Magistrala

Uvod

Broj magistrala

Magistrala "stiže" do svakog uređaja u računarskom sistemu, a obično je posmatramo kao da "polazi" od centralnog procesora. Velika većina modernih procesora su tzv. Single-Bus procesori, što znači da iz njih "polazi" samo jedna magistrala. Pošto su svi uređaji povezani na samo jednu magistralu, u ovakvom sistemu, u svakom momentu mogu komunicirati najviše dva uređaja, inače bi došlo do tzv. kolizije (sudara) podataka. Pored ovih postoje i tzv. Multibus procesori iz kojih "polazi" više magistrala pa oni mogu, u isto vreme, komunicirati sa više uređaja. Takvi procesori su veoma skupi i uglavnom se koriste u industriji.

Rad magistrale

Da bi odgovorili na pitanje kako uređaji komuniciraju među sobom, preko magistrale, moramo prvo znati od kojih delova se magistala sastoji. Magistralu čine: adresna magistrala, kontrolna magistrala i magistrala podataka. Već iz samog imena je jasno da magistralom podataka računarske komponente razmenjuju podatke (npr. obrađeni podaci iz procesora prenose se tom magistralom do memorije ili do grafičke kartice). Kontrolnu magistralu najčešće koristi kontrolna jedinica (CU) procesora da bi se protok podataka odvijao kako treba. Na primer njom se šalju upravljački signali memoriji u kom smeru se kreću podaci, da li od memorije ka procesoru ili od procesora ka memoriji. Putem adresne magistrale šalje se binarni broj, koji nazivamo adresa (nekog uređaja ili memorijske ćelije), kojim uređaj, koji šalje podatak, proziva (obaveštava) uređaj koji treba da taj podatak primi. Jednostavnije rečeno: svaka komponenta računarskog sistema ima jedinstvenu adresu koja se koristi prilikom prenosa podataka. Da bi jedan uređaj poslao podatak drugom mora mu biti poznata njegova adresa.

Adresna magistrala - veza sa matematikom

Elektronski uređaji koji učestvuju u radu adresne magistrale napravljeni su tako da mogu da izvršavaju operacije nad logičkim iskazima. Takve uređaje nazivamo logička kola. Osnovna logička kola su: "ILI" , "I" i "NE" koja obavljaju: disjunkciju, konjunkciju i negaciju.

Svako logičko kolo ima ulazne i izlazne linije (barem jednu ili više). Na primer "ILI" kolo (sa gornje slike) ima dva ulaza A i B, kojima podaci stižu u kolo (podaci koji stižu u kolo su zapravo različiti nivoi napona električne struje, ali ih sada jednostavnije posmatramo kao brojeve, tj. kao binarne cifre), i jednu izlaznu liniju AVB na kojoj će se pojaviti rezultat (disjunkcije), nakon obrade ulaznih podataka. Napomena: logičko kolo "NE" često predstavljamo samo kružićem.

Zašto su adrese kodirane? 

U računarskom sistemu može biti veliki broj uređaja (i do stotinu). Takođe operativna memorija računara može biti veoma velika i može se sastojati i od više milijardi memorijskih ćelija. Svaki od tih uređaja ili memorijskih lokacija (ćelija) mora imati jedinstvenu adresu da bi centralni procesor mogao da komunicira sa njima. Ako bismo hteli da imamo po jednu adresnu liniju, za svaki od ovih uređaja (ili memorijskih lokacija), koja izlazi iz procesora, morali bismo imati procesore koji imaju po više milijardi "nožica" tj. pinova, što je naravno nemoguće. Zato se pre više decenija došlo do rešenja po kojem se adresiranje vrši pomoću standardnog broja (adresnih) linija (npr. 16, 20, 24, 32, 64) i adresnih kodera i dekodera.

Šta sve ovo znači u praksi? 

Ukoliko je neki računar baziran na tridesetdvobitnom procesoru (npr. AMD Athlon XP 1.7) da li on može imati 2GB ili 4GB RAM memorije?  Odgovor je: (naravno) da. A da li može imati 8GB? Odgovor je: ne, zato što tridesetdvobitni procesor ne može "da vidi" više od 4GB memorije. Zato što je svaka memorijska ćelija adresirana jednim binarnim brojem koji ima 32 cifre. (npr : 101011110010101011110010 ) to praktično znači da različitih memorijskih adresa može biti 2 na 32 što je 4294967296. Dakle tačno 4GB.

Pošto sada poznajemo vezu između širine adresne magistrale i maksimalne veličine memorije koju procesor može da adresira možemo lako zaključiti da procesor koji ima 64-bitnu adresnu magistralu može da adresira 2 na 64 bajta što je: 18446744073709551616. Dakle 4GB * 4GB = 16 giga giga bajta. Razmislite koji bismo prefiks trebali da koristimo za opis ovog broja.

Primer

Na donjoj slici možemo videti (pojednostavljeno) kako sve tri magistrale rade zajedno. Na kontrolnoj magistrali može se nalaziti 0 ili 1. Taj signal stiže do svih uređaja (u ovom primeru do svih memorijskih ćelija). Takođe, signal koji je na magistrali podataka stiže do svih memorijskih ćelija. U kojoj memorijskoj ćeliji će biti zapisan zavisi od adrese koja je na adresnoj magistrali. Signali na adresnoj magistrali se propagiraju (stižu) do svih logičkih kola i za njih predstavljaju ulazne podatke. Ova logička kola rade kao adresni dekoderi jer prevode (dekoduju) trobitnu adresu u samo jedan signal: 0 ili 1. Pošto će se na izlazu samo jednog adresnog dekodera javiti logička jedinica to će samo jedna memorijska ćelija biti "prozvana" i samo u nju će biti zapisan podatak.