Главная страница / 8. Состав и назначение основных элементо...: 8.3. Системные шины и сло...

8.3. Системные шины и слоты расширения

← 8.2. Центральный процессор 8.4. Контрольные вопросы и задания →

Навигация по разделу

8.3.1. Шина расширения ISA
8.3.2. Шина расширения PCI
8.3.3. Шина расширения AGP
8.3.4. Шина расширения PCI Express

Шина – это канал пересылки данных, используемый совместно различными блоками системы. Шина может представлять собой набор проводящих линий, вытравленных на печатной плате, провода, припаянные к выводам разъемов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский кабель. Компоненты компьютерной системы физически расположены на одной или нескольких печатных платах, причем их число и функции зависят от конфигурации системы, ее изготовителя, а часто и от поколения микропроцессора. Основными характеристиками шин являются разрядность передаваемых данных и скорость передачи данных. Наибольший интерес вызывают два типа шин – системный и локальный. Системная шина предназначена для обеспечения передачи данных между периферийными устройствами и центральным процессором, а также оперативной памятью. Локальной шиной, как правило, называется шина, непосредственно подключенная к контактам микропроцессора, т.е. шина процессора. Существует несколько стандартов организации системной шины для ПК.

8.3.1. Шина расширения ISA

↑ Наверх

isa

Рис. 8.4. Шина расширения ISA

Шина ISA (Industry Standart Architecture) – шина, применявшаяся с первых моделей PC и ставшая промышленным стандартом (рис. 8.4). В PC моделей XT применялась шина с разрядностью данных 8 бит и адреса – 20 бит. В моделях AT шина была расширена до 16 бит данных и 24 бита адреса, какой она остается до сих пор. Конструктивно шина выполнена в виде двух слотов. Подмножество ISA-8 использует только первый 62-контактный слот, в ISA-16 применяется дополнительный 36-контактный слот. Тактовая частота – 8 МГц. Скорость передачи данных – до 16 Мбайт\с. Обладает хорошей помехоустойчивостью. Шина обеспечивает своим абонентам возможность отображения 8- или 16-битных регистров на пространство ввода-вывода и памяти. Диапазон доступных адресов памяти ограничен областью UMA (Unified Memory Architecture – унифицированная архитектура памяти), но для шины ISA-16 специальными опциями BIOS Setup может быть разрешено и пространство в области между15-м и 16-м мегабайтом памяти (правда при этом компьютер не сможет использовать более 15 Мбайт ОЗУ). Диапазон адресов ввода-вывода сверху ограничен количеством используемых для дешифрации бит адреса, нижняя граница ограничена областью адресов 0-FFh, зарезервированных под устройства системной платы. В PC была принята 10-битная адресация ввода-вывода, при которой линии адреса A[15:10] устройствами игнорировались. Таким образом, диапазон адресов устройств шины ISA ограничивается областью 100h-3FFh, т. е. всего 758 адресов 8-битных регистров. На некоторые области этих адресов претендуют и системные устройства. Впоследствии стали применять и 12-битную адресацию (диапазон 100h-FFFh), но при ее использовании всегда необходимо учитывать возможность присутствия на шине и старых 10-битных адаптеров, которые «отзовутся» на адрес с подходящими ему битами A[9:0] во всей допустимой области 4 раза. В распоряжении абонентов шины ISA-8 может быть до шести линий запросов прерываний IRQ (Interrupt Request), для ISA-16 их число достигает 11. Заметим, что при конфигурировании BIOS Setup часть из этих запросов могут отобрать устройства системной платы или шина PCI. Абоненты шины могут использовать до трех 8-битных каналов DMA (Direct Memory Access –  прямой доступ к памяти), а на 16-битной шине могут быть доступными еще три 16-битных канала. Сигналы 16-битных каналов используются и для получения прямого управления шиной устройством Bus-Master. При этом канал DMA используется для обеспечения арбитража управления шиной, а адаптер Bus-Master формирует все адресные и управляющие сигналы шины, не забывая «отдать» управление шиной процессору не более чем через 15 мкс (чтобы не нарушить регенерацию памяти). Все перечисленные ресурсы системной шины должны быть бесконфликтно распределены между абонентами. Бесконфликтность подразумевает следующее:

  • каждый абонент должен при операциях чтения управлять шиной данных (выдавать информацию) только по своим адресам или по обращению к используемому им каналу DMA. Области адресов для чтения не должны пересекаться. «Подсматривать» не ему адресованные операции записи не возбраняется;
  • назначенную линию запроса прерывания IRQx абонент должен держать на низком уровне в пассивном состоянии и переводить в высокий уровень для активации запроса. Неиспользуемыми линиями запросов абонент управлять не имеет права, они должны быть электрически откоммутированы или подключаться к буферу, находящемуся в третьем состоянии. Одной линией запроса может пользоваться только одно устройство. Такая нелепость (с точки зрения схемотехники ТТЛ) была допущена в первых PC и в жертву совместимости старательно тиражируется уже много лет.

Задача распределения ресурсов в старых адаптерах решалась с помощью джамперов, затем появились программно-конфигурируемые устройства, которые практически вытеснены автоматически конфигурируемыми платами PnP. Для шин ISA ряд фирм выпускает карты-прототипы (Protitype Card), представляющие собой печатные платы полного или уменьшенного формата с крепежной скобой. На платах установлены обязательные интерфейсные цепи – буфер данных, дешифратор адреса и некоторые другие. Остальное поле платы представляет собой «слепыш», на котором разработчик может разместить макетный вариант своего устройства. Эти платы удобны для макетной проверки нового изделия, а также для монтажа единичных экземпляров устройства, когда разработка и изготовление печатной платы нерентабельно. С появлением 32-битных процессоров делались попытки расширения разрядности шины, но все 32-битные шины ISA не стандартизованы, кроме шины EISA.

С появлением 32-разрядных микропроцессоров 80386 (версия DX) фирмами Compaq, NEC и рядом других фирм была создана 32-разрядная шина EISA, полностью совместимая с ISA. Шина EISA (Extended ISA) – жестко стандартизованное расширение ISA до 32 бит. Конструктивное исполнение обеспечивает совместимость с ней и обычных ISA-адаптеров. Узкие дополнительные контакты расширения расположены между ламелями разъема ISA и ниже таким образом, что адаптер ISA, не имеющий дополнительных ключевых прорезей в краевом разъеме, не достает до них. Установка карт EISA в слоты ISA недопустима, поскольку ее специфические цепи попадут на контакты цепей ISA, в результате чего системная плата окажется неработоспособной. Расширение шины касается не только увеличения разрядности данных и адреса: для режимов EISA используются дополнительные управляющие сигналы, обеспечивающие возможность применения более эффективных режимов передачи. В обычном (не пакетном) режиме передачи за каждую пару тактов может быть передано до 32 бит данных (один такт на фазу адреса, один – на фазу данных). Максимальную производительность шины реализует пакетный режим (Burst Mode) – скоростной режим пересылки пакетов данных без указания текущего адреса внутри пакета. Внутри пакета очередные данные могут передаваться в каждом такте шины, длина пакета может достигать 1024 байт. Шина предусматривает и более производительные режимы DMA, при которых скорость обмена может достигать 33 Мбайт/с. Линии запросов прерываний допускают разделяемое использование, причем сохраняется и совместимость с ISA-картами: каждая линия запроса может программироваться на чувствительность как по перепаду, как в ISA, так и по низкому уровню. Шина допускает потребление каждой картой расширения мощности до 45 Вт, но полную мощность, как правило, не потребляет ни один адаптер. Каждый слот (максимум – 8) и системная плата могут иметь селективное разрешение адресации ввода-вывода и отдельные линии запроса и подтверждения управления шиной. Арбитраж запросов выполняет устройство ISP (Integrated System Peripheral). Обязательной принадлежностью системной платы с шиной EISA является энергонезависимая память конфигурации NVRAM, в которой хранится информация об устройствах EISA для каждого слота. Формат записей стандартизован, для модификации конфигурационной информации применяется специальная утилита ECU (EISA Configuration Utility). Архитектура позволяет при использовании программно-конфигурируемых адаптеров автоматически разрешать конфликты использования системных ресурсов программным путем, но в отличие от спецификации PnP, шина EISA не допускает динамического реконфигурирования. Все изменения конфигурации возможны только в режиме конфигурирования, после выхода из которого необходима перезагрузка компьютера. Изолированный доступ к портам ввода-вывода каждой карты во время конфигурирования обеспечивается просто: сигнал AEN, разрешающий декодирование адреса в цикле ввода-вывода, на каждый слот приходит по отдельной линии AENx. На некоторых идеях конфигурирования шины EISA выросла спецификация PnP для шины ISA. Формат конфигурационных записей ESCD во многом напоминает формат NVRAM EISA. Таким образом, EISA – дорогая, но оправдывающая себя архитектура, применяющаяся в многозадачных системах, на файл-серверах и везде, где требуется высокоэффективное расширение шины ввода-вывода.

8.3.2. Шина расширения PCI

↑ Наверх

pci

Рис. 8.5. Шина расширения PCI

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus – взаимосвязь периферийных компонентов) – шина соединения периферийных компонентов. Была анонсирована компанией Intel в июне 1992 года на выставке PC Expo. Эта шина занимает особое место в современной PC-архитектуре (mezzanine bus), являясь мостом между локальной шиной процессора и шиной ввода-вывода ISA/EISA или MCA. Шина разрабатывалась в расчете на Pentium-системы, но хорошо сочетается и с 486 процессорами, а также с не-Intel’овскими процессорами. Шина PCI является четко стандартизованной высокопроизводительной шиной расширения ввода-вывода. Это мультиплексная 32-разрядная шина, но существует и 64-разрядная версия. Частота шины 20...33 МГц. Стандарт PCI 2.1 допускает и частоту 66 МГц. Теоретическая максимальная скорость 132/264 Mбайт/с для 32/64 бит при 33 МГц и 528 Мбайт/с при 66 МГц. Слот PCI достаточен для подключения адаптера (в отличие от VLB), на системной плате он может сосуществовать с любой из шин ввода-вывода и даже с VLB (хотя в этом и нет необходимости). На одной шине PCI может быть не более четырех устройств (слотов). Мост шины PCI (PCI Bridge) – это аппаратные средства подключения шины PCI к другим шинам. Host Bridge – главный мост – используется для подключения PCI к системной шине (шине процессора или процессоров). Peer-to-Peer Bridge – одноранговый мост – используется для соединения двух шин PCI. Две и более шины PCI применяются в мощных серверных платформах – дополнительные шины PCI позволяют увеличить число подключаемых устройств. Автоконфигурирование устройств (выбор адресов, запросов прерывания) поддерживается средствами BIOS и ориентировано на технологию Plug and Play. Стандарт PCI определяет для каждого слота конфигурационное пространство размером до 256 8-битных регистров, не приписанных ни к пространству памяти, ни к пространству ввода-вывода. Доступ к ним осуществляется по специальным циклам шины Configuration Read и Configuration Write, вырабатываемым контроллером при обращении процессора к регистрам контроллера шины PCI, расположенным в его пространстве ввода-вывода. В состав шины PCI введены сигналы для тестирования адаптеров по интерфейсу JTAG. На системной плате эти сигналы не всегда задействованы, но могут организовывать логическую цепочку тестируемых адаптеров. Шина PCI трактует все обмены как пакетные: каждый кадр начинается фазой адреса, за которой может следовать одна или несколько фаз данных. Количество фаз данных в пакете неопределенно, но ограничено таймером, определяющим максимальное время, в течение которого устройство может пользоваться шиной. Каждое устройство имеет собственный таймер, значение для которого задается при конфигурировании устройств шины. В каждом обмене участвуют два устройства – инициатор обмена (Initiator) и целевое уст-ройство (Target). Арбитражем запросов на использование шины занимается специальный функциональный узел, входящий в состав чипсета системной платы. Для согласования быстродействия устройств-участников обмена предусмотрены два сигнала готовности IRDY# и TRDY#. Для адреса и данных на шине используются общие мультиплексированные линии AD. Четыре мультиплексированных линии C/BE[3:0] используются для кодирования команд в фазе адреса и разрешения байт в фазе данных. Шина имеет версии с питанием 5 В и 3,3 В. Также существует универсальная версия (с переключением линий +V I/O c 5 В на 3,3 В). Ключами являются пропущенные ряды контактов 12, 13 и 50, 51. Для 5-вольтного слота ключ расположен на месте контактов 50, 51; для 3-вольтного – 12, 13; для универсального – два ключа: 12, 13 и 50, 51. Ключи не позволяют установить карту в слот с неподходящим напряжением питания. Слот 32-битный заканчивается контактами A62/B62, 64-битный – A94/B94. В отличие от адаптеров остальных шин, компоненты карт PCI расположены на левой поверхности плат. По этой причине крайний PCI-слот обычно разделяет использование посадочного места адаптера с соседним ISA-слотом (Shared slot). Шина PCI являлась до последнего времени второй (после ISA) по популярности применения. В современных системах происходит отказ от шин ISA, и шина PCI выходит на главные позиции. Некоторые фирмы для этой шины выпускают карты-прототипы, но, конечно же, доукомплектовать их периферийным адаптером или устройством собственной разработки гораздо сложнее, чем карту ISA. Здесь сказываются и более сложные протоколы, и более высокие частоты (8 МГц у шины ISA против 33 или 66 МГц у шины PCI). Также шина PCI обладает плохой помехоустойчивостью, поэтому для построения измерительных систем и промышленных компьютеров используется все еще относительно редко. На некоторых системных (материнских) платах имеется небольшой разъем, который называется Media Bus. Он расположен позади разъема шины PCI одного из слотов. На этот разъем выводятся сигналы обычной шины ISA, и предназначен он для того, чтобы на графическом адаптере с шиной PCI можно было разместить и недорогой чипсет звуковой карты, предназначенный для шины ISA. Этот разъем, а тем более и такие комбинированные аудио-видеокарты, широкого распространения не получили.

8.3.3. Шина расширения AGP

↑ Наверх

agp

Рис. 8.6. Шина расширения AGP

Стандарт на AGP (Accelerated Graphics Port – ускоренный графический порт) был разработан фирмой Intel, чтобы, не меняя сложившийся стандарт на шину PCI, ускорить ввод-вывод данных в видеокарту и, кроме этого, увеличить производительность компьютера при обработке трехмерных изображений без установки дорогостоящих двухпроцессорных видеокарт с большими объемами как видеопамяти, так и памяти под текстуры, z-буфер и т.п. Этот стандарт был поддержан большим количеством фирм, входящих в AGP Implementors Forum, организацию, созданную на добровольной основе для внедрения этого стандарта. Поэтому развитие AGP было довольно стремительным. Стартовая версия стандарта – AGP 1.0. Конструктивное исполнение представляет собой отдельный слот с питанием 3,3 В, напоминающий слот PCI, но на самом деле никак с ним не совместимом. Обычная видеокарта не может быть установлена в этот слот и наоборот. Скорость передачи данных до 532 Мбайт/с обусловлена частотой шины AGP до 132 МГц, отсутствием мультиплексирования шины адреса и данных (на PCI по одним и тем же физическим линиям сначала выдается адрес, а потом данные). AGP имеет частоту шины 66 МГц и ту же разрядность и в стандартном режиме (точнее – режим «1x») может пропустить 266 Мбайт/с. Для повышения пропускной способности шины AGP в стандарт заложена возможность передавать данные, используя как передний, так и задний фронт синхросигнала – режим 2x. В режиме 2x пропускная способность шины 532 Мбайт/с. При достижении частоты шины в 100 МГц скорость обмена возрастет до 800 Мбайт/с. Кроме «классического» способа адресации, как на PCI, в AGP может использоваться режим sideband addressing, называемый «адресацией по боковой полосе». При этом используются специальные, отсутствующие в PCI, сигналы SBA (SideBand Addressing). В отличие от шины PCI на AGP присутствует конвеерная обработка данных. Основная обработка трехмерных изображений выполняется в основной памяти компьютера как центральным процессором, так и процессором видеокарты. Механизм доступа процессора видеокарты к памяти получил название DIrect Memory Execute (DIME – непосредственное выполнение в памяти). Следует упомянуть, что сейчас не все видеокарты стандарта AGP поддерживают этот механизм. Некоторые карты пока имеют только механизм, аналогичный bus master на шине PCI. Не следует путать этот принцип с UMA, который используется в недорогих видеокартах, размещенных, как правило, на материнской плате.

Основные отличия шины AGP

  • Область основной памяти компьютера, которая может использоваться AGP-картой (ее также называют «AGP-память»), не заменяет память экрана. В UMA основная память используется как память экрана, а AGP память лишь дополняет ее.
  • Пропускная способность памяти в UMA видеокарте меньше, чем для шины PCI.
  • Для вычислений текстур привлекаются только центральный процессор и процессор видеокарты.
  • Центральный процессор записывает данные для видеокарты непосредственно в область обычной памяти, доступ к которой получает также и процессор видеокарты.
  • Выполняются только операции чтения/записи в память. 
  • Нет арбитража на шине (AGP-порт всегда один) и временных затрат на него. 
  • Обычная память (даже SDRAM) существенно дешевле, чем видеопамять для графических карт.

В декабре 1997 года фирма Intel выпустила предварительную версию стандарта AGP 2.0, а в мае 1998 года – окончательный вариант.

Основные отличия от предыдущей версии

  • Скорость передачи может быть увеличена еще в 2 раза по сравнению с 1.0 (этот ре-жим получил название «4x») и достигать значения 1064 Мбайт/с.
  • Скорость передачи адреса в режиме «адресации по боковой полосе» также может быть увеличена еще в 2 раза.
  • Добавлен механизм «быстрой записи» Fast Write (FW). Основная идея – запись данных/команд управления непосредственно в AGP-устройство, минуя промежуточное хранение данных в основной памяти. Для устранения возможных ошибок в стандарт на шину введен новый сигнал WBF# (Write Buffer Full – буфер записи полон). Если сигнал активен, то режим FW невозможен.

В июле 1998 года Intel выпустила версию 0.9 спецификации на AGP Pro, существенно отличающуюся конструктивно от AGP 2.0. Краткая суть отличий в следующем:

  • изменен разъем AGP – добавлены выводы по краям существующего разъема для подключения дополнительных цепей питания 12 и 3,3 В;
  • совместимость с AGP 2.0 только снизу вверх – платы с AGP 2.0 можно устанавливать в слот AGP Pro, но не наооборот;
  • AGP Pro предназначена только для систем с ATX форм-фактором; 
  • поскольку карте AGP Pro разрешено потребление до 110 Вт (!!), высота элементов на плате (с учетом возможных элементов охлаждения) может достигать 55 мм, поэтому два соседних слота PCI должны оставаться свободными. Кроме этого, два соседних слота PCI могут ис-пользоваться платой AGP Pro для своих целей;
  • с точки зрения схемотехники новая спецификация ничего не добавляет, кроме специальных выводов, сообщающих системе о потреблении платы AGP Pro.

AGP быстро прижился в обыкновенных настольных системах из-за своей дешевизны и скорости, а видеокарты на AGP почти вытеснили обычные PCI-видеокарты.

По мере развития вычислительной техники и появления разных 3D-ускорителей компьютерной графики все острее вставал вопрос: что делать? Либо увеличивать количество дорогой памяти непосредственно на видеокарте, либо хранить часть информации в дешевой системной памяти, но при этом каким-либо образом организовать к ней быстрый доступ. Как это практически всегда бывает в компьютерной индустрии, вопрос решен не был. Казалось бы, вот простейшее решение: перейти на 66-мегагерцовую 64-разрядную шину PCI с огромной пропускной способностью. Но Intel на базе того же стандарта PCI R2.1 разрабатывает новую шину – AGP (R1.0, затем 2.0), которая отличается от своего «родителя» следующим:

  • шина способна передавать два блока данных за один 66-мегагерцевый цикл (AGP 2x);
  • устранена мультиплексированность линий адреса и данных (в PCI для удешевления конструкции адрес и данные передавались по одним и тем же линиям);
  • дальнейшая конвейеризация операций чтения/записи, по мнению разработчиков, позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти на скорость выполнения этих операций.

В результате пропускная способность шины была оценена в 500 Мбайт/с, и предназначалась она для того, чтобы видеокарты хранили текстуры в системной памяти, соответственно имели меньше памяти на плате и дешевели.

В последнее время начали появляться высокопроизводительные графические ускорители, для которых производительности PCI-шины уже недостаточно. В связи с этим был разработан новый стандарт шины, но по своей сути этот стандарт нельзя назвать новым, так как он явился просто усовершенствованным и адаптированным вариантом PCI 2.1. Эта шина при передаче данных не пользуется услугами PCI-шины, а напрямую работает с системной шиной и памятью. Высокой производительности шины способствует два фактора.

  1. Обмен данными с памятью по принципу конвейера. Этот принцип фактически и выглядит как конвейер. То есть если PCI-устройство, послав запрос на данные, ждет ответа, то AGP в это время «ожидания» может передавать следующие запросы или принимать данные от преведущих запросов.
  2. 2х передача. То есть при синхронизации устройство передает данные как по падению напряжения на линии синхронизации, так и по фронту(повышению).

Все перечисленные принципы позволили повысить производительность шины до 800Мбайт за секунду. Но APG может работать и в режиме PCI. При режиме AGP работа этой шины также распределяется на два режима:

  • DMA. В случае использования этого режима память устройства рассматривается как первичная, а внешняя используется только при необходимости;
  • DIME (Direct Memory Execute). В этом случае устройство рассматривает «свою» и внешнюю память как нечто единое.

8.3.4. Шина расширения PCI Express

↑ Наверх

pcie

Рис. 8.7. Шина расширения PCI Express

PCI Express, или PCIe, или PCI-E, (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X или PXI) – компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных. В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда, устройства PCI Express взаимодействуют через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором. Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

  • горячая замена карт;
  • гарантированная полоса пропускания (QoS);
  • управление энергопотреблением;
  • контроль целостности передаваемых данных.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать ее вместо шин AGP и тем более вместо PCI и PCI-X. 

Описание протокола

Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое lane; это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной однонаправленной шине.

Соединиение двух устройств PCI Express называется link и состоит из одного (называемого 1x) или нескольких (2x, 4x, 8x, 12x, 16x и 32x) двунаправленных последовательных соединений lane. Каждое устройство должно поддерживать соединение 1x.

На электрическом уровне каждое соединение использует низковольтную дифференциальную передачу сигнала (LVDS), прием и передача информации производится каждым устройством PCI Express по отдельной витой паре, таким образом, в простейшем случае, устройство подключается к коммутатору PCI Express всего лишь четырьмя проводниками. Использование подобного подхода имеет следующие преимущества:

  • карта PCI Express помещается и корректно работает в любом слоте той же или большей пропускной способности (например, карта x1 будет работать в слотах x4 и x16);
  • слот большего физического размера может использовать не все lane’ы (например, к слоту 16x можно подвести линии передачи информации, соответствующие 1x или 8x, и все это будет нормально функционировать; однако, при этом необходимо подключить все линии «питание» и «земля», необходимые для слота 16x).

В обоих случаях, на шине PCI Express будет использовать максимальное количество lane’ов доступных как для карты, так и для слота. Однако это не позволяет устройству работать в слоте, предназначенном для карт с меньшей пропускной способностью шины PCI Express (например, карта x4 физически не поместится в слот x1 несмотря на то, что она могла бы работать в слоте 4x с использованием только одного lane).

PCI Express пересылает всю управляющую информацию, включая прерывания, через те же линии, что используются для передачи данных. Последовательный протокол никогда не может быть заблокирован, таким образом задержки шины PCI Express вполне сравнимы с таковыми для шины PCI (заметим, что шина PCI для передачи сигнала о запросе на прерывание использует отдельные физические линии IRQ#A, IRQ#B, IRQ#C, IRQ#D).

Во всех высокоскоростных последовательных протоколах (например, GigabitEthernet), информация о синхронизации должна быть встроена в передаваемый сигнал. На физическом уровне PCI Express использует ставший общепринятым метод кодирования 8B/10B (8 бит данных заменяются на 10 бит, передаваемых по каналу, таким образом 20% передаваемого по каналу трафика избыточны), который позволяет поднять помехозащищенность.

Некоторые протоколы (например, SONET/SDH) используют другой метод помехозащищенного кодирования, который называется скремблинг (scrambling), для встраивания информации о синхронизации в поток данных. Спецификация PCI Express также предусматривает алгоритм скремблинга, но скремблинг PCI Epress отличается от такового для SONET.

Пропускная способность шины PCI Express

Пропускная способность соединения lane составляет 2,5 Гбит/с. Для расчета пропускной способности соединения link необходимо учесть то, что в каждом соединении передача дуплексная, а также учесть применение кодирования 8B/10B. Например, дуплексная пропускная способность соединения 1x составляет:

P1x = (2,5 · 2 · 0,8)/8 = 0,5 Гбайт/с,

где 2,5 – пропускная способность одного lane, Гбит/с; 2 – учет того, что соединение 1x состоит из двух lane; 0,8 – коэффициент, учитывающий использование кода 8B/10B; 8 – коэффициент для перевода Гбит/с в Гбайт/с. Пропускная способность, с учетом двунаправленной передачи, для шин PCI Express с разным количеством связей составляет следующие величины:

Используется связей 1x 2x 4x 8x 12x 16x 32x
Пропускная способность, Гбайт/с 0,5 1 2 4 6 8 16

Стандарт PCMCIA. Устройства, соответствующие первой версии данного стандарта, разрабатывались в качестве альтернативы приводов гибких дисков в портативных компьютерах.

PCMCIA-устройства используются как платы расширения для модулей памяти модемов, SCSI-адаптеров, сетевых карт, звуковых карт, винчестеров, флеш-памяти. Разъем PCMCIA размещается в стандартном отсеке с форм-фактором 3,5 или 5,25 дюйма. Первая версия стандарта поддерживала все шины памяти, включая DRAM, SRAM, PSRAM, ROM, PROM, UVEPROM, EEPROM, FLASH.

Во второй версии спецификации стандарта появились: поддержка устройств ввода-вывода, дополнительный сервис для модулей флеш-памяти, поддержка модулей с двойным напряжением питания и XIP-механизм.

XIP-механизм обеспечивает выполнение программ непосредственно в пространстве PCMCIA-модуля памяти, экономя тем самым системную память компьютера. Вместе со второй версией ассоциация PCMCIA разработала новую спецификацию SSIS, которая устанавливает стандартный набор системных приводов для работы с PCMCIA-модулями. SSIS выполнена в виде BIOS, что позволяет сохранить независимость аппаратных средств, гарантируя при этом программную совместимость. Позднее был предложен более высокий уровень программных операций в PCMCIA-модулях Card Services. Новая версия спецификации позволяет называть PCMCIA-модули просто PC Cards.

Стандарт PCMCIA для связи между PC Card и соответствующим устройством адаптера или портом компьютера определяет 68- контактный механический соединитель. 16 разрядов на нем выделены под данные, 26 разрядов – под адрес, что позволяет непосредственно адресовать 64 Мбайта памяти. Хотя некоторые выводные контакты предназначены для сигналов, необходимых при работе с памятью, эти же контакты могут использоваться и для сигналов, рассчитанных на работу с устройствами ввода-вывода. Для этого необходима переконфигурация выводов.

На стороне модуля PC Card расположен разъем–розетка, а на стороне компьютера – соединитель–вилка, кроме того, стандарт определяет три различных длины контактов соединителей вилки, так как подключение и отключение PC Card может происходить при работающем компьютере, то для этого надо, чтобы на модуль сначала подалось напряжение питания, а уж затем – напряжение сигнальных линий, соответствующие контакты которых имеют большую длину.

Вторая версия PCMCIA определяет только три типа габаритных размеров для PC Card: тип 1, тип 2 и тип 3. Два первых типа ограничивают размеры PC Card до 54 мм в ширину и 85,6 мм в длину. PCMCIA-модули первого типа имеют толщину 3,3 мм, второго типа – 5 мм в середине и 3,3 мм по краям. PC Card третьего типа имеют толщину 10,5 мм, для них необходимы слоты двойной высоты, толщина по краям 3,3 мм. В таких модулях размещают 1,3-дюймовые винчестеры. В добавление ко второй версии стандарта представляют увеличение длины первого и второго типа до 5,73 дюйма. Эта конструкция используется для модулей модемов, на которых устанавливается разъем RJ-11. Кроме габаритных размеров стандарт предписывает размещение переключателя защиты записи внутреннего источника тока, марки изготовителя, температурные режимы (0...55 °С).

← 8.2. Центральный процессор 8.4. Контрольные вопросы и задания →