Siin

Siin (inglise bus)^[1] on arvuti või arvutivõrgu elektriliste ühenduste andmesidesüsteem. Siin hõlmab arvutisüsteemide komponentide vahelisi sidekanaleid ja protokolle.

Siine liigitatakse peamiselt tööülesannete ja arhitektuuriliste iseärasuste järgi.

Taust ja mõisted

Arvutisüsteemil on tavaliselt kolm põhilist osa: andmeid töötlev keskprotsessor, programme ja andmeid talletav põhimälu, ning välismaailmaga suhtlevad sisend/väljundseadmed.

Traditsioonilises arvutiarhitektuuris asuvad keskprotsessor ja põhimälu lähestikku. Mikroprotsessor on kiip, millel on hulganisti väljaviike, millest osa on mõeldud mäluaadressile viitamiseks ning osa mäluaadressile andmete kirjutamiseks või sealt andmete lugemiseks. Üldjuhul töötavad mälud ja protsessor sünkroonis. Põhiprotsessorit, mälu ning välisseadmed ühendavat siini nimetatakse süsteemisiiniks.^[2]^[3]

Sarnaselt põhimäluga on võimalik ühendada protsessoriga ka väliseid seadmeid,^[4] selleks kasutatakse süsteemisiiniga ühendatud laiendussiini. Väliste seadmete töökiirus erineb märkimisväärselt protsessori kiirusest ning protsessori töö pärssimise vältimiseks on loodud mitu kontseptsiooni. Üks neist on dünaamiline mäluhaldus ning teine protsessorile väljaviikide lisamine mäluga suhtlemiseks, sealjuures on väljaviigid võimelised suhtlema erinevatel kiirustel ja eri protokollidega. Kaasaegsetes arvutisüsteemides kasutatakse vastavalt töö iseloomule ja vajadusele nende kahe lahenduse kombinatsiooni.

Välisseadmete arvu suurenemine arvutis on viinud uue mitmete välisseadmete ühendamiseks mõeldud siinisüsteemi väljaarendamiseni, mis kaotab mitme laiendussiini vajaduse emaplaadil. Kaasaegsetes arvutites on selleks jada-ATA liides, mis lubab näiteks mitme kõvaketta ühendamist ilma spetsiaalse kaardita. Kuna selline liides on mõeldud pigem ressursinõudlikumate seadmete jaoks ning näiteks hiire ühendamiseks on see liiga kallis, siis on välja töötatud sihtotstarbelised välissiinid, millest tuntuim on jadasiin USB.

Kuna jõudluste vahe mälu ja protsessori vahel üha suureneb, siis on kaasaegsete protsessorite külge lisatud ülikiired vahemälud. Selline süsteem lubab protsessoril suhelda seadmetega ülikiire siini kaudu, mis on põhimälu siiniga võrreldes oluliselt kiirem. Nende süsteemisiinide kaudu suheldakse vastavate adapterite abil ka välisseadmetega. Arhitektuurilt sarnanevad sellised süsteemid hajusarvutust kasutavate süsteemidega, kus suhtluseks kasutatakse võrgu asemel siine. Sellise süsteemi puhul on laiendussiinid protsessorist eraldiseisvad ja ei ole seotud protsessori arhitektuuriga ning varasem süsteemisiin on nüüd esisiin.

Nende muutuste valguses ei ole võimalik üheselt eristada klassikalist süsteemisiini, laiendussiini ning välissiini, sest neil puudub mõtteline seos reaalsete siinidega. Peamine siinide kategoriseerimisviis põhineb siini töö iseloomul, kas siin ühendab välimisi või sisemisi seadmeid (näiteks SCSI- ning PCI-siinid). Samas paljusid tuntud siine kasutatakse mõlemaks otstarbeks. SATA-t ja eSATA-t võis varem lugeda peamiselt sisemisteks siinideks ning peamiselt välissiini otstarbeks loodud IEEE 1394 kasutatakse nüüd autotööstuses süsteemisiinina. On ka siine, mis on väljatöötamise algusest saadik mõeldud mõlemat rolli täitma, näiteks I²C.

Sisemised siinid

Sisemised siinid ehk lokaalsiinid asuvad emaplaadil ja ühendavad arvuti sisemisi komponente, näiteks protsessorit ja mälu. Need siinid on kiired ja töötavad ülejäänud arvutist eraldiseisvana. Sisemiste siinide hulka kuuluvad näiteks mälusiin, andmesidesiin ja süsteemisiin.

Välised siinid

Välised siinid on mõeldud väliste seadmete ühendamiseks arvutiga laiendussiini abil. Näiteks printerid, klaviatuur jne. Lisaks kasutatakse välissiine välkmäluseadmete (näiteks mälupulgad) ühendamiseks protsessoriga. Populaarsemate välissiinide hulka kuuluvad näiteks PCI ja IEEE 1294.

Kasutus ja variatsioonid

Siine jagatakse arhitektuuriliselt peamiselt paralleelsiinideks ja jadasiinideks.^[5] Paralleelsiin edastab andmeid üheaegselt mitme paralleelselt ühendatud juhtme kaudu. Jadasiini puhul edastatakse andmed bitijadana. Andmesidekiiruste kasvades paralleelsiinide puhul kasvanud probleemid ajastamisel, elektromagnetilisel ühilduvusel ja energia tarbimisel. Neid probleeme on siinil raske vältida ning need tekitavad müra väljundandmetesse. Osaline lahendus probleemile on andmete saatmine siinile nii tõusval kui ka langeval taktsignaalil. Kuigi jadasiinidel on võrreldes paralleelsiiniga vähem elektrilisi ühendusi andmete edastamiseks, on jadasiinidel võimalik saavutada kiiremaid andmeedastuskiirusi, sest jadasiinil puuduvad paralleelsiinile omased probleemid. Kiired jadasiinid on näiteks USB, Firewire ja jada-ATA.

Kontseptuaalselt ei peeta siinideks selliseid võrguühendusi nagu Etherneti-ühendus. See põhimõte tuleneb ühest peamisest siini kirjeldavast nõudest, et siin toidab enda külge ühendatavat seadet. See omadus välistab mitmed liidesed nagu Ethernet, RS-232 ja IEEE 1284, kuna neil liidestel on vajalik eraldi toiteallikas. USB-liideste puhul saab kasutada siini pakutavat toidet, kuid tihti kasutatakse ka eraldiseisvat toiteallikat.

Siini topoloogia

Võrgus juhib andmete liikumist ülem plaanur. Andmeid sooviv arvuti saadab plaanurile teate ja plaanur paneb selle järjekorda. Teatel on identifikaator, mis edastatakse kõigile võrgusõlmedele. Plaanur määrab prioriteedid ja edastab andmed vastuvõtjale niipea, kui siin vabaneb. Määratud sõlm edastab sõnumi teisele arvutile. Pärast andmeedastuse lõppu siin vabaneb ja seejärel saab vastu võtta plaanuri järjekorrast järgmise andmepaketi.

Siini niisuguse korralduse eeliseks on see, et iga arvutiga saab suhelda otse ning sõnumeid saab saata suhteliselt lihtsalt ja kiiresti. Puuduseks on vajadus võrguliiklust korraldava plaanuri järele, mis määrab iga signaali sageduse ja prioriteedi.

Arvutisiseste siinide näiteid

Paralleelsiin

ATA (ehk PATA, IDE, EIDE, ATAPI), kõvaketta/kasseti ühendussiin (originaal ATA on paralleelne, kuid edasiarendus Serial ATA (järjestik ATA) on jadasiin);
ASUS Media Bus on tootjaspetsiifiline, kasutati osal ASUSe Socket 7 tüüpi emaplaatidel;
Computer Automated Measurement and Control (CAMAC);
Extended ISA või EISA;
Industry Standard Architecture või ISA;
Low Pin Count või LPC;
MBus;
MicroChannel või MCA;
Multibus on suurte süsteemide jaoks;
NuBus või IEEE 1196;
OPTi local busi kasutati varastel Intel 80486 emaplaatidel;
Traditsiooniline PCI;
Q-Bus on tootjaspetsiifiline siin, mille lõi Digital Equipment Corporation nende PDP ja hilisemate VAX arvutite jaoks;
S-100 bus või IEEE 696, kasutati Altairi ja sellesarnaste mikroarvutitega;
SBus või IEEE 1496;
SS-50 Bus;
STEbus;
STD Bus (STD-80 [8-bitine] ja STD32 [16-32-bitine] jaoks);
Unibus on tootjaspetsiifiline siin, mille lõi Digital Equipment Corporation nende PDP-11 ja hilisemate VAX arvutite jaoks;
VESA kohalik siin ehk VLB ehk VL-bus;
VMEbus, VERSAmodule Eurocardi siin.

Jadasiin

1-Wire;
HyperTransport;
I²C;
PCI Express ehk PCIe;
serial ATA ehk SATA;
Serial Peripheral Interface Bus ehk SPI bus;
UNI/O.

Näited arvutivälistest siinidest

Paralleelsiin

HIPPI;
IEEE-488 ehk GPIB;
PC card ehk PCMCIA on kasutusel sülearvutites ja teistes mobiilsetes seadmetes, kuid kaotab populaarsust USB- ja integreeritud võrguseadmete leviku tõttu.

Jadasiin

eSATA;
USB on populaarseim välisseadmete ühendussiin;
Controller Area Network ehk CAN-siin;
EIA-485;
FireWire.

Mõlemaotstarbeliste siinide näiteid

Futurebus;
InfiniBand;
SCSI on serverites kasutatav väline kõvaketta/kasseti ühendussiin;
Serial Attached SCSI ja serial SCSI siinid;
QuickRing.

Viited

↑ "bus Definition from PC Magazine Encyclopedia". pcmag.com.
↑ Linda Null; Julia Lobur (2006). The essentials of computer organization and architecture (2nd ed.). Jones & Bartlett Learning. Lk 33, 179–181. ISBN 978-0-7637-3769-6.
↑ Vangie Beal (2005). What is bus?. www.webopedia.com.
↑ Drago Radic. I/O Ports and Peripherals (3 ed.). IT – Informatics Alphabet. Originaali arhiivikoopia seisuga 20. detsember 2016. Vaadatud 12. detsembril 2016.
↑ Clifton, Carl (1987). What Every Engineer Should Know about Data Communications. CRC Press. Lk 27. ISBN 0-8247-7534-1. The internal computer bus is a parallel transmission scheme; within the computer....

Kirjandus

Indrek Zolk "Riistvara ja tehniline dokumentatsioon". Tartu 2008 ISBN 9789949180905

[Mh43v-1] "bus Definition from PC Magazine Encyclopedia". pcmag.com.

[N7npR-2] Linda Null; Julia Lobur (2006). The essentials of computer organization and architecture (2nd ed.). Jones & Bartlett Learning. Lk 33, 179–181. ISBN 978-0-7637-3769-6.

[Zcrvx-3] Vangie Beal (2005). What is bus?. www.webopedia.com.

[i0fjR-4] Drago Radic. I/O Ports and Peripherals (3 ed.). IT – Informatics Alphabet. Originaali arhiivikoopia seisuga 20. detsember 2016. Vaadatud 12. detsembril 2016.

[x7sQ6-5] Clifton, Carl (1987). What Every Engineer Should Know about Data Communications. CRC Press. Lk 27. ISBN 0-8247-7534-1. The internal computer bus is a parallel transmission scheme; within the computer....

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

v r Personaalarvuti
Põhikomponendid	Emaplaat • Graafikaprotsessor • Helikaart • Korpus • Kõvaketas/Pooljuhtketas • Muutmälu • Protsessor • Toiteplokk • Võrguadapter
Sisendseadmed	Hiir • Juhtkuul • Klaviatuur • Mikrofon • Näpuhiir • Puuteplaat • Puuteekraan • Skanner
Väljundseadmed	Kuvar • Kõlar • Kõrvaklapid • Printer
Andmekandjad	Blu-ray • CD • DVD • Diskett • Magnetoptiline ketas • Välkmälu (Mälupulk)
Siinid	Ethernet • FireWire • Järjestikport • Rööpport • Thunderbolt • USB
Lisaseadmed	Digitaallaud • Jahutus • Mängukontroller • UPS • Vöötkoodiluger