Локальная шина VESA

Подробности

Родительская категория: Системные платы

Категория: Локальные шины

Эта шина была самой популярной из всех локальных шин со дня ее презентации в августе 1992 года и до 1994 года. Она является продуктом комитета VESA — некоммерческой организации, созданной при участии компании NEC для контроля за развитием и стандартизацией видеосистем и шин. Компания NEC разработала VL-Bus — так в дальнейшем будем называть эту шину, — а затем создала комитет, который должен был внедрить эту разработку в жизнь. В первоначальном варианте слоты локальной шины использовались почти исключительно для установки видеоадаптеров. Основным направлением, на которое делала упор компания NEC при разработке и реализации компьютерной продукции, было повышение качества и эффективности работы компьютерных видеосистем. К 1991 году видеосистемы стали самым узким местом в большинстве компьютерных систем.

По шине VL-Bus можно выполнять 32-разрядный обмен данными между процессором и совместимым видеоадаптером или жестким диском, т.е. ее разрядность соответствует разрядности процессора 486. Максимальная пропускная способность шины VL-Bus составляет 133 Мбайт/с. Другими словами, локальная шина VL-Bus совершила прорыв в ограничении быстродействия периферийных устройств.

К сожалению, концепция VL-Bus просуществовала недолго. На самом деле VL-Bus представляла собой шину процессора 486. Это позволяло использовать очень простые решения, так как не требовалось никаких дополнительных микросхем. Разработчики системных плат могли просто добавлять разъемы VL-Bus к системным платам для процессоров 486 практически без дополнительных затрат. Именно поэтому данными разъемами были оснащены почти все системы на базе процессора 486.

Однако проблемы с временными задержками привели к сложностям в работе адаптеров. Поскольку VL-Bus работает на частоте шины процессора, использование разных процессоров приводило к появлению шин с разной частотой, что значительно усложняло решение задач совместимости. Хотя VL-Bus и можно было адаптировать к другим процессорам, таким как 386 и Pentium, она лучше всего подходила именно для систем на базе процессора 486. Несмотря на свою низкую себестоимость, после появления новой шины, получившей название PCI, шина VL-Bus очень быстро сошла со сцены. Она так и не появилась в системах на базе процессоров Pentium, и дальнейшая разработка устройств для VL-Bus уже давно не ведется. Физически разъем VL-Bus представлял собой дополнение к существующим разъемам. Например, в системах архитектуры ISA разъем VL-Bus считался дополнением к существующим 16-разрядным разъемам ISA. Расширение VESA имело 112 контактов, которые физически были расположены так же, как и в шине MCA.

Шина PCI

Подробности

Родительская категория: Системные платы

Категория: Локальные шины

В начале 1992 года Intel организовала группу разработчиков, перед которой была поставлена та же задача, что и перед группой VESA: разработать новую шину, в которой были бы устранены все недостатки шин ISA и EISA.

В июне 1992 года была выпущена спецификация шины PCI версии 1.0, которая с тех пор претерпела несколько изменений.

Создатели PCI отказались от традиционной концепции, введя еще одну шину между процессором и обычной шиной ввода-вывода. Вместо того чтобы подключить ее непосредственно к шине процессора, весьма чувствительной к подобным вмешательствам (что было характерно для VL-Bus), они разработали новый комплект микросхем контроллеров для расширения шины.

Шина PCI добавляет к традиционной конфигурации шин еще один уровень. При этом обычная шина ввода-вывода не используется, а создается фактически еще одна высокоскоростная системная шина с разрядностью, равной разрядности данных процессора. Компьютеры с шиной PCI появились в середине 1993 года, и вскоре она стала неотъемлемой частью компьютеров высокого класса.

Тактовая частота стандартной шины PCI — 33 МГц, а разрядность соответствует разрядности данных процессора. Для 32-разрядного процессора пропускная способность составляет 132 Мбайт/с:

33,33 МГц × 4 байт (32 бит) = 133 Мбайт/с.

Стандартная шина PCI имеет несколько разновидностей, представленных в табл. 4.76. Большинство современных компьютеров вооружены разъемами PCI-Express x1 и PCI-Express x16. В настоящее время 64-разрядные шины или шины с рабочей частотой 66 и 133 МГц используются только в системных платах серверов или рабочих станций. Одно из основных преимуществ шины PCI заключается в том, что она может функционировать параллельно с шиной процессора (т.е. независимо от нее). Это позволяет процессору обрабатывать данные внешней кэш-памяти одновременно с передачей информации по шине PCI между другими компонентами системы.

Для подключения адаптеров шины PCI используется специальный разъем (см. рисунок ниже). Платы PCI могут быть тех же размеров, что и платы для обычной шины ввода-вывода, однако конфигурация разъемов позволяет отличить их от старых плат с интерфейсами ISA, MCA и EISA.

В спецификации PCI определено три типа системных плат, каждая из которых разработана для определенных моделей компьютеров с различными требованиями к электроснабжению. Существуют 32- и 64-разрядные версии шины PCI. Версия с напряжением 5 В предназначена для стационарных компьютеров (PCI 2.2 или более ранних версий), версия с напряжением 3,3 В — для портативных систем (также поддерживается PCI 2.3), а универсальная версия предназначена для системных плат и внешних адаптеров, подключаемых к любому из перечисленных разъемов. Универсальные шины и 64-разрядные шины PCI с напряжением 5 В преимущественно предназначены для серверных системных плат. Спецификацией PCI-X 2.0 для версий 266/533 обусловлена поддержка напряжений 3,3 и 1,5 В, что соответствует стандарту PCI 2.3 с поддержкой напряжения 3,3 В.

Обратите внимание, что универсальная плата PCI может устанавливаться в разъем, предназначенный для любой платы с фиксированным напряжением питания. Если напряжение, подаваемое на те или иные контакты, может быть разным, то оно обозначается +В I/O. На эти контакты подается опорное напряжение, определяющее уровни выходных логических сигналов.

Другим важным свойством платы PCI является то, что она удовлетворяет спецификации Plug and Play компании Intel. Это означает, что PCI не имеет перемычек и переключателей и может настраиваться с помощью специальной программы настройки. Системы с Plug and Play способны самостоятельно настраивать адаптеры, а в тех компьютерах, в которых отсутствует система Plug and Play, но есть разъемы PCI, настройку адаптеров нужно выполнять вручную с помощью программы настройки BIOS. С конца 1995 года в большинстве компьютеров устанавливается система BIOS, удовлетворяющая спецификации Plug and Play и обеспечивающая автоматическую настройку.

PCI-Express

Подробности

Родительская категория: Системные платы

Категория: Локальные шины

В течение 2001 года специалисты группы компаний, получившей название Arapahoe Work Group (изначально находившейся под управлением Intel), работали над проектом спецификации новой быстродействующей шины, имеющей кодовое название 3GIO (Third-Generation I/O — шина ввода-вывода третьего поколения). В августе 2001 года специальная группа PCI-SIG (PCI Special-Interest Group) приняла решение об использовании, управлении и поддержке спецификации архитектуры 3GIO в качестве шины PCI будущего поколения. Работа над черновой версией 3GIO 1.0 была завершена в апреле 2002 года, после чего была передана в группу PCISIG, где и получила новое название — PCI-Express. В июле того же года была одобрена специ фикация PCI-Express 1.0. Впоследствии эта спецификация обновлялась в апреле 2005 года (версия 1.1) и в январе 2007 года (версия 2.0).

Как следует из первоначального кодового названия (3GIO), новая спецификация шины разрабатывалась в целях расширения и последующей замены существующих шин ISA/AT (первое поколение) и PCI (второе поколение), используемых в персональных компьютерах. Архитектура шины каждого из предыдущих поколений разрабатывалась с учетом 10- или 15-летнего срока службы. Спецификация PCI Express, принятая и одобренная специальной группой PCI-SIG, станет, как предполагается, доминирующей архитектурой шины ПК, созданной для поддержки увеличивающейся пропускной способности компьютера, в течение следующих 10–15 лет.

Основные особенности PCI Express таковы:

• совместимость с существующей шиной PCI и программными драйверами различных устройств;
• физическое соединение, осуществляемое с помощью медных, оптических или других физических носителей и обеспечивающее поддержку будущих схем кодирования;
• максимальная пропускная способность каждого вывода, позволяющая создавать шины малых формфакторов, снижать их себестоимость, упрощать конструкцию плат, а также сокращать количество проблем, связанных с целостностью сигнала;
• встроенная схема синхронизации, позволяющая быстрее изменять частоту (быстродействие) шины, чем при согласованной синхронизации;
• ширина полосы частот (пропускная способность), увеличиваемая при повышении частоты и разрядности (ширины) шины;
• малое время ожидания, наиболее подходящее для приложений, требующих изохронной (зависящей от времени) доставки данных, что происходит, например, при обработке потоковых видеоданных;
• возможность “горячей” коммутации и “горячей” замены (т.е. без выключения электропитания);
• возможности управления режимом питания.

льному интерфейсу. Особенностью архитектуры шин предыдущих поколений является параллельная компоновка, при которой биты данных одновременно передаются по нескольким параллельно расположенным выводам. Чем больше количество одновременно передаваемых битов, тем выше пропускная способность шины. При этом особое значение приобретает синхронизация (согласование по времени) всех параллельных сигналов, которая при использовании более быстрых и протяженных соединений становится довольно сложной. Несмотря на то что шины PCI и AGP позволяют передавать одновременно до 32 бит данных, задержки передачи сигнала и другие факторы приводят к искажению получаемых данных, возникающему из-за разницы во времени между прибытием первого и последнего бита.

Последовательная шина, отличающаяся более простой конструкцией, единовременно передает только 1 бит данных, отправляя сигналы по одному проводу с более высокой, чем у параллельной шины, частотой. При последовательной передаче битов данных синхронизация отдельных битов или длина шины становится гораздо менее значимым фактором. Объединение нескольких последовательных трактов данных позволяет достичь пропускной способности, значительно превышающей возможности традиционных параллельных шин.

Архитектура быстрой последовательной шины PCI-Express обратно совместима с существующими программными драйверами и средствами управления параллельной шины PCI. При использовании PCI-Express данные передаются в полнодуплексном режиме (т.е. одновременно выполняются прием и передача данных) по двум парным проводам, которые называются полосой или трассой. Скорость передачи данных в одном направлении для каждой полосы достигает 250 Мбит/с, причем каждая шина может включать в себя от 1 до 2, 4, 8, 16 или 32 полос. Например, 16-полосная шина, имеющая высокую пропускную способность, позволяет одновременно передавать в каждом направлении 16 бит данных, благодаря чему скорость передачи данных может достигать 4000 Мбайт/с. Версия PCI-Express 2.0 увеличивает скорость передачи данных по одной полосе до 500 Мбайт/с, таким образом составляя для разъема x16 8000 Мбайт/с, что несравненно выше, чем 133 Мбайт/с у шины PCI.

В шине PCI Express используется разработанная IBM схема кодирования “8–10”, предусматривающая автосинхронизацию сигналов для повышения частоты. Частота шины, равная в настоящее время 2,5 ГГц, в будущем может быть увеличена до 10 ГГц, что фактически является пределом для медных соединений. Сочетание потенциального увеличения частоты и возможности одновременного использования до 32 полос позволяет повысить скорость передачи данных шины PCI Express до 32 Гбит/с.

Шина PCI Express предназначена для расширения и последующей замены шин, используемых в настоящее время в компьютерах. Использование этой шины приведет не только к появлению дополнительных разъемов на системной плате, но и к постепенной замене существующих интерфейсов Intel Hub и AMD HyperTransport, применяемых для соединения компонентов микропроцессорного набора. Кроме того, PCI Express с успехом заменит интерфейсы, применяемые для передачи видеоданных (например, AGP), а также будет использоваться в качестве шины расширения (или шины второго уровня) для подключения к другим интерфейсам, таким как Serial ATA, USB 2.0, 1394b (FireWire или iLink), Gigabit Ethernet и т.д.

Шина PCI Express, выполняемая в виде кабеля или платы, может быть использована для создания систем из отдельных “блоков”, содержащих те или иные компоненты. Представьте себе системную плату, процессор и модули оперативной памяти, расположенные в небольшом блоке, который находится под столом пользователя, и второй блок, содержащий видеосистему, дисководы и порты ввода-вывода, который стоит непосредственно на рабочем столе и обеспечивает свободный доступ к указанным компонентам. Это дает возможность разработать целый ряд различных формфакторов без ухудшения рабочих характеристик ПК.

PCI-Express пока не заменила полностью шину PCI и все остальные интерфейсы, и вряд ли это возможно в ближайшем будущем. Разработчики систем продолжают использовать в своих решениях шины PCI, AGP и некоторые другие, причем будут делать это еще не один год. Как и в свое время с комбинацией PCI и ISA/AT-Bus, разные поколения шин будут некоторое время соседствовать друг с другом. Постепенно количество разъемов PCI будет уменьшаться, а количество разъемов PCI-Express — увеличиваться. В конечном итоге основной шиной для подключения устройств окажется PCI-Express, придя на смену шине PCI, которая выполняла данную роль на протяжении довольно длительного времени. В настоящее время системные платы содержат равное количество разъемов PCI и PCI-Express. Хотя потребуется некоторое время на то, чтобы PCI-Express заменила PCI, разъем PCI-Express x16 уже повсеместно вытеснил разъем AGP 8x.

Современные системные платы содержат несколько разъемов PCI, а также разъемы PCI-Express x1 и PCI-Express x16; системные платы для рабочих станций и серверов содержат шины PCI-Express, PCI-X и PCI. Для обеспечения совместимости новых решений PCI-Express с существующей инфраструктурой PCI разработаны спецификации Express Bridge 1.0 и Mini PCI-Express Card.

Ускоренный графический порт (AGP)

Подробности

Родительская категория: Системные платы

Категория: Локальные шины

Для повышения эффективности работы с видео и графикой в середине 1990-х годов Intel разработала новую шину — ускоренный графический порт (Accelerated Graphics Port — AGP). Эта шина похожа на PCI, но содержит ряд дополнений и расширений. И физически, и электрически, и логически она не зависит от PCI. Например, разъем AGP подобен разъему PCI, но имеет контакты для дополнительных сигналов и другую разводку контактов. В отличие от PCI, которая является настоящей шиной с несколькими разъемами, AGP — высокоэффективное соединение, разработанное специально для видеоадаптера, причем в системе для одного видеоадаптера допускается только один разъем AGP. Спецификация AGP 1.0 была впервые выпущена компанией Intel в июле 1996 года. В соответствии с этой спецификацией использовались тактовая частота 66 МГц и режим 1х или 2х с уровнем напряжения 3,3 В. Версия AGP 2.0 была выпущена в мае 1998 года; в ней добавлен режим 4х, а также понижено рабочее напряжение до 1,5 В.

Последней версией спецификации AGP стала версия 3.0 — для шины AGP 8x. В ней определена скорость передачи данных 2133 Мбайт/с, что ровно вдвое больше, чем у AGP 4x. Спецификация AGP 8x была впервые публично анонсирована в ноябре 2000 года. Поддержка AGP 8x в настоящее время реализована в большинстве материнских плат основных производителей. Несмотря на повышенную в два раза по сравнению с AGP 4x пропускную способность, практические отличия между устройствами, совместимыми с 4x и 8x, минимальны. В то же время многие наборы микросхем, поддерживающие трехмерную графику, модернизировали частоту ядер работы с графикой и памяти, а также архитектуру графической подсистемы, чтобы они могли лучше поддерживать более скоростной интерфейс.

Большинство новых видеоадаптеров AGP поддерживают спецификации AGP 4x или 8x, в каждой из которых обусловлено использование напряжения 1,5 В. Многие старые системные платы с интерфейсом AGP 2x поддерживают только платы с напряжением 3,3 В. Установка видеоадаптера с напряжением 1,5 В в слот 3,3 В может привести к физическому повреждению как адаптера, так и самой системной платы. Во избежание подобных ситуаций в спецификации AGP предусмотрены специальные разъемы. Как правило, адаптеры и слоты имеют разъемы, позволяющие устанавливать платы с напряжением 1,5 и 3,3 В в слоты с напряжением 1,5 и 3,3 В соответственно. Тем не менее существуют универсальные слоты, дающие возможность устанавливать видеоадаптеры с различными уровнями напряжения. Расположение разъемов для адаптеров AGP и типы слотов системной платы зависят от того или иного стандарта AGP (см. рисунок ниже).

Как видно из рисунка, видеоадаптеры AGP 4x и 8x (1,5 В) устанавливаются только в слоты AGP с напряжением 1,5 В или в универсальные слоты с напряжением 3,3/1,5 В. Дизайн слотов и разъемов адаптера не позволяет установить адаптер с напряжением 1,5 В в слот 3,3 В. Так что не волнуйтесь, если новый видеоадаптер AGP не подходит для установки в слот старой системной платы, поскольку это послужит исключительно на благо как адаптера, так и самой платы. В подобном случае необходимо заменить видеоадаптер или приобрести системную плату со слотом AGP 4x/8x, поддерживающим напряжение 1,5 В.

Внимание!

В некоторых AGP 4x-совместимых системных платах могут использоваться только платы AGP 4x с рабочим напряжением 1,5 В. Поэтому перед приобретением платы AGP убедитесь в ее совместимости с существующей системной платой. Кроме того, в отдельных AGP 4x-совместимых разъемах используется механизм фиксации платы (рис. 4.79). В старых разъемах AGP 1x/2x существует явно выраженный делитель, отсутствующий в более новом разъеме AGP 4x. В разъем AGP 4x можно вставлять и карты AGP 8x.

Новая спецификация AGP Pro 1.0 была представлена в августе 1998 года; в апреле 1999 года она была пересмотрена в новой редакции AGP Pro 1.1а. В ней определен довольно длинный разъем с дополнительными контактами на каждом конце для подвода напряжения питания к платам AGP, которые потребляют больше 25 Вт (максимальная мощность — 110 Вт). Платы AGP Pro могут использоваться в высококачественных графических рабочих станциях. Разъемы AGP Pro обратно совместимы, т.е. к ним можно подключать стандартные платы AGP. Так как разъем AGP Pro длиннее AGP 1х/2х, существует вероятность неправильной установки платы AGP 1х/2х, что может привести к ее повреждению. Чтобы избежать этого, расширение AGP Pro, расположенное в задней части разъема, иногда закрывается специальной крышкой. Перед установкой платы AGP Pro эту крышку следует удалить.

Стандартные разъемы AGP 1x/2x, AGP 4x и AGP Pro показаны на рисунке.

Шина AGP — быстродействующее соединение, работающее на основной частоте 66 МГц (точнее — 66,66 МГц), которая вдвое выше, чем у PCI. В основном режиме AGP, называемом 1х, выполняется одиночная передача за каждый цикл. Поскольку ширина шины AGP равна 32 бит (4 байт), при 66 млн. тактов в секунду по ней можно передавать данные со скоростью приблизительно 266 Мбайт/с. В первоначальной спецификации AGP также определен режим 2х, при котором в каждом цикле осуществляются две передачи, что соответствует скорости 533 Мбайт/с. В настоящее время практически все современные системные платы поддерживают этот режим. Спецификация AGP 2.0 поддерживает 4-кратный режим передачи данных (т.е. передача осуществляется четыре раза в течение одного такта). При этом пропускная способность достигает 1066 Мбайт/с. Большинство современных плат AGP поддерживают как минимум стандарт 4х. В табл. 4.77 приведены тактовые частоты и скорости передачи данных для различных режимов AGP. Большинство новых видеоадаптеров AGP соответствует стандарту 4x, в то время как новейшие модели от компаний NVIDIA и ATI поддерживают стандарт AGP 8x.

Поскольку шина AGP не зависит от PCI, при использовании видеоадаптера AGP можно освободить шину PCI для выполнения традиционных функций ввода-вывода, например для контроллеров IDE/ATA, SCSI и USB, звуковых плат и пр.

Помимо повышения эффективности работы видеоадаптера, AGP позволяет получать быстрый доступ непосредственно к системной оперативной памяти. Благодаря этому видеоадаптер AGP может использовать оперативную память, что уменьшает потребность в видеопамяти. Однако в последнее время некоторые модели видеоадаптеров AGP стали оснащаться достаточно большим объемом быстродействующей памяти (до 256 Мбайт). Использование собственной памяти оказывается крайне важным при запуске приложений с высокими требованиями, например современных трехмерных игр. Современные видеоадаптеры AGP способны не только запускать игры, но и воспроизводить на ПК полноценное динамичное видео.

Шина AGP 8x (2133 Мбайт/с) в 16 раз быстрее 32-разрядной шины PCI, работающей с частотой 33 МГц (133 Мбайт/с), но в два раза медленнее шины PCI Express x16 (4000 Мбайт/с). Начиная с середины 2004 года производители материнских плат, предназначенных для рынка высокопроизводительных систем на базе процессоров Pentium 4 и Athlon 64, начали заменять разъемы AGP 8x разъемами PCI-Express 16x. В 2006 году большая часть материнских плат всех ценовых категорий уже оснащалась разъемами PCI-Express 16x вместо AGP. Эта тенденция определенно свидетельствует об окончании эры AGP.

Примечание!

Если вы хотите приобрести системную плату с разъемом PCI Express x16, но не хотите менять видеоадаптер AGP, поищите модель системной платы, оснащенную разъемами обоих типов: и AGP 8x, и PCI Express x16. Подобные системные платы выпускаются как для процессоров Pentium 4, так и для процессоров AMD Athlon 64.