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.

Прерывания в 16-разрядной шине ISA и шинах EISA и МСА

Подробности

Родительская категория: Системные платы

Категория: Системные ресурсы

В компьютере AT с процессором 286 количество линий внешних аппаратных прерываний увеличилось. Оно удвоилось благодаря использованию двух контроллеров прерываний, причем прерывания, генерируемые вторым контроллером, подаются на неиспользуемый вход IRQ 2 первого. Фактически существует 15 линий IRQ, так как прерывание IRQ 2 становится недоступным.

Поскольку все прерывания со второго контроллера передаются на первый через один вход IRQ 2, в иерархии приоритетов они размещаются между IRQ 1 и IRQ 3. Так, прерывание IRQ 15 получает больший приоритет, чем прерывание IRQ 3. На рисунке схематически показано подключение двух микросхем 8259, которые образуют каскад из двух контроллеров прерываний.

Для того чтобы не возникало проблем при генерации фактически несуществующего IRQ 2, конструкторы выделили дополнительное прерывание IRQ 9 для заполнения образовавшейся бреши. Это означает, что любая добавленная в компьютер плата, для которой характерно использование прерывания IRQ 2, на самом деле будет использовать IRQ 9. Это следует учитывать, чтобы случайно не назначить прерывание IRQ 9 другому устройству.

В таблице описаны стандартные функции прерываний 16-разрядной шины и 32-разрядных шин PCI/AGP; при этом приоритет прерываний указан от высшего к низшему. Подобная схема распределения прерываний использована также в шинах EISA и MCA.

Отметим, что линии прерываний 0, 1, 2, 8 и 13 не выведены на разъемы шины и не используются платами адаптеров. Линии прерываний 8, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 подключены ко второму контроллеру. Они могут использоваться только адаптерами с 16-разрядным разъемом, поскольку подведены к контактам в “расширенных” частях слотов. Линия IRQ 9 подключена к разъему 8-разрядного слота вместо IRQ 2 и доступна 8-разрядным платам, которые используют ее как линию IRQ 2.

Примечание!

Несмотря на то что в 16-разрядной шине ISA вдвое больше линий прерываний, чем в 8-разрядной, их все же может не хватить, так как новые прерывания могут использоваться только 16-разрядными адаптерами.

От дополнительной линии IRQ в компьютере с 16-разрядной шиной ISA мало толку, если платы адаптеров нельзя переключить на одну из свободных линий. Некоторые устройства жестко закреплены за конкретной линией IRQ. Если в компьютере уже установлена плата, которая использует данную линию, необходимо устранить этот конфликт перед установкой второго адаптера. Если ни один из них нельзя переключить на другую линию IRQ, скорее всего, вам не удастся их использовать в одной системе.

LPX

Подробности

Родительская категория: Системные платы

Категория: Формфакторы системных плат

Платы LPX и Mini-LPX были разработаны компанией Western Digital в 1987 году для своих компьютеров. В названии “LPX” сокращение LP расшифровывается как “низкий профиль” (Low Profile). Поскольку разъемы располагались таким образом, что все платы расширения оказывались параллельными системной плате, стал возможным выпуск низкопрофильных корпусов, размеры которых меньше, чем у систем класса Baby-AT.

Хотя материнские платы для ПК уже не выпускаются компанией Western Digital, их конструкции используют некоторые другие производители. К сожалению, полные спецификации так никогда и не были опубликованы; особенно это касается положения разъемов для установки выносных плат. В результате системные платы от разных производителей оказались невзаимозаменяемыми. Некоторые поставщики, например IBM и HP, предлагали системы LPX, в которых использовались T-образные выносные платы, что позволяло расположить платы расширения перпендикулярно системной плате, но все же на определенном расстоянии от нее. Отсутствие стандартизации означает, что, если в вашей системе установлена плата LPX, в подавляющем большинстве случаев вам не удастся заменить ее системной платой LPX от другого производителя. В результате приходится иметь дело с системой, дальнейшая модернизация и ремонт которой практически невозможны. Поэтому я не рекомендую приобретать системы LPX.

Подобная “закрытая” архитектура систем данного стандарта в то время мало кого интересовала, и эти платы были весьма популярны с конца 1980-х до середины 1990-х годов. Это были преимущественно системы производства Compaq и Packard Bell, а также некоторых других компаний, которые использовали системные платы LPX в своих системах начального уровня. Системные платы LPX наиболее часто использовались в низкопрофильных корпусах, хотя встречались и в корпусах типа tower. Как уже отмечалось, чаще всего это были недорогие системы, продаваемые в супермаркетах электроники. Сегодня формфактор LPX считает-ся устаревшим.

Платы LPX (смотри рисунок ниже) существенно отличаются от остальных. Например, разъемы расширения в них смонтированы на отдельной выносной плате, которая вставляется в системную плату. Платы расширения вставляются в выносную плату, и их плоскости оказываются параллельными системной плате, что позволяет уменьшить высоту корпуса компьютера. Разъемы расширения в зависимости от конструкции могут располагаться как на одной, так и на обеих сторонах выносной платы. Производители, использовавшие корпуса типа tower, иногда применяли Т-образные выносные платы, что позволяло располагать разъемы расширения перпендикулярно материнской плате, однако в несколько приподнятом над ней положении.

Еще одно отличие плат LPX заключается в характерном размещении разъемов на задней панели — в один ряд. Имеются в виду разъемы для монитора VGA (15 контактов), параллельного порта (25 контактов), двух последовательных портов (по 9 контактов) и разъемы mini-DIN для клавиатуры и мыши стандарта PS/2. Все эти разъемы смонтированы на самой плате и после установки оказываются расположенными напротив соответствующих отверстий в корпусе. На некоторых системных платах LPX устанавливаются дополнительные встроенные разъемы, например для сетевого или SCSI-адаптера. Поскольку системы LPX оснащались системными платами с высокой степенью интеграции, многие производители системных плат, корпусов и систем LPX часто называли свои решения “все в одном”.

Размеры плат LPX и Mini-LPX показаны на рисунке ниже.

Меня часто спрашивают, как распознать наличие в системе платы LPX. Для этого не нужно даже разбирать корпус. Системные платы LPX отличаются тем, что слоты шины в них вынесены на отдельную плату, подключаемую к системной, как и в случае плат формфактора NLX. Поэтому все ее разъемы параллельны системной плате. Это легко определить, взглянув на заднюю сторону корпуса. Если все разъемы параллельны системной плате, значит, используется выносная плата. Это верный признак LPX. Кроме того, в LPX все разъемы расположены снизу и выстроены в одну линию. Все системные платы LPX, независимо от формы, размеров и размещения выносных плат, предполагают размещение всех внешних портов у заднего края платы (см. рисунок ниже). В то же время, согласно стандарту Baby-AT, используются разъемы для последовательного и параллельного портов, порта PS/2, а также портов USB. При этом на системных платах ATX и BTX все внешние порты группируются слева от разъемов расширения.

Как уже отмечалось, выносная плата используется также в платах NLX. Но в LPX она помещена посередине системной платы, а в NLX — сбоку, причем она фактически подключена к системной плате.

На рисунке ниже представлены два типичных примера разъемов на системных платах LPX. Учтите, что не все платы LPX оснащены встроенной звуковой подсистемой, поэтому соответст вующие разъемы могут отсутствовать. Кроме того, могут отсутствовать порты USB (или другие порты), хотя общая схема размещения портов сохраняется. Разъемы вдоль заднего края плат могут “конфликтовать” с разъемами шин. Именно поэтому и используются выносные платы. Наличие встроенных разъемов — несомненное преимущество LPX, и, к сожалению, его лишены платы Baby-AT. Однако платы LPX не стандартизированы и не в полной мере взаимозаменяемы, так что выбор платы с формфактором LPX нельзя назвать удачным. Новые формфакторы материнских плат, такие как ATX, microATX и NLX, имеют встроенные разъемы, а также следуют некоторому стандарту. Конструкция LPX с выносной платой позволяла конструкторам систем создавать малогабаритные компьютеры, и это направление продолжил новый формфактор NLX. Этот формфактор, собственно, и создавался как современная замена LPX.

Архитектура графической системы Intel Integrated Graphics

Подробности

Родительская категория: Системные платы

Категория: Наборы микросхем системной логики

Производство наборов микросхем системной логики для материнских плат компания Intel начала в апреле 1999 года, выпустив набор 810. Интеграция поддержки графики в набор микросхем позволяет отказаться от обособленной видеопамяти и специальной микросхемы; при этом для графической системы выделяется часть обычной памяти, установленной в компьютере. Многие наборы микросхем с интегрированным видеоадаптером поддерживают также разъемы AGP и/или PCI Express для возможности модернизации. В эти разъемы можно вставить более производительную видеокарту.

В таблице ниже представлены технологии графики, интегрированные в наборы микросхем от Intel (от 810 до G35).

Наборы микросхем семейства 845 (серия 845G) включают в себя новую графическую систему Intel Extreme Graphics, обеспечивающую улучшенное быстродействие в трехмерных приложениях и поддерживающую представленные ниже технологии, необходимые для улучшения качества и повышения скорости визуализации трехмерных объектов.

• Ядро быстрой визуализации пикселей/текселей. Конвейерная обработка и многоуровневое кэширование операций с двух- и трехмерными объектами, 8-кратное сжатие данных для оптимизации пропускной способности памяти.
• Зональная визуализация. Уменьшение нагрузки на канал памяти путем разбиения кадрового буфера на треугольные области, сортировки треугольников на отдельные зоны и последовательной передачи каждой зоны памяти видеосистемы.
• Технология динамической видеопамяти. Совместное использование оперативной памяти видеосистемой, приложениями и операционной системой. Зависит от объема памяти, используемого запущенными программами.
• Интеллектуальное управление памятью. Улучшенная адресация памяти и повышение ее производительности, а также контроль экранного буфера.

Архитектура Extreme Graphics (EG) повышает эффективность процедур трехмерной визуализации по сравнению с более ранними интегрированными видеосистемами Intel (в частности, видеосистемы в наборах микросхем 810/815 вообще не поддерживали функции обработки трехмерных приложений). Тем не менее быстродействие EG уступало быстродействию и набору функций видеоадаптеров среднего уровня (таких, как GFORCE 2 MX 200 от NVIDIA).

Так продолжалось до тех пор, пока Intel не переименовала свою технологию в Graphics Media Accelerator (GMA) и не ввела в ней поддержку основных функций работы с трехмерными объектами, которые в DirectX 9 стали стандартом. В GMA 900 отсутствовала аппаратная поддержка вершинного шейдера — важной функции, используемой в играх. Это графическое ядро является компонентом семейства наборов микросхем 915.

Следующей версией интегрированного ядра является Intel Graphics Media Accelerator 950 — ускоренная версия Graphics Media Accelerator 900, реализованная в семействе наборов 945 от компании Intel. Ядро GMA 950 работает с частотой 400 МГц, что несколько больше по сравнению с 333 МГц у GMA 900; при этом поддерживаются плоские широкоформатные панели 16:9, компенсация движения при воспроизведении DVD, воспроизведение HDTV (720p и 1080i), цифровое телевидение; кроме того, реализована программная поддержка вершинных шейдеров. GMA 950 и более новые версии подерживают интерфейс Vista Aero системы Windows Vista. Каждая из версий GMA, от 3000 до X3500, добавляла новые возможности, такие как улучшенное аппаратное декодирование видео и воспроизведение высокоточного видео (компания Intel назвала это технологией Clear Video), а также поддержку DirectX 10 и OPenGL 1.5 и 2.0.

Не обременяя себя функциями дискретной графики, реализованными в процессорах высококлассных видеоадаптеров, интегрированное видео может обеспечить удовлетворительную производительность графических приложений, не требуя за это дополнительной платы. Лично я рекомендую использовать материнские платы с интегрированной графикой, но содержащие дополнительные разъемы для вставки отдельного видеоадаптера. В этом случае на начальном этапе вы сможете сэкономить некоторую сумму, а позже добиться более высокой производительности видеорешений, вставив обособленный видеоадаптер.