Интерфейс pci

PCI (Peripheral Component Interconnect) - соединение внешних компонентов. Разработка интерфейса PCI происходило весной 1991 года в недрах корпорации Intel. Перспективные процессоры 80486 и Pentium требовали новой организации взаимодействия с периферийными компонентами. Инженеры Intel решили начать «с нуля» и в результате разработали шину, напрямую не связанную с системной. Так удалось обеспечить независимость интерфейса от конкретного типа процессора и его параллельную работу с несколькими устройствами PCI. Новый интерфейс оказался несовместимым ни с одним из предшествующих (ISA, VESA) и потребовал разработки набора системных микросхем. С целью обеспечить поддержку сторонних производителей Intel сделала архитектуру и спецификации PCI открытыми, поэтому вскоре образовалась группа заинтересованных организаций, создавшая и утвердившая спецификацию версии 2.1. Уточненная и усовершенствованная спецификация получила обозначение 2.2. Интерфейс PCI предусматривает тактовую частоту шины 33 МГц (вариант PCI 2.2 - до 66 МГц, PCI-X - до 133 МГц), что обеспечивает пиковую пропускную способность до 132 Мбайт/с (до 1064 Мбайт/с для 64-разрядных данных на частоте 133 МГц).

Интерфейс обеспечивает поддержку режима Bus Mastering и автоматической конфигурации компонентов при установке (Plug-and-Play). Все слоты PCI на материнской плате сгруппированы в сегменты, число разъемов в сегменте ограничено четырьмя. Если сегментов несколько, они соединяются посредством так называемых мостов (bridge). В настоящее время PCI является самым распространенным интерфейсом. С его помощью подключают к материнской плате устройства расширения: звуковые карты, контроллеры SCSI, модемы, карты видеозахвата, сетевые карты и прочие компоненты.

Длительная популярность PCI объясняется рядом преимуществ, предоставляемых интерфейсом по сравнению с его предшественниками.

• Во-первых, поддерживается синхронный обмен данными формата 32 или 64 бит. При этом используется метод мультиплексирования (передача адресов и данных по очереди по одним линиям), что позволило снизить число контактов в разъемах.

• Во-вторых, предусмотрена установка компонентов с уровнями сигналов 5В или 3,3В. «Ключи» (пластмассовые перемычки) на разъемах исключают установку плат в «чужой» слот. Возможно изготовление универсальных плат расширения, поддерживающих оба уровня сигналов (что сейчас и делает большинство производителей).

Комбинация частот шины 33 МГц или 66 МГц с разрядностью данных предоставляет достаточно широкий диапазон для выбора пропускной способности шины. Заметим, что при частоте 66 МГц допустим уровень сигнала только 3,3В (а устройства на 33 МГц могут выйти из строя на более высокой частоте).

Спецификация PCI требует поддержки компонентами режима Multiple Bus Mastering (многостороннее управление шиной). В таком режиме устройства перехватывают управление шиной и самостоятельно распределяют ее ресурсы. Специальный таймер, имеющийся на устройстве, определяет максимальное время, в течение которого возможен монопольный доступ.

Один канал контроллера PCI поддерживает до четырех слотов расширения. Для удвоения их числа применяется мост между парой контроллеров. Метод передачи данных по шине называют Linear Burst (метод линейных пакетов). То есть, данные при записи-чтении идут единым пакетом, так как адрес для каждого следующего байта автоматически увеличивается на единицу. Таким образом отпадает необходимость передавать адресный блок. Для ускорения передачи применяется кэширование: поддерживаются методы отложенной «write-back» и сквозной «write-through» записи.

Важной особенностью интерфейса PCI является поддержка протокола Plug-and-Play (PnP). Спецификацией 2.2 определены три типа ресурсов: диапазон памяти, диапазон ввода-вывода и так называемое «пространство конфигурации». Последний ресурс содержит три региона: заголовок (не зависит от конкретного типа устройства), блок устройства, пользовательский блок. Заголовок содержит информацию об изготовителе, классе устройства, другие служебные сведения.

В целом интерфейс PCI справлялся с возложенными на него задачами в рамках присущих ему ограничений. Те же задачи, которые он не мог решить (например, передача больших массивов графических данных с высокой скоростью), были ловко переброшены фирмой Intel на плечи других интерфейсов (например, AGP).

До недавнего времени шина PCI использовалась не только для карт расширения, но и соединяла мосты системного чипсета. Однако существенные ограничения по пиковой пропускной способности стали тормозить рост производительности компьютерной системы. В частности, появление жестких дисков спецификации ATА-100, сетевых карт Gigabyte Ethernet, адаптеров SCSI спецификации Ultra 160, требовало увеличения пропускной способности шины PCI в несколько раз. Попытки усовершенствовать шину вылились в принятие спецификации PCI-X.

64-разрядные слоты интерфейса спецификации PCI-X (поддерживающего тактовую частоту до 133 МГц и передачу данных по протоколам DDR и QDR) пока встречаются только на высокопроизводительных серверах и рабочих станциях, так как увеличение ширины шины и ее рабочих частот привело к значительному удорожанию системной платы. Вместе с тем сам принцип параллельной разделяемой шины себя уже изжил.

Таким образом, срок жизни шины PCI на платформе PC постепенно истекает. Ничего необычного в этом нет - похожая история произошла с шиной ISA, которую уже не встретишь на современных системных платах. Очевидно, что переход на новую локальную шину будет происходить постепенно и сравнительно безболезненно для обычного пользователя. В настоящее время основными претендентами являются интерфейс PCI Express (3GIO), разработанный корпорацией Intel, и шина HyperTransport, предлагаемая фирмой AMD. Причем HyperTransport уже поддерживается многими наборами системной логики.