Шина pci и pci Express.
Введение шины PCI (вместе с процессором Pentium), учитывая очевидные преимущества над конкурентами, позволило PCI выиграть войну шин и стать доминирующим стандартом в 1994 году. С тех пор практически все периферийные устройства, от контроллеров жёстких дисков и звуковых карт до видеокарт и сетевых плат, базировались на шине PCI.
Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) широко используется в качестве универсальной шины ввода/вывода уже на протяжении более десяти лет, однако сегодня она уже вплотную подошла к своим пределам. Расширения стандарта PCI, типа 64-битных слотов и тактовой частоты 66 МГц или 100 МГц, слишком дороги и вряд ли успеют угнаться за растущими потребностями в высокой пропускной способности в следующие несколько лет.
Многие современные технологии изменили взгляд пользователей на способ передачи данных в компьютере, повысив скорость и эффективность. В качестве примеров можно привести универсальную последовательную шину Universal Serial Bus (USB), последовательный ATA (Serial ATA) и RDRAM, причём все они являются последствиями перехода с параллельной архитектуры на скоростную последовательную архитектуру, обеспечивающую высокую пропускную способность и потенциал по масштабируемости.
Шина pci
Peripheral Component Interface – интерфейс внешних устройств. Часто используемая в ПК шина для подключения внешних устройств, обеспечивающая высокоскоростной обмен данными между процессором и внешними устройствами: видеоплатами, звуковыми платами, платами сетевых интерфейсов и модемами. Шина PCI поддерживает технологию "plug and play", работает с тактовой частотой 33 МГц и обеспечивает 32- и 64-битную передачу данных.
Интерфейс PCI предусматривает использование вспомогательного контроллера, который берет на себя разделение сигналов процессора и шины и осуществляет разрешение конфликтов. Каждый объект, имеющий интерфейс малых компьютерных систем, подключается к шине PCI в ранге главного либо подчиненного.
Шина PCI (Peripheral Component Interconnect), разработанная фирмой Intel в 1992 году, представляет собой не развитие шины ISA, как это было с шиной VLB, а совершенно новую шину. В современных системных платах частота шины PCI задается, как половина внешней тактовой частоты процессора.
Внешний вид слота шины PCI
Основополагающим принципом, положенным в основу шины PCI, является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь между шиной PCI и другими шинами.
Разработчики Intel отказались от использования шины процессора и ввели еще одну "антресольную" (mezzanine) шину.
Шина получилась, во-первых, процессоро-независимой (в отличие от VLbus), а во-вторых, могла работать параллельно с шиной процессора, не обращаясь к ней за запросами. Например, процессор работает с кэшем или системной памятью, а в это время по сети на винчестер пишется информация. На самом деле такого в полной мере конечно не получается, но загрузка шины процессора снижается здорово. То есть управление шиной PCI (PCI bus mastering) позволяло устройствами на шине получать контроль над ней и производить прямые передачи информации без участия процессора. В результате снижались задержки и нагрузка на процессор.
Основные возможности шины следующие.
Синхронный 32-х или 64-х разрядный обмен данными (64-разрядная шина в настоящее время используется только в Alpha-системах и серверах на базе процессоров Intel Xeon). При этом для уменьшения числа контактов (и стоимости) используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же линиям.
Поддержка 5V и 3.3V логики. Разъемы для 5 и 3.3V плат различаются расположением ключей
Существуют и универсальные платы, поддерживающие оба напряжения. Надо отметить, что частота 66MHz поддерживается только 3.3V логикой.
Частота работы шины 33MHz или 66MHz (в версии 2.1) позволяет обеспечить широкий диапазон пропускных способностей (с использованием пакетного режима):
132 МВ/сек при 32-bit/33MHz;
264 MB/сек при 32-bit/66MHz;
264 MB/сек при 64-bit/33MHz;
528 МВ/сек при 64-bit/66MHz.
При этом для работы шины на частоте 66MHz необходимо, чтобы все периферийные устройства работали на этой частоте.
Полная поддержка multiply bus master (например, несколько контроллеров жестких дисков могут одновременно работать на шине).
Поддержка write-back и write-through кэша.
Автоматическое конфигурирование карт расширения при включении питания.
Спецификация шины позволяет комбинировать до восьми функций на одной карте (например, видео + звук и т.д.).
Шина позволяет устанавливать до 4 слотов расширения, однако возможно использование моста PCI-PCI для увеличения количества карт расширения.
PCI-устройства оборудованы таймером, который используется для определения максимального промежутка времени, в течении которого устройство может занимать шину.
При разработке шины в ее интерфейс были заложены передовые технические решения, позволяющие повысить пропускную способность. Так шина поддерживает метод передачи данных, называемый "linear burst" (метод линейных пакетов). Этот метод предполагает, что пакет информации считывается (или записывается) "одним куском", то есть адрес автоматически увеличивается для следующего байта. Естественным образом при этом увеличивается скорость передачи собственно данных за счет уменьшения числа передаваемых адресов.
Шина PCI является тем столпом, на котором удерживается технология Microsoft/Intel Plug and Play (PnP) PC architecture. Спецификация шины PCI определяет три типа ресурсов: два обычных (диапазон памяти и диапазон ввода/вывода, как их называет компания Microsoft) и configuration space - "конфигурационное пространство".
Конфигурационное пространство состоит из трех регионов:
заголовка, независимого от устройства (device-independent header region);
региона, определяемого типом устройства (header-type region);
региона, определяемого пользователем (user-defined region).
В заголовке содержится информация о производителе и типе устройства - поле Class Code (сетевой адаптер, контроллер диска, мультимедиа и т.д.) и прочая служебная информация.
Следующий регион содержит регистры диапазонов памяти и ввода/вывода, которые позволяют динамически выделять устройству область системной памяти и адресного пространства. В зависимости от реализации системы конфигурация устройств производится либо BIOS (при выполнении POST - power-on self test), либо программно. Базовый регистр expansion ROM аналогично позволяет отображать ROM устройства в системную память. Поле CIS (Card Information Structure) pointer используется картами cardbus (PCMCIA R3.0). С Subsystem vendor/Subsystem ID все понятно, а последние 4 байта региона используются для определения прерывания и времени запроса/владения.
Рис 1. шина PCI
Важной особенностью данной шины является то, что в ней реализован новый принцип управления шиной, который состоит в том, что внешнее устройство может пересылать по шине PCI данные без участия процессора (Bus Mastering). То есть во время передачи данных устройство, поддерживающее Bus Mastering, захватывает шину и становится главным, вследствии чего процессор освобождается для выполнения других задач на время передачи данных. Это особенно важно при использовании многозадачных операционных систем Windows 95/2000, Windows NT, OS/2.
В настоящее время шина PCI является стандартом.
Особенностями шины PCI, обеспечивающими ее широкое распространение, являются:
Использование способа передачи данных, называемого “способом рукопожатия”, который заключается в том, что при передаче определяются передающее устройство (Iniciator) и принимающее устройство(Target). Передающее устройство выставляет данные на шине данных и передает сигнал готовности к передаче (Iniciator Ready); получив такой сигнал, принимающее устройство записывает данные и передает сигнал Target Ready, подтверждающий прием текущих данных и готовность к приему следующих.
Передачей данных управляет не процессор, а включенный между ним и шиной PCI мост, то есть используется принцип Bus Mastering.
Значительна пропускная способность шины PCI, равная 133 Мб/с.
Шина PCI использует принцип мультиплексирования, то есть для передачи логических сигналов данных и адресов используются одни и те же физические линии в разные моменты времени, в зависимости от управляющих сигналов на шине PCI.
Шина PCI является интеллектуальной, то есть в соответствии с технологией Plug&Play она способна распознавать аппаратные средства.