأجهزة الماوس، يمكن ضبط معدل نقل البيانات على 1.5 ميجابت في الثانية، مما يوفر عرض النطاق الترددي للأجهزة الأسرع.

يدعم ناقل USB تقنية التوصيل والتشغيل بشكل كامل. فهو يلغي الحاجة إلى تثبيت بطاقات التوسعة داخل جهاز الكمبيوتر ومن ثم إعادة تكوين النظام. تتيح لك الحافلة الاتصال بالأجهزة الطرفية وتكوينها واستخدامها وفصلها إذا لزم الأمر أثناء عمل الكمبيوتر والأجهزة الأخرى. ليست هناك حاجة لتثبيت برامج التشغيل، أو تحديد المنافذ التسلسلية والمتوازية، أو تحديد خطوط IRQ، وقنوات DMA، وعناوين الإدخال/الإخراج. يتم تحقيق كل هذا من خلال التحكم في الأجهزة الطرفية باستخدام وحدة تحكم مضيفة على اللوحة الأم أو بطاقة PCI. تتحكم وحدة التحكم المضيفة ووحدات التحكم التابعة في المحاور في الأجهزة الطرفية، مما يقلل من حمل المعالج ويحسن الأداء العام للنظام. يتم التحكم في وحدة التحكم المضيفة نفسها بواسطة برنامج النظام داخل نظام التشغيل.

يتم نقل البيانات عبر قناة ثنائية الاتجاه يتم التحكم فيها بواسطة وحدة التحكم المضيفة ووحدات التحكم المحورية التابعة. يتيح التحكم المحسّن في الناقل إمكانية حجز أجزاء من إجمالي عرض النطاق الترددي بشكل دائم لأجهزة طرفية محددة؛ تسمى هذه الطريقة نقل البيانات بشكل متزامن(نقل البيانات بشكل متزامن). تحتوي واجهة ناقل USB على وحدتين رئيسيتين: آلة الواجهة التسلسلية(Serial Interface Engine - SIE)، المسؤول عن بروتوكول الناقل، و مركز الجذر(Root Hub)، يستخدم لتوسيع عدد منافذ ناقل USB.

يخصص ناقل USB 500 مللي أمبير لكل منفذ. بفضل هذا، يمكن تشغيل الأجهزة منخفضة الطاقة التي تتطلب عادةً محول تيار متردد منفصل عبر كابل - يسمح USB للكمبيوتر الشخصي باكتشاف الطاقة المطلوبة تلقائيًا وتسليمها إلى الجهاز. تقبل المحاور الطاقة الكاملة من ناقل USB (يعمل بالحافلة)، ولكن قد يكون لها محول تيار متردد خاص بها. توفر المحاور ذاتية الطاقة التي توفر 500 مللي أمبير لكل منفذ أقصى قدر من المرونة للأجهزة المستقبلية. تقوم محاور تبديل المنافذ بعزل جميع المنافذ عن بعضها البعض، بحيث لا يؤدي قصر أحد المنافذ إلى تعطيل عمل المنافذ الأخرى.

يعد ناقل USB بجهاز كمبيوتر مزود بمنفذ USB واحد بدلاً من أربعة أو خمسة موصلات مختلفة اليوم. يمكنك توصيل جهاز واحد قوي كبير به، مثل شاشة أو طابعة، والتي ستكون بمثابة مركز، مما يوفر الاتصال بأجهزة أخرى أصغر، مثل الماوس ولوحة المفاتيح والمودم والماسح الضوئي والكاميرا الرقمية وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن هذا سيتطلب تطوير برامج تشغيل خاصة للأجهزة. ومع ذلك، فإن تكوين جهاز الكمبيوتر هذا له عيوب. يعتقد بعض الخبراء أن بنية USB معقدة للغاية، وأن الحاجة إلى دعم العديد من الأنواع المختلفة من الأجهزة الطرفية تتطلب تطوير مجموعة كاملة من البروتوكولات. يعتقد البعض الآخر أن مبدأ المحور ينقل ببساطة التكلفة والتعقيد من وحدة النظام إلى لوحة المفاتيح أو الشاشة. لكن العائق الرئيسي أمام نجاح USB هو معيار IEEE 1394 FireWire.

IEEE 1394 حافلة فاير واير

تم تطوير معيار الناقل المحيطي عالي السرعة هذا بواسطة Apple Computer وTexas Instruments وSony. وقد تم تصميمه كمكمل لناقل USB، وليس كبديل له، حيث يمكن استخدام كلا الناقلين في نفس النظام، على غرار المنافذ المتوازية والتسلسلية الحديثة. ومع ذلك، تهتم الشركات المصنعة للكاميرات الرقمية والطابعات الكبيرة بناقل IEEE 1394 أكثر من اهتمامها بناقل USB لأن الكاميرات الرقمية أكثر ملاءمة لمقبس 1394 بدلاً من منفذ USB.

IEEE 1394 (المعروف عادة باسم FireWire) يشبه إلى حد كبير USB، وهو أيضًا ناقل تسلسلي قابل للتبديل السريع، ولكنه أسرع بكثير. يحتوي IEEE 1394 على طبقتين من الواجهة: واحدة للناقل الموجود على اللوحة الأم للكمبيوتر والأخرى للواجهة من نقطة إلى نقطة بين الجهاز الطرفي والكمبيوتر عبر كبل تسلسلي. جسر بسيط يربط بين هذين المستويين. تدعم واجهة الناقل معدلات نقل البيانات 12.5 أو 25 أو 50 ميجابايت/ثانية، وتدعم واجهة الكابل 100 و200 و400 ميجابايت/ثانية، وهو أسرع بكثير من سرعة ناقل USB التي تبلغ 1.5 ميجابايت/ثانية أو 12 ميجابايت/ثانية . تحدد مواصفات 1394b طرقًا أخرى لتشفير البيانات ونقلها، مما يسمح بزيادة السرعات إلى 800 ميجابايت/ثانية، أو 1.6 جيجابايت/ثانية أو أكثر. تتيح هذه السرعة العالية استخدام IEEE 1394 لتوصيل الكاميرات الرقمية والطابعات وأجهزة التلفزيون وبطاقات الشبكة وأجهزة التخزين الخارجية بأجهزة الكمبيوتر.

تم تصميم موصلات كابل IEEE 1394 بحيث يتم احتواء نقاط الاتصال الكهربائية داخل جسم الموصل، مما يمنع احتمال حدوث صدمة كهربائية للمستخدم وتلوث نقاط الاتصال بواسطة يدي المستخدم. هذه الموصلات صغيرة الحجم ومريحة، تشبه موصل ألعاب Nintendo GameBoy، الذي أثبت متانة ممتازة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن توصيل هذه الموصلات بشكل أعمى بالجزء الخلفي من جهاز الكمبيوتر. لا يلزم وجود أجهزة طرفية (أجهزة إنهاء) والتثبيت اليدوي للمعرفات.

تم تصميم ناقل IEEE 1394 لكابل مكون من 6 أسلاك يصل طوله إلى 4.5 متر، ويحتوي على زوجين من الموصلات لنقل البيانات وزوج واحد لتشغيل الجهاز. كل زوج إشارة محمي والكابل بأكمله محمي أيضًا. يسمح الكبل بجهد كهربائي من 8 فولت إلى 400 فولت وتيارات تصل إلى 1.5 أمبير ويحافظ على الاستمرارية المادية للجهاز عند إيقاف تشغيل الجهاز أو تعطله (وهو أمر مهم جدًا لطوبولوجيا السلسلة). يوفر الكابل الطاقة للأجهزة المتصلة بالحافلة. مع نضوج المعيار، من المتوقع أن توفر الحافلة مسافات أطول خالية من المكررات وإنتاجية أكبر.

أساس أي اتصال IEEE 1394 هو شريحة طبقة مادية وشريحة طبقة اتصال، ويتطلب الجهاز شريحتين. تتصل الواجهة المادية (PHY) لأحد الأجهزة بالواجهة المادية (PHY) لجهاز آخر. أنه يحتوي على الدوائر اللازمة لأداء وظائف التحكيم والتهيئة. تقوم واجهة الاتصال بتوصيل الطبقة المادية (PHY) بالإضافة إلى الدوائر الداخلية للجهاز. يقوم بإرسال واستقبال الحزم بتنسيق IEEE 1394 ويدعم عمليات نقل البيانات غير المتزامنة أو المتزامنة. تتيح القدرة على دعم التنسيقات غير المتزامنة والمتزامنة في نفس الواجهة تشغيل التطبيقات غير المهمة للوقت مثل الماسحات الضوئية أو الطابعات، بالإضافة إلى تطبيقات الوقت الفعلي مثل الفيديو والصوت، على الناقل. تستخدم جميع شرائح الطبقة المادية نفس التقنية، في حين أن شرائح طبقة الاتصال مخصصة لكل جهاز. يسمح هذا الأسلوب لناقل IEEE 1394 بالعمل كنظام نظير إلى نظير، على عكس نهج خادم العميل الخاص بناقل USB. ونتيجة لذلك، فإن نظام IEEE 1394 لا يتطلب مضيف خدمة أو جهاز كمبيوتر.

النقل غير المتزامن هو الطريقة التقليدية لنقل البيانات بين أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الطرفية. هنا، يتم نقل البيانات في اتجاه واحد ويرافقها تأكيد لاحق للمصدر. يؤكد نقل البيانات غير المتزامن على التسليم بدلاً من الأداء. يتم ضمان نقل البيانات ويتم دعم عمليات إعادة الإرسال. يقوم نقل البيانات المتزامن بتدفق البيانات بمعدل محدد مسبقًا حتى يتمكن التطبيق من معالجتها بناءً على التوقيت. وهذا مهم بشكل خاص لبيانات الوسائط ذات الأهمية الزمنية، حيث يلغي التسليم في الوقت المناسب الحاجة إلى التخزين المؤقت باهظ الثمن. تعمل عمليات نقل البيانات المتزامنة على مبدأ البث، حيث يمكن لجهاز واحد أو أكثر "الاستماع" إلى البيانات المرسلة. يمكن لحافلة IEEE 1394 أن تنقل في الوقت نفسه قنوات متعددة (حتى 63) من البيانات المتزامنة. نظرًا لأن عمليات النقل المتزامنة يمكن أن تشغل ما يصل إلى 80% من عرض النطاق الترددي للحافلة بحد أقصى، فهناك عرض نطاق كافي متبقي لعمليات نقل غير متزامنة إضافية.

إن بنية ناقل IEEE 1394 القابلة للتطوير والطوبولوجيا المرنة تجعله مثاليًا لتوصيل الأجهزة عالية السرعة، بدءًا من أجهزة الكمبيوتر ومحركات الأقراص الثابتة وحتى أجهزة الصوت والفيديو الرقمية. يمكن توصيل الأجهزة في سلسلة ديزي أو طوبولوجيا شجرة. يوضح الشكل الموجود على اليسار منطقتي عمل منفصلتين متصلتين بواسطة جسر ناقل IEEE 1394. تتكون منطقة العمل رقم 1 من كاميرا فيديو وكمبيوتر شخصي وجهاز فيديو، وجميعها متصلة عبر IEEE 1394. كما أن الكمبيوتر الشخصي متصل فعليًا بجهاز كمبيوتر. الطابعة عن بعد عبر مكرر 1394، مما يزيد من المسافة بين الأجهزة. في ناقل IEEE 1394، يُسمح بما يصل إلى 16 قفزة بين أي جهازين. يتم استخدام مقسم 1394 بين الجسر والطابعة لتوفير منفذ آخر لتوصيل جسر ناقل IEEE 1394، مما يوفر للمستخدمين مرونة هيكلية أكبر.

تحتوي منطقة العمل رقم 2 فقط على جهاز الكمبيوتر والطابعة الموجودين في قطعة الناقل 1394، بالإضافة إلى الاتصال بجسر الحافلة. يقوم الجسر بعزل حركة البيانات داخل كل مساحة عمل. تسمح جسور الناقل IEEE 1394 بنقل البيانات المحددة من مقطع ناقل إلى آخر. لذلك، يمكن لجهاز الكمبيوتر رقم 2 أن يطلب صورًا من جهاز الفيديو في منطقة العمل رقم 1. وبما أن كابل الناقل يحمل الطاقة أيضًا، فإن واجهة إشارة PHY يتم تشغيلها دائمًا ويتم نقل البيانات حتى إذا تم إيقاف تشغيل الكمبيوتر رقم 1.

يسمح كل مقطع ناقل IEEE 1394 بالاتصال بما يصل إلى 63 جهازًا. الآن يمكن وضع كل جهاز على مسافة تصل إلى 4.5 متر؛ المسافات الطويلة ممكنة مع وبدون مكررات. ستسمح تحسينات الكابلات بحمل الأجهزة لمسافات أطول. يمكن للجسور ربط أكثر من 1000 مقطع، مما يوفر إمكانات توسع كبيرة. ميزة أخرى هي القدرة على إجراء المعاملات بسرعات مختلفة على وسيط واحد لكل جهاز. على سبيل المثال، يمكن لبعض الأجهزة أن تعمل بسرعة 100 ميجابت في الثانية، بينما يمكن لأجهزة أخرى أن تعمل بسرعة 200 ميجابت في الثانية و400 ميجابت في الثانية. يُسمح بالتبديل السريع (توصيل الأجهزة أو فصلها) على الناقل حتى عندما يكون الناقل قيد التشغيل بكامل طاقته. يتم اكتشاف التغييرات في طوبولوجيا الناقل تلقائيًا. وهذا يلغي الحاجة إلى تبديل العناوين وتدخلات المستخدم الأخرى لإعادة تكوين الناقل.

بفضل تقنية نقل الحزم، يمكن تنظيم ناقل IEEE 1394 كما لو كانت مساحة الذاكرة موزعة بين الأجهزة، أو كما لو كانت الأجهزة في فتحات على اللوحة الأم. يتكون عنوان الجهاز من 64 بت، مع 10 بتات مخصصة لمعرف الشبكة، و6 بتات لمعرف العقدة، و48 بت لعناوين الذاكرة. ونتيجة لذلك، يمكن معالجة 1023 شبكة مكونة من 63 عقدة، لكل منها 281 تيرابايت من الذاكرة. معالجة الذاكرة بدلاً من القنوات تعامل الموارد كسجلات أو ذاكرة يمكن الوصول إليها باستخدام معاملات ذاكرة المعالج. كل هذا يوفر تنظيمًا بسيطًا للشبكة؛ على سبيل المثال، يمكن للكاميرا الرقمية نقل الصور مباشرة إلى طابعة رقمية بسهولة دون الحاجة إلى كمبيوتر وسيط. يُظهر ناقل IEEE 1394 أن الكمبيوتر الشخصي يفقد دوره المهيمن في ربط البيئة ويمكن اعتباره عقدة ذكية للغاية.

إن الحاجة إلى استخدام شريحتين بدلاً من شريحة واحدة تجعل أجهزة IEEE 1394 الطرفية أكثر تكلفة من الأجهزة الطرفية SCSI أو IDE أو USB، مما يجعلها غير مناسبة للأجهزة البطيئة. ومع ذلك، فإن فوائده للتطبيقات عالية السرعة مثل تحرير الفيديو الرقمي تجعل IEEE 1394 الواجهة الأساسية للإلكترونيات الاستهلاكية.

على الرغم من مزايا ناقل IEEE 1394 وظهور اللوحات الأم المزودة بوحدات تحكم مدمجة لهذه الحافلة في عام 2000، فإن نجاح FireWire في المستقبل غير مضمون. أدى ظهور مواصفات USB 2.0 إلى تعقيد الوضع بشكل كبير.

مواصفات يو اس بي 2.0

شاركت شركات Compaq وHewlett-Packard وIntel وLucent وMicrosoft وNEC وPhilips في تطوير هذه المواصفات التي تهدف إلى دعم الأجهزة الطرفية عالية السرعة. في فبراير 1999، تم الإعلان عن تحسينات في الأداء من 10 إلى 20 مرة، وفي سبتمبر 1999، رفعت الدراسات الهندسية التقديرات إلى 30 إلى 40 مرة مقارنة بمنفذ USB 1.1. كانت هناك مخاوف من أنه مع هذا الأداء، فإن ناقل USB سوف "يدفن" ناقل IEEE 1394 إلى الأبد. ومع ذلك، فإن الإجماع العام هو أن الحافلتين موجهتان نحو تطبيقات مختلفة. الهدف من USB 2.0 هو توفير الدعم لجميع الأجهزة الطرفية الشائعة الحالية والمستقبلية للكمبيوتر الشخصي، بينما يهدف IEEE 1394 إلى توصيل أجهزة الصوت والفيديو الاستهلاكية مثل مسجلات الفيديو الرقمية وأقراص DVD وأجهزة التلفزيون الرقمية.

وفقًا لـ USB 2.0، تزداد سرعة النقل من 12 ميجابايت/ثانية إلى 360-480 ميجابايت/ثانية. ومن المتوقع أن يكون USB 2.0 متوافقًا مع USB 1.1، مما يوفر للمستخدمين انتقالًا سلسًا إلى الناقل الجديد. وسيتم تطوير أجهزة طرفية جديدة عالية السرعة لها، مما سيوسع نطاق تطبيقات الكمبيوتر. سرعات 12 ميجابايت/ثانية كافية لأجهزة مثل الهواتف والكاميرات الرقمية ولوحات المفاتيح والفئران وعصا التحكم الرقمية ومحركات الأشرطة ومحركات الأقراص المرنة ومكبرات الصوت الرقمية والماسحات الضوئية والطابعات. سيؤدي عرض النطاق الترددي المتزايد لـ USB 2.0 إلى توسيع وظائف الأجهزة الطرفية، مما يوفر الدعم للكاميرات عالية الوضوح لعقد مؤتمرات الفيديو، بالإضافة إلى الماسحات الضوئية عالية السرعة وطابعات الجيل التالي.

ستعمل أجهزة USB الطرفية الموجودة دون تغيير في نظام USB 2.0. لا تتطلب الأجهزة مثل لوحات المفاتيح وأجهزة الماوس زيادة النطاق الترددي لـ USB 2.0 وستعمل كأجهزة USB 1.1. سيؤدي عرض النطاق الترددي المتزايد لـ USB 2.0 إلى توسيع نطاق الأجهزة الطرفية التي يمكن توصيلها بجهاز كمبيوتر، وسيسمح أيضًا لمزيد من أجهزة USB بمشاركة عرض النطاق الترددي المتاح للناقل، حتى الحدود المعمارية لناقل USB. قد يكون توافق USB 2.0 مع USB 1.1 ميزة حاسمة في المعركة ضد ناقل IEEE 1394 لواجهة جهاز المستهلك.

معيار ديفايس باي

ديفيسبايهو معيار جديد يتبع معايير IEEE 1394 وناقل USB. تسمح هذه الحافلات بتوصيل الأجهزة وفصلها بسرعة، على سبيل المثال. أثناء تشغيل جهاز الكمبيوتر. مثل هذه الفرصة للتبديل السريع(التبديل السريع، التوصيل السريع) يتطلب اتصالاً خاصًا جديدًا بين الأجهزة وأصبح معيار DeviceBay هو الحل لهذا المطلب. فهو يعمل على توحيد الفتحات التي يمكن إدخال محركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص المضغوطة والأجهزة الأخرى فيها. يتم تثبيت إطار التثبيت بدون أدوات وأثناء تشغيل الكمبيوتر. إذا انتشر معيار DeviceBay على نطاق واسع، فسوف يتخلص من الكابلات المسطحة داخل علب الكمبيوتر. يمكن تصميم الكمبيوتر الشخصي بالكامل كتصميم معياري، حيث يتم توصيل جميع الوحدات بنواقل USB أو FireWire كأجهزة DeviceBay. في هذه الحالة، يمكن نقل الجهاز بحرية بين الكمبيوتر والأجهزة المنزلية الأخرى.

تم تصميم معيار DeviceBay لتوصيل أجهزة مثل محركات الأقراص Zip، ومحركات الأقراص المضغوطة، ومحركات الأشرطة، وأجهزة المودم، ومحركات الأقراص الثابتة، وقارئات بطاقات الكمبيوتر الشخصي، وما إلى ذلك.

مقالات مماثلة