Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Шина PCI

В конце 1980-х годов распространение 32-разрядных центральных процессоров и операционных систем с графическим интерфейсом привело к тому, что шина ISA (8,33 МГц) перестала справляться со своими обязанностями. Для увеличения производительности компьютеров требовалось создание шины с новой архитектурой. Были разработаны две шины: VLB и PCI. Хотя шина VLB была довольно простой, она обладала несколькими недостатками. Пожалуй, самым главным из них является ее зависимость от быстродействия процессора. Другая проблема состояла в том, что стандарт VLB не был общепризнанным,



Рис. 8.3

Системная плата Gigabyte GA-7VRXP не содержит ни одного разъема шины ISA


и не все производители полностью следовали спецификации VESA. В середине 1992 года компания Intel и консорциум производителей компьютерной техники ввели шину PCI (Peripheral Component Interconnect — соединение периферийных компонент). Если шина VLB была предназначена специально для повышения производительности видеосистемы персонального компьютера, то 188-контактная шина PCI была ориентирована на будущие поколения процессоров и персональных компьютеров в целом, обеспечивая архитектуру шины, которая поддерживала любые периферийные устройства, например контроллеры накопителя на жестком диске, сетевые адаптеры и т.п. В этом разделе главы приводится описание контактов шины PCI и ее функционирования.

Характеристики шины PCI

Шина PCI работает на фиксированной частоте в 33 МГц и имеет архитектуру, которая способна передавать данные на скорости 133 Мбайт/с — значительно выше по сравнению с 5 Мбайт/с стандартной шины ISA. Другой отличительной особенностью шины PCI является автоматическое распределение системных ресурсов среди подключенных периферийных устройств. Автоматическая настройка (главная функция технологии РпР) берет на себя заботу об адресах портов ввода-вывода, запросах на прерывание и каналах DMA, которые используются периферийными устройствами. Спецификация шины PCI версии 2.1 предусматривает расширяемость до 64 разрядов и повышение рабочей частоты до 66 МГц, что учетверяет полосу пропускания шины по сравнению с текущей версией. На практике 64-разрядная шина PCI еще не используется в персональных компьютерах, хотя она уже существует во многих серверных платформах (но из соображений совместимости ее частота в большинстве систем ограничена 33 МГц). Современная шина PCI имеет следующие возможности:

■     Пакетный режим передачи данных как основной режим работы (как по чтению данных, так и по записи).

■     Линейное упорядочивание пакетов.

■     Поддержка параллельной обработки данных (предотвращение взаимных блокировок, буферизация).

■     Гарантирование малых временных задержек для устройств, работающих в реальном времени.

■     Арбитраж шины осуществляется по запросам, а не временным квантам.

■     Параллельная работа нескольких устройств (плат) на частоте 33 МГц.

■     Обнаружение ошибок и предупреждение о них.

■     Поддержка нескольких арбитров шины и одноранговых соединений.

■     32-разрядная мультиплексированная обработка данных независимо от процессора.

■     Синхронные операции на скорости 133 Мбайт/с.

■     Последовательная пакетная передача (чтение/запись) данных.

■     Контроль четности сигналов адреса, данных и управления.

■     Поддержка параллельной и конвейерной обработки данных.

■     Поддержка автоматической настройки устройств.

■     Обеспечение разрешения конфликтов (арбитраж).

■     Возможность использования 64-разрядного формата данных с обеспечением обратной совместимости с 32-разрядным форматом.

■     Использование уровней сигналов ТТЛ.

■     Может работать от питания как 5 В, так и 3,3 В.

Шина PCI поддерживает последовательную передачу пакетов — метод передачи данных, обеспечивающий постоянную загрузку шины данными. Обычно периферийные устройства осуществляют обмен данными, расположенными в памяти по последовательным адресам. При этом адрес данных выдается на шину только один раз, а затем производится последовательная передача данных с автоматическим увеличением адреса. Метод последовательной передачи пакетов является уникальной особенностью шины PCI, поскольку он выполняет как пакетное чтение, так и пакетную запись данных. Проще говоря, данные на шине передаются в каждом такте ее работы. Это удваивает пропускную способность шины PCI по сравнению с шинами без подобного режима работы.

Устройства, предназначенные для работы с шиной PCI, имеют малую задержку доступа (access latency), что сокращает время ожидания доступа к шине устройством, запросившим этот доступ. Например, плата контроллера Ethernet, подключенная к локальной сети, принимает из сети поступающие данные. Не имея возможность быстро передать эти данные системе, контроллер вынужден хранить их в локальном буфере. При этом размер локального буфера должен бытьдостаточендля избежания его переполнения. Устройства, подключенные к шине PCI, имеют быстрый доступ к ней, и плата Ethernet можетпосылать данные системе практически напрямую.

Шина PCI поддерживает захват шины (bus mastering), что позволяет осуществлять управление шиной одному из периферийных устройств для ускоренного выполнения высокоприоритетной задачи, требующей передачи большого объема данных. Архитектура шины PCI поддерживает также параллельную обработку данных — метод, позволяющий процессору работать одновременно с платами расширения, а не ждать пока они завершат работу. Например, процессор может производить вычисления с плавающей запятой в электронной таблице, в то время как плата Ethernet управляет шиной для приема данных из локальной сети. Наконец, шина PCI может использовать два напряжения питания. Обычно она работает, как и другие шины, от напряжения +5 В, но может работать и в режиме пониженного напряжения от +3,3 В.

Разъемы шины PCI

На рис. 8.4 приведена схема разъемов шины PCI. Разъем состоит из двух сегментов. Разъем с питанием +3,3 В имеет ключ в позиции контактов 12/13, предотвращающий случайную установку платы расширения с питанием +5 В в разъем шины, предназначенный для платы расширения с питанием +3,3 В. Аналогично разъем, предназначенный для плат расширения с питанием +5 В, имеет ключ в позиции контактов 50/51 для предотвращения случайной установки в него платы с питанием +3,3 В. Назначение контактов шины PCI описано в таблице 8.3.

Как будет сказано в гл. 10, различные устройства не могут использовать одни и те же системные ресурсы. В противном случае возникает аппаратный конфликт. Шина PCI является исключением из этого правила, поскольку она обеспечивает способ совместного использования запросов на прерывание (IRQ steering), который позволяет динамически назначать и перераспределять запросы на прерывание по мере возникновения необходимости в них. Для обеспечения совместного использования IRQ шина PCI использует свою внутреннюю систему прерываний с запросами от плат расширения этой шины.

PCI-прерывания часто обозначаются как #А, #В, #С и #D (или #1, #2, #3 и #4), чтобы их не путать с обычными системными прерываниями (например, IRQ7). PCI-прерывания в общем случае не доступны для пользователя, но они доступны через программу CMOS Setup, с помощью которой их можно настроить для управления платами расширения шины PCI. Если для работы плат расширения шины PCI требуются прерывания, то PCI-прерывания отображаются на старшие системные прерывания (IRQ). Если в системе имеется более 4-х разъемов расширения шины PCI, или имеются 4 разъема и контроллер USB (использующий шину PCI), два или более устройств шины PCI могут использовать один и тот же запрос на прерывание (IRQ).

А1                                                                А49 А52      А62   А63                                А94



Рис. 8.4

Схемы разъемов шины PCI

Сигналы шины PCI

Тактовая частота работы для шины PCI обычно формируется на основе частоты системной шины FSB (Front Side Bus). В асинхронной конфигурации тактовая частота шины PCI не связана с частотой шины FSB, хотя такое встречается только в последних моделях системных плат. В синхронной конфигурации (используемой в большинстве персональных компьютерах) частота шины PCI (33 МГц) формируется на основе частоты шины FSB. Например, если частота шины FSB равна 66 МГц, то делитель (обычно управляемый специальным параметром в программе CMOS Setup или перемычкой на системной плате) делит частоту шины FSB пополам, чтобы получить значение 33 МГц. При этом значение делителя равно 1/2. Последние модели системных плат, использующие быстрые шины FSB, имеют дополнительные значения делителя (1/3 для шины FSB 100 МГц и т.д.). При использовании синхронной тактовой частоты шины PCI могут возникнуть проблемы

в случае разгона системы, поскольку разгон шины FSB вызовет разгон устройств расширения шины PCI, что часто приводит к нестабильной работе системы.

С целью уменьшения количества выводов в разъеме шины PCI линии данных и линии адреса объединены (сигналы AD0-AD63). Интересно также отметить, что шина PCI стала первой стандартной шиной, которая может работать на пониженном напряжении питания (+3,3 В). Ключи в. разъемах шины с различными уровнями питания (+5 В и +3,3 В) располагаются в разных местах, поэтому эти разъемы не являются взаимозаменяемыми. Сигнал CLOCK обеспечивает синхронизацию только шины PCI, и его частота может изменяться от 0 Гц (постоянный ток) до 33 МГц. Сигнал -RST (Reset — сброс) переводит все устройства шины PCI в исходное состояние. Поскольку для передачи 64-разрядных данных используются 8 байт, сигналы С/-ВЕ0 — С/-ВЕ7 (Command/-Byte Enabled) определяют, какие именно байты будут передаваться. Четность на линиях AD и С/—BE задается сигналом четности (PAR) или сигналом 64-разрядной честности (PAR64). Устройство, стремящееся получить управление над шиной, выдает запрос -REQ (Request) и после появления сигнала подтверждения -GNT (Grant) получает управление над шиной.

В период выполнения цикла шины PCI, сигнал —FRAME активен. Когда цикл шины PCI завершается, сигнал -FRAME снимается. Сигнал -TRDY (Target Ready — исполнитель готов) формируется, когда исполнитель готов завершить фазу данных своего цикла шины. Сигнал -IRDY (Initiator Ready — инициатор готов) указывает, что на шину выставлены данные (или шина готова принять данные). Сигналы -FRAME, -TREADY, и -IREADY используются совместно. Сигнал -STOP выставляется исполнителем для того, чтобы устройство, управляющее шиной, остановило процесс передачи данных. Сигнал IDSEL (ID Select) используется как сигнал выбора микросхемы в период цикла чтения или записи конфигурации платы. Линия —DEVSEL (Device Select — выбор устройства) является как входной, гак и выходной. В качестве входной линии -DEVSEL указывает, имеет ли устройство управление над текущей передачей информации в шине. В качестве выходной линии -DEVSEL указывает на то, что устройство идентифицирует себя в качестве исполнителя для текущего цикла шины.

Имеется четыре линии прерывания (с -1NTA по -INTD). Поддерживается как 32-разрядный, так и 64-разрядный режим обмена данными. Для использования 64-разрядного режима устройство должно выставить сигнал -REQ64 (64 Bit Bus Request — запрос 64-разрядной шины) и ожидать сигнал -АСК64 (-64 Bit Bus Acknowledge — подтверждение использования 64-разрядного режима передачи данных) от контроллера шины. Сигнал -LOCK (Bus Lock) управляет интерфейсом и используется для подтверждения использования шины выбранным устройством шины. Сообщения об ошибке выдается по линиям —PERR (-Primary Error — первичная ошибка) и -SERR (-Secondary Error — вторичная ошибка). Шина PCI также поддерживает кэширование памяти и JTAG.








Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Шина PCI", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2021 Дискета.info