Шина pci

PCI (англ. Peripheral component interconnect, дословно — взаимосвязь периферийных компонентов) — шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. Спецификация шины:

• частота шины — 33,33 или 66,66 МГц, передача синхронная;

• разрядность шины — 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);

• пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33 МГц — 133 Мбайт/с;

• адресное пространство памяти — 32 бита (4 байта);

• адресное пространство портов ввода-вывода — 32 бита (4 байта);

• конфигурационное адресное пространство (для одной функции) 256 байт;

• напряжение 3,3 или 5 В.

Модификации PCI:

PCI 2.0

Первая версия базового стандарта, получившая широкое распространение, использовались как карты, так и слоты с сигнальным напряжением только 5 вольт. Пиковая пропускная способность — 133 Мбайт/с.

PCI 2.1 — 3.0

Отличались от версии 2.0 возможностью одновременной работы нескольких шинных задатчиков (англ. bus-master т. н. конкурентный режим), а также появлением универсальных карт расширения, способных работать как в слотах использующих напряжение 5 вольт, так и в слотах использующих 3,3 вольта (с частотой 33 и 66 МГц соответственно). Пиковая пропускная способность для 33 МГц — 133 Мбайт/с, а для 66 МГц — 266 Мбайт/с;

• Версия 2.1 — работа с картами рассчитанными на напряжение 3,3 вольта, наличие соответствующих линий питания являлась опциональной;

• Версия 2.2 — сделанные в соответствии с этими стандартами карты расширения имеют универсальный ключ разъёма по питанию и способны работать во многих более поздних разновидностях слотов шины PCI, а также, в некоторых случаях, и в слотах версии 2.1;

• Версия 2.3 — несовместима с картами PCI рассчитанными на использование 5 вольт, несмотря на продолжающееся использование 32-битных слотов с 5 вольтовым ключом. Карты расширения имеют универсальный разъём, но не способны работать в 5 вольтовых слотах ранних версий (до 2.1 включительно);

• Версия 3.0 — завершает переход на карты PCI 3,3 вольт, карты PCI 5 вольт больше не поддерживаются.

PCI 64

Расширение базового стандарта PCI, появившееся в версии 2.1, удваивающее число линий данных, и, следовательно, пропускную способность. Слот PCI64 является удлинённой версией обычного PCI-слота. Формально совместимость 32-битных карт с 64-битным слотами (при условии наличия общего поддерживаемого сигнального напряжения) полная, а совместимость 64-битной карты с 32-битным слотами является ограниченной (в любом случае произойдёт потеря производительности). Работает на тактовой частоте 33 МГц. Пиковая пропускная способность — 266 Мбайт/с;

• Версия 1 — использует слот PCI 64-бита и напряжение 5 вольт;

• Версия 2 — использует слот PCI 64-бита и напряжение 3,3 вольта;

PCI-X

Развитие версии PCI 64. Для всех вариантов шины существуют следующие ограничения по количеству подключаемых к каждой шине устройств: 66 МГц — 4, 100 МГц — 2, 133 МГц — 1 (или 2, если одно или оба устройства не находятся на платах расширения, а уже интегрированы на одну плату вместе с контроллером), 266, 533 МГц и выше — 1;

• Версия 1.0 — введено две новые рабочие частоты: 100 и 133 МГц, а также механизм раздельных транзакций для улучшения производительности при одновременной работе нескольких устройств. Как правило, обратно совместима со всеми 3,3 В и универсальными PCI-картами. Карты обычно выполняются в 64-битном 3,3 В формате и имеют ограниченную обратную совместимость со слотами PCI64/66, а некоторые — в универсальном формате и способны работать (хотя практической ценности это почти не имеет) в обычном PCI 2.2/2.3. Пиковая пропускная способность — 1024 Мбайт/с;

• Версия 2.0 — введено две новые рабочие частоты: 266 и 533 МГц, а также коррекция ошибок чётности при передаче данных (ECC). Расширяет конфигурационное пространство PCI до 4096 байт и допускает расщепление на 4 независимых 16-битных шины, что применяется исключительно во встраиваемых и промышленных системах, сигнальное напряжение снижено до 1,5 В, но сохранена обратная совместимость разъёмов со всеми картами, использующими сигнальное напряжение 3,3 В. Пиковая пропускная способность — 4096 Мбайт/с;

PCI Express, или PCIe, или PCI-E — компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных. В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда, устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором. Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

• горячая замена карт;

• гарантированная полоса пропускания (QoS);

• управление энергопотреблением;

• контроль целостности передаваемых данных.

Форматы PCI-E

Mini PCI-E

Mini PCI Express — формат шины PCI Express для портативных устройств.

ExpressCard

PCI Express 2.0

Основные нововведения в PCI Express 2.0:

• Увеличенная пропускная способность. Спецификация PCI Express 2.0 определяет максимальную пропускную способность одной линии в 5 Гбит/с, при этом сохранена совместимость с PCI Express 1.x. Внесены усовершенствования в протокол передачи между устройствами и программную модель. Таким образом, плата расширения, поддерживающая стандарт PCIE 1.x может работать, будучи установленной в слот PCIE 2.0. Устройства же с интерфейсом PCI Express 2.0 смогут работать в материнских платах, оснащённых слотом PCI Express x16 поколения PCI Express 1.x, но только на скорости 2,5 Гбит/с. Это вполне закономерно, ведь старый чипсет не может поддерживать удвоенную скорость передачи данных.

• Динамическое управление скоростью (для управления скоростью работы связи).

• Оповещение о пропускной способности (для оповещения ПО об изменениях скорости и ширины шины).

• Расширения структуры возможностей — расширение управляющих регистров для лучшего управления устройствами, слотами и интерконнектом).

• Службы управления доступом — опциональные возможности управления транзакциями точка-точка).

• Управление таймаутом выполнения.

• Сброс на уровне функций — опциональный механизм для сброса функций (англ. PCI funcs) внутри устройства (англ. PCI device).

• Переопределение предела по мощности (для переопределения лимита мощности слота при присоединении устройств, потребляющих бо́льшую мощность).

PCI Express 2.1

По физическим характеристикам (скорость, разъём) соответствует 2.0, в программной части добавлены функции, которые в полной мере планируют внедрить в версии 3.0. Так как большинство системных плат продаются с версией 2.0, наличие только видеокарты с 2.1 не даёт задействовать режим 2.1.

PCI Express 3.0

В ноябре 2010 года были утверждены спецификации версии PCI Express 3.0. Интерфейс обладает скоростью передачи данных 8 GT/s(Гигатранзакций/с). Но, несмотря на это, его реальная пропускная способность всё равно была увеличена вдвое по сравнению со стандартом PCI Express 2.0. Этого удалось достигнуть благодаря более агрессивной схеме кодирования 128b/130b, когда 128 бит данных пересылаемых по шине кодируются 130 битами. PCI Express 2.0 обладает скоростью передачи данных 5 GT/s и схемой кодирования 8b/10b. При этом сохранилась совместимость с предыдущими версиями PCI Express.

PCI Express 4.0

PCI Special Interest Group (PCI SIG) заявила, что PCI Express 4.0 может быть стандартизирован до 2015 года. Он будет иметь пропускную способность 16 GT/с или более, т.е. будет в два раза быстрее PCIe 3.0.

DMA-контроллер

Прямой доступ к памяти (англ. Direct Memory Access, DMA) — режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью (RAM) без участия Центрального Процессора (ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно.

DMA-контроллер может получать доступ к системной шине независимо от центрального процессора. Контроллер содержит несколько регистров, доступных центральному процессору для чтения и записи. Регистры контроллера задают порт (который должен быть использован), направление переноса данных (чтение/запись), единицу переноса (побайтно/пословно), число байтов, которое следует перенести.

ЦП программирует контроллер DMA, устанавливая его регистры. Затем процессор даёт команду устройству (например, диску) прочитать данные во внутренний буфер. DMA-контроллер начинает работу, посылая устройству запрос чтения (при этом устройство даже не знает, пришёл ли запрос от процессора или от контроллера DMA). Адрес памяти уже находится на адресной шине, так что устройство знает, куда следует переслать следующее слово из своего внутреннего буфера. Когда запись закончена, устройство посылает сигнал подтверждения контроллеру DMA. Затем контроллер увеличивает используемый адрес памяти и уменьшает значение своего счётчика байтов. После чего запрос чтения повторяется, пока значение счётчика не станет равно нулю. По завершении цикла копирования устройство инициирует прерывание процессора, означающее завершение переноса данных. Контроллер может быть многоканальным, способным параллельно выполнять несколько операций.

Система APM

Advanced Power Management (APM) — набор функций (API), позволяющий программам управлять параметрами энергопотребления персонального компьютера, совместимого с IBM PC. APM использует многоуровневый подход к управлению устройствами. Программы (а также драйверы) обращаются к операционной системе (драйверу APM). Далее ОС обращается к APM совместимому BIOS, который управляет оборудованием.

Состояния питания системы

• Включён: компьютер включён и ни одно из устройств не находится в энергосберегающем режиме.

• APM включён: компьютер включён и используется управление электропитанием.

• APM Standby: большинство устройств находится в энергосберегающем режиме. Процессор либо в энергосберегающем режиме либо вообще выключен. Состояние системы сохранено и может быть быстро возобновлено движением мыши или нажатием клавиши клавиатуры. Как правило информация сохраняется в память, чем и обусловлена быстрота возобновления в нормальное состояние.

• APM Suspend: большинство устройств выключено, но состояние системы сохранено (на жёсткий диск, например). Возобновление работы занимает больше времени.

• Выключен: компьютер полностью выключен.

Состояния питания устройств

Устройства также могут поддерживать APM. Устройства могут поддерживать APM полностью или частично.

• Устройство включено: устройство полностью функционирует.

• Управляется APM: устройство включено, но некоторые функции отключены или понижена производительность.

• Энергосберегающий режим: устройство не работает но питание поступает, так, что устройство может быстро «проснуться».

• Выключено: устройство выключено, питание не подается.

Как замена APM был разработан ACPI.

Система ACPI

ACPI (англ. Advanced Configuration and Power Interface — усовершенствованный интерфейс конфигурации и управления питанием) — открытый промышленный стандарт, который определяет общий интерфейс для обнаружения аппаратного обеспечения, управления питанием и конфигурации материнской платы и устройств. Задача ACPI — обеспечить взаимодействие между операционной системой, аппаратным обеспечением и BIOS материнской платы. Для управления питанием в ACPI используется специализированный язык (ACPI Machine Language, AML).

Спецификация 2.0 была представлена в сентябре 2000 года. Она распространяется на более широкий спектр компьютеров, включая корпоративные серверы, настольные системы и ноутбуки. Кроме того, в ACPI 2.0 добавлена поддержка 64-разрядных микропроцессоров для серверов, поддержка различных типов памяти, устройств PCI и PCI-X. Последующая версия спецификации ACPI 3.0b была выпущена 10 октября 2006 года. В настоящий момент ведутся работы над версией 4.0 спецификации ACPI.