8.5. Інші інтерфейси комп'ютера

Інтерфейс шини PCI (Peripheral Component Interconnect bus) став широко застосовуватися з появою процесорів Pentium. Шина PCI дає комп'ютеру можливість найбільш швидко спілкуватися із зовнішнім світом, оскільки вона істотно перевершує по швидкодії шину ISA. Запропонована на початку як локальна шина для доповнення до основної магістралі, PCI, проте, володіє всіма достоїнствами універсальної системної магістралі.
Шина PCI має два варіанти: 32-розрядний (в ньому використовується 124-контактний роз'єм) і 64-розрядний (188-контактний роз'єм). При цьому гарантується як пряма, так і зворотна сумісність 32- і 64-розрядних пристроїв. Частіше за все застосовується 32-розрядний варіант PCI.
Тактова частота PCI складає 33 Мгц (проте допускається і частота 66 Мгц). Максимальна теоретично можлива швидкість обміну при тактовій частоті 33 Мгц досягає 132 або 264 Мбайт/с для 32 і 64 розрядів даних, відповідно, що в 20 разів перевищує пропускну спроможність ISA. Передбачена можливість включення плати з напругою живлення як 5 В, так і 3,3 В (в роздільні роз'єми). На магістралі передбачений арбітраж, тобто можливість почергового захоплення шини декількома задатчиками, з вирішенням конфліктів між ними. Передбачений високошвидкісний обмін по магістралі без участі процесора. Можлива автоконфігурація, тобто автоматичний розподіл ресурсів між включеною платою (за принципом PnP). Кожний з пристроїв шини може захопити її і провести необхідний обмін.
Шина PCI є відкритим непатентованим стандартом, який підтримують всі основні виробники персональних комп'ютерів і периферійних контролерів. Зараз вона розглядається як основа для таких поширених комп'ютерних платформ, як DOS/Windows, Macintosh і UNIX. Провідні виробники мікросхем вже випускають спеціальні комплекти мікросхем для її підтримки. Незалежність від типу процесора обіцяє шині PCI велике майбутнє. Зараз вона займає друге місце по популярності після ISA.
Великим недоліком шини PCI в порівнянні з ISA є обмежена кількість пристроїв на шині (не більше чотирьох), для більшої кількості пристроїв необхідне вживання мостів PCI-PCI. Оскільки в комп'ютері одним з PCI-пристроїв є контролер шини (тобто центральний процесор), для підключення карт розширення залишається всього три роз'єми (слота). Один з PCI-слотів, як правило, використовується для підключення контролера дисплея, іншій в основному застосовується для включення контролера локальної мережі. Тому, не дивлячись на потенційно великі можливості PCI, в комп'ютері для додаткових карт розширення залишається всього один слот. До того ж треба врахувати, що розробка і відладка PCI-пристроїв набагато складніше, ніж ISA-пристроїв, а більша швидкодія PCI в порівнянні з ISA потрібна далеко не для всіх задач.
Шина PCI відноситься до мультиплексованих шин, вона має повністю мультиплексовану шину адреси/даних. При цьому адреса може бути 32 розрядною або 64-розрядною (вона передається по 32-розрядній шині за два такти, спочатку молодші розряди, потім старші) Так само і дані можуть передаватися як 32-розрядні, так і 64-розрядні (за два такти при 32-розрядній шині). В 64-розрядній версії PCI шина адреса/данных має 64 розряди.
Основний режим обміну по шині - синхронний, тактований позитивними фронтами тактового сигналу шини, але можливий і асинхронний обмін (як і у разі ISA). В цикл обміну (або транзакцію) входить фаза адреси (на початку) тривалістю один такт і фаза даних тривалістю в один або декілька тактів.
Основні сигнали шини PCI наступні:
AD0...AD31 - шина адреси/даних. Адреса передається на початку циклу, потім - дані;
-C/BE0...-C/BE3 (Command/Byte Enable) - чотири лінії, які у фазі адреси визначають один з 16 можливих типів циклу передачі даних (табл. 8.9), а у фазі даних визначають дійсність байтів даних;
-FRAME - строб адреси, активний під час передачі даних;
-IRDY (Initiator Ready) - готовність задатчика (ініціатора обміну) до обміну даними;
-TRDY (Target Ready) - готовність виконавця (цільового пристрою) до обміну даними;
-DEVSEL (Device Select) - підтвердження одержання адреси від виконавця;
-STOP - запит на зупинку поточного циклу від виконавця до задатчика;
-RST - скидання всіх пристроїв;
CLK - тактовий сигнал шини;
PAR - біт парності для ліній AD0.AD31 і C/BE0. C/BE3;
-PERR - сигнал помилки парності;
-REQ0...-REQ3 - запит від PCI-пристроїв на захоплення шини;
-GNT0...-GNT3 - надання шини PCI-пристроям;
-REQ64 - запит на 64-бітовий обмін;
-ASK64 - підтвердження 64-розрядного обміну;
-INTRA, -INTRB, -INTRC, -INTRD - лінії запитів переривань;
IDSEL - вибір пристрою-виконавця в циклах запису і читання конфігурації.

Таблиця 8.9. Типи циклів обміну PCI.                                                       

                  
Операція конфігурування (цикли запису і читання конфігурації) служить для автоматичного розподілу ресурсів комп'ютера при включенні живлення. В цих циклах для вибору (адресації) пристрою-виконавця, що конфігурується, застосовується спеціальний сигнал IDSEL, передаваний у фазі адреси. Кожному PCI-пристрою відповідає 256-байтна область конфігурації, де знаходиться інформація як про сам пристрій, так і про виділені йому ресурси. Область конфігурації не відноситься ні до адресного простору пам'яті, ні до адресного простору пристроїв вводу/виводу. Комп'ютер розподіляє ресурси між пристроями відповідно до їх особливостей, потреб і обмежень.
При синхронному обміні (мал. 8.11) на початку циклу (адресна фаза) по шині AD передається код адреси, а по лініях C/BE - код типу циклу (команда). Дійсність адреси визначається сигналом -FRAME (по позитивному фронту CLK після початку сигналу -FRAME). Після пізнання адреси виконавець виставляє сигнал підтвердження вибірки -DEVSEL, після чого починається фаза даних. Тобто можна сказати, що адреса передається асихронно. У фазі даних по шині даних передаються слова даних, тактовані позитивними фронтами сигналу CLK. Сигнали готовності -IRDY і -TRDY виставляються на початку фази даних і залишаються активними до закінчення циклу. По лініях -C/BE у фазі даних передаються сигнали дозволу байтів (тобто визначається формат передаваних даних). Перед останнім тактом передачі даних задатчик знімає сигнал -FRAME, після чого знімаються сигнали -IRDY, -TRDY і -DEVSEL.

Мал. 8.11. Синхронний обмін по шині PCI.

При асинхронному обміні по шині PCI (мал. 8.12) фаза адреси здійснюється як у попередньому випадку, а у фазі даних як задатчик, так і виконавець можуть припиняти обмін зняттям своїх сигналів готовності (відповідно, -IRDY і -TRDY). Цикл обміну (транзакція) при цьому подовжується за рахунок введення додаткових тактів очікування. Сигнали -FRAME і -DEVSEL виробляються аналогічно випадку синхронного обміну.

Мал. 8.12. Асинхронний обмін по шині PCI.

І на закінчення декілька слів ще про два зовнішні інтерфейси комп'ютера.
Стандарт інтерфейсу PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) або PC-card був запропонований в 1990 році для портативних комп'ютерів (notebook) і використовується для підключення до них різних зовнішніх пристроїв: модулів пам'яті (у тому числі флеш-пам'яті), модемів і факс-модемів, мережних контролерів, додаткових накопичувачів і т.д. PC-card-адаптери відрізняються дуже малими габаритами (як звичайна кредитну картку) і досить високою, в порівнянні з іншими аналогічними пристроями, вартістю. Зараз вже випускаються PC-card-адаптери для звичайних (настільних) комп'ютерів. Якщо перша версія PС-card була призначена тільки для модулів пам'яті, то друга (1991 рік) дозволяла включати пристрої вводу/виводу і підтримувала дві напруги живлення (5 В і 3,3 В). Останні розробки підтримують режим PnP.
Для підключення PCMCIA-карт використовується 68-контактний роз'єм. Розрядність передаваних даних - 16, кількість розрядів адреси - 26, що дозволяє адресувати до 64 Мбайт пам'яті. Тактова частота шини - до 33 Мгц. Стандарт визначає три різні довжини контактів роз'єму для забезпечення правильної послідовності подачі напруги живлення при підключенні і відключенні карти під час роботи комп'ютера. Комп'ютер має звичайно 2-3 слоти (роз'єму) для PC-card. Стандарт передбачає автоматичний розподіл ресурсів комп'ютера для пристроїв PC-card (режим PnP).
Послідовний інтерфейс USB (Universal Serial Bus) спеціально розроблявся для простого підключення периферійних пристроїв. Шина USB є 4-дротяною лінією зв'язку з пропускною спроможністю 1,5 Мбайт/с (12 Мбіт/с). До неї можна підключати до 127 пристроїв по деревовидній схемі з використанням одного або декількох розподільних пристроїв. Довжина сполучного кабелю між окремими пристроями USB може досягати 5 метрів. В шині USB реалізована підтримка режиму PnP і можливість «гарячого» підключення (без виключення живлення). В даному стандарті вже випускаються модеми, клавіатури, миші, сканери, цифрові фотокамери і т.д. Важливо, що в шині передбачена подача на пристрої живлячої напруги.

попередня тема наступна тема