Интерфейс pc Card (рсmсia)

Интерфейс PC Card является универсальным для внешних устройств, подключаемых к компьютеру (как правило - портативному). Через шину PC Card подсоединяют модемы, модули памяти, контроллеры различного типа, сетевые карты и прочие компоненты. Сразу заметим, что существуют проблемы с совместимостью устройств PC Card от различных производителей, так как имеются различные толкования спецификации.

Основные характеристики интерфейса PC Card выглядят по современным меркам не слишком внушительно:

• ширина шины 16 бит;

• адресуемое пространство 64 Мбайт;

• тактовая частота 33 МГц;

• поддержка режима прямого доступа к памяти (DMA);

• поддержка программного конфигурирования устройств на шине (Bus Mastering);

• поддержка до 4080 слотов;

• «горячее» подключение устройств.

Однако для компактных переносных компьютеров устройства PC Card просто незаменимы. Сейчас разъемы PC Card все чаще встречаются на обычных (настольных) компьютерах. Появился целый класс бытовых устройств, ориентированных на интерфейс PC Card: электронные платежные средства, цифровые фотокамеры, СВЧ-печи и пр. В настоящее время известно четыре более-менее стандартизированных типа устройств PC Card. Все они совместимы по электрическим и логическим параметрам и отличаются только размерами. При этом сохраняется преемственность «снизу вверх». То есть меньшие адаптеры можно устанавливать в гнезда большего размера. Устройство PC Card тип 1 имеет размеры 54x85x3,5 мм, PC Card тип 2 - 48x75x5 мм, PC Card тип 3 - 48x75x10,5 мм. Допустимая толщина жестких дисков формата PC Card тип 3 составляет 13 мм. Для устройств памяти различного типа введен формат Miniature Card с размером устройств 33x38x3,5 мм. Компоненты с интерфейсом PC Card оснащены разъемами с 68-ю контактами, два из которых (Card Detect - обнаружения карты) короче остальных. Устройства Miniature Card имеют 60-контактный разъем, но могут устанавливаться в слот PC Card тип 2 через переходник. Шина Card Bus является 32-разрядной, так как в ней происходит мультиплексирование шин адреса и данных стандартных 16-разрядных устройств PC Card. К универсальным считывателям подключают карточки всех форматов.

II. Внутренние интерфейсы компьютера Интерфейс pci

PCI (Peripheral Component Interconnect) - соединение внешних компонентов. «Зачатие» 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).

Конструктивно разъем 32-битной шины PCI (84 контакта) состоит из двух следующих подряд секций. Внутри второй секции имеется поперечная перегородка (ключ) для предотвращения неправильной установки карт. Разъемы и карты к ним поддерживают уровни сигналов либо 5В, либо 3,3В, либо оба уровня (универсальные). В первых двух случаях карты должны соответствовать уровню сигнала разъема, универсальные карты ставятся в любой разъем.

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.

Содержание блока устройства зависит от его конкретного типа. В зависимости от метода выбранного изготовителем, конфигурация устройства производится либо через BIOS (если в нем присутствует эта функция), либо программно через драйвер. Поле CardBus CIS Pointer используется для идентификации устройств с интерфейсом PCMCIA. Поле Capability Pointer определяет совместимость с ACPI.

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 (150 контактов в разъеме!) и ее рабочих частот привело к значительному (в несколько раз!) удорожанию системной платы. Вместе с тем сам принцип параллельной разделяемой шины себя уже изжил.

В настоящее время производителями системной логики принято компромиссное решение: для соединения мостов (хабов) чипсета используются специализированные шины (Intel Hub Architecture, V-Link, Hyper Transport, MuTIOL) , для карт расширения - шина PCI, которая будет существовать до принятия нового интерфейса.

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. Какая именно шина станет новым стандартом, пока неясно. 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 (Nvidia nForce, AMD 8000, SiS 765).

Пока при конфигурировании современной компьютерной системы приходится учитывать имеющиеся ограничения PCI. Например, производительность дисковых подсистем RAID с контроллерами на картах расширения РСI спецификаций Ultra320 SCSI и ATA-100 будет практически одинакова (при существенной разнице в цене).