Шины для подключения плат расширения (3 видео)

Рассмотрим набор разъемов, располагающихся на материнской плате. Эти разъемы предназначены для установки так называемых плат расширения. Это платы, являющиеся контроллерами каких либо необходимых нам устройств, которые не интегрированы в материнскую плату. Например, в эти разъемы можно установить видео плату (отвечающую за вывод информации на монитор), аудио плату (отвечающую за звуковые возможности компьютера), TV или FM приемник и т.д. Т.е. добавление дополнительных устройств в компьютер с целью наращивания его возможностей происходит путем добавления плат расширения, вставляемых в соответствующие разъемы для этих плат на материнской плате.

На материнской плате присутствует несколько типов разъемов для подключения плат расширения. Остановимся на этом подробнее.

Естественно, сам по себе разъем не представляет особой ценности. Гораздо важнее шина (т.е. магистраль обмена данными), заканчивающаяся разъемом, который мы и наблюдаем на плате.

Прежде всего, разберем, от чего зависит скорость обмена данными по шине.

Естественно, чем быстрее можно передавать данные по шине, тем больше возможностей она предоставляет.

— наши провода могут быть не приспособлены для высокой скорости передачи, — приемо-передающее оборудование также может не справиться в возросшей нагрузкой: передатчик в силу своего устройства не может формировать и передавать более чем 300 байт/с, а приемник, в свою очередь не может принимать больше.

Итог — такой способ может требовать замены всего, включая оборудование, провода, а может даже и способа передачи (метода кодирования сигнала).

Существуют два способа решения проблемы: увеличение частоты передачи сигнала и увеличения ширины шины.

Но при этом просто взять, и поднять частоту шины, увеличив, таким образом, ее пропускную способность весьма непросто. Нужно быть готовым к тому, что имеющееся оборудование наверняка не будет работать с новой частотой шины, и придется разрабатывать новое оборудование.

Второй способ увеличить пропускную способность канала обмена в приведенном выше примере еще более прост! Нужно просто добавить еще один (или несколько) проводов, по которым передаются данные! При этом частота остается той же, имеющееся оборудование будет работать, а передача данных происходит параллельно по двум или нескольким проводам. В таком случае говорят об увеличении ширины шины. Если в случае одного провода за один такт периодического сигнала передают один бит, то в случае, когда шина состоит из N проводов, за один такт можно передать N бит, поэтому ширину шины измеряют в битах, а физически это соответствует количеству проводов в шине, использующихся для передачи данных. Итак, говорят о разрядности шины и измеряют ее в битах. Чем больше разрядность, чем больше и пропускная способность шины.

Видео:Что такое PCIe? Все виды скоростного интерфейса подключения PCIe 1.0-6.0 (x1 x4 x8 x18 x32)Скачать

Самой первой шиной для подключения плат расширения была разработанная для самых первых РС шина, названная XT-Bus (еще ее иногда называют ISA8). Это была восьмиразрядная шина, а частота, на которой она работала, составляла всего лишь 4,77 МГц.

Столь малая частота работы шины XT-Bus объясняется тем, что и процессор в самом первом компьютере IBM PC работал на частоте 4,77 МГц. Естественно, даже теоретическая пропускная способность такой шины 1байт х 4,77МГц = 4,77Мбайт/с (а реальная производительность шины заметно меньше), не может надолго удовлетворить потребности в пропускной способности, поэтому

для новых систем в 1984 году была разработана модификация шины XT-Bus, названная ISA.

Шина ISA была 16-разрядной, в отличии от своей восьмиразрядной предшественницы, кроме того частота шины ISA была поднята примерно до 8 МГц. Таким образом, пропускная способность новой шины увеличилась по сравнению с XT-Bus почти вчетверо.

В ситуации, когда нужно разработать новую шину для подключения внешних устройств, всегда есть два пути.

Путь первый — разработать с нуля новую шину, новый разъем, новую логику работы не имея необходимости тащить за собой недостатки прошлого.

И путь второй — разработать новую шину как улучшение предыдущей, сохранив при этом совместимость. Именно второй путь обычно и избирают, если только имеется техническая возможность сделать это.

Дело в том, что разработав и внедрив

новую шину, не совместимую со старой, производитель не вызовет особой радости у пользователя, который, купив новую материнскую плату и процессор, убедится, что все прочие платы расширения, которыми он пользовался ранее, теперь можно выбросить, так как установить их в новый компьютер нельзя. И шина ISA — это улучшенная XT-Bus, сохранившая с XT-Bus совместимость. Естественно, эта совместимость выражается и в организации логики обмена по шине, и в разъеме. Т.е. шина ISA является совместимой с XT-Bus в том смысле, что старую XT-Bus плату можно установить в разъем ISA и она при этом будет работать. Итого: в разъем ISA можно вставить как 16-разрядную, специально разработанную для ISA плату, так и старую, разработанную для XT-Bus плату.

Читайте также: Шины под цветы покраска

Но, разумеется, новая шина удовлетворяет потребности только лишь некоторое время. И затем снова встает вопрос о разработке новой шины для подключения плат расширения. В 1988 году такие фирмы, как Wyse, AST Research, Tandy, Compaq, Hewlett-Packard, Zenith, Olivetti, NEC и Epson предложили 32 — битное расширение шины ISA, так называемую шину EISA .

Видео:Какие карты расширения для материнских плат бываютСкачать

Поскольку дальше удлинять разъем ISA было некуда, разработчики нашли оригинальное решение: новые контакты были размещены между контактами шины ISA и не были доведены до края разъема. Специальная система выступов на разъеме и щелей в EISA-картах позволяла им глубже заходить в разъем и подсоединяться к новым контактам. (Правда, утверждают, что при большом желании можно запихнуть и ISA-карту так, чтобы она замкнула EISA-контакты). Т.е. разъем EISA содержал дополнительные контакты, которые и обеспечивали 32 — битное расширение в глубине. И в разъем EISA можно было вставлять как обычные ISA платы, т.е. обеспечивалась совместимость, так и специально разработанные EISA платы. Однако архитектура EISA не прижилась.

Фактически переступив через EISA, индустрия использовала следующую разработку, шину, которая называлась локальная шина VESA , или VL-Bus — VESA Local Bus.

Разъем шины VESA состоял из разъема ISA и еще одного блока, обеспечивавшего дополнительные контакты, которые позволяли реализовать по шине VESA 32-битный обмен. Кроме того, разъем VESA работал не на частоте 8 МГц, а на частоте процессора, установленного в системе, что в то время составляло 25-50 МГц! Таким образом, шина была вдвое шире (в смысле разрядности :)), чем ISA, да еще и работала на частоте, в несколько раз большей, обеспечивая огромный рывок вперед по пропускной способности!

Лекция 7.Шины расширения персонального компьютера

Дата добавления: 2014-10-02 ; просмотров: 5502 ; Нарушение авторских прав

Конструктивные решения, заложенные в первую модель IBM PC образца 1981года, без каких либо революционных изменений дошли и до наших дней. В системном блоке расположена системная плата (System Board или Mother Board ¾ материнская плата) с установленными на ней центральными компонентами компьютера, о которых уже говорилось выше. Здесь речь пойдет о некоторых конструктивных особенностях системных плат с точки зрения установки плат (карт) расширения.

Для большей ясности дальнейшего изложения определим некоторые термины, относящиеся к аппаратным средствам современных компьютеров.

Платой расширения, или картой расширения (Expansion Card), называют печатную плату с краевым разъемом, устанавливаемую в слот расширения. Карты расширения, привносящие в ПК какой-либо дополнительный интерфейс, называют интерфейсными картами (Interface Card). Поскольку интерфейсная карта представляет собой “приспособление” для подключения какого-либо устройства, к ней применимо и название адаптер (Adapter). К примеру, дисплейный адаптер служит для подключения дисплея-монитора. Адаптер и интерфейсная карта практически синонимы, и, например, NIC (Network Interface Card ¾ карта сетевого интерфейса) часто переводится как адаптер ЛВС (локальной вычислительной сети).

Слот (Slot) представляет собой щелевой разъем, в который устанавливается какая-либо печатная плата. Слот расширения (Expansion Slot) в ПК представляет собой разъем системной шины в совокупности с прорезью в задней стенке корпуса компьютера ¾ то есть посадочное место для установки карты расширения. Слоты расширения имеют разъемы шин ISA/EISA, PCI, MCA,VLB или PC Card (PCMCIA), о которых рассказано ниже. Внутренние слоты используются и для установки модулей оперативной памяти (DIMM), кэш-памяти (COAST), процессоров Pentium II, а также процессорных модулей и модулей памяти в некоторых в некоторых моделях ПК.

Сокет (Socket) представляет собой гнездо, в которое устанавливаются микросхемы. Его контакты рассчитаны на микросхемы со штырьковыми выводами или с выводами в форме буквы “J”. ZIP-Socket (ZERO Insertion Force ¾ с нулевым усилием вставки) предназначен для легкой установки при высокой надежности контактов. Эти гнезда имеют замок, открыв который можно установить или изъять микросхему без приложения усилий к ее выводам. Для работы после установки замок закрывают, при этом контакты сокета плотно обхватывают выводы микросхемы.

Читайте также: Самые лучшие шины для сибири

Видео:PCI и PCI-Express что можно подключитьСкачать

Джампер (Jumper) представляет собой съемную перемычку, устанавливаемую на торчащие из печатной платы штырьковые контакты. Джамперы используются для конфигурирования различных компонентов как выключатели или переключатели, для которых не требуется оперативного управления.

Чипсет (Chit Set) ¾ это набор интегральных схем, при подключении которых друг к другу формируется функциональный блок вычислительной системы. Чипсеты широко используются в системных платах, графических контроллерах и других сложных узлах, функции которых в одну микросхему заложить не удается.

Системная магистраль данных (системная шина) — это группа электрических соединений (проводников) для передачи данных, адресов и сигналов между различными компонентами компьютера. Для обеспечения взаимозаменяемости устройств, изготавливаемых разными производителями, количество, назначение и размещение этих проводников стандартизовано. В подавляющем большинстве IBM-совместимых компьютеров системные шины изготовлены по стандарту ISA (Industry Standard Architecture, стандартная индустриальная архитектура). Согласно ему шина имеет 16 линий для передачи данных, 24 линии для передачи адреса, 15 линий для аппаратных прерываний и 7 линий для организации так называемого прямого доступа в память. Кроме того, несколько проводников отведены для разводки электропитания и служебных сигналов.

Шины расширения (Expansion Bus) предназначены для подключения различных адаптеров периферийных устройств, расширяющих возможности компьютера. Эти шины имеют краевой печатный разъем, которым они соединяются со слотами шин ввода/вывода системной платы и металлическую скобу, которая закрепляет плату на корпусе. На этой скобе могут быть установлены внешние разъемы, выходящие в щелевые прорези корпуса системного блока. Габаритные и присоединительные размеры плат, способ их крепления и шины ввода/вывода унифицированы, что превращает ПК в увлекательный конструктор.

Унификация системных плат, корпусов и плат расширения обеспечивается следующими конструктивными соглашениями:

Стандартизация размеров, количества контактов и электрического интерфейса слотов шин расширения.

Фиксированное расстояние от слота до задней кромки платы.

Фиксированный шаг между соседними слотами, а также их привязка к крепежным точкам и положению разъема клавиатуры.

Определение максимального габарита (длина и высота) плат расширения.

Определение геометрии нижнего края платы расширения, форм и размеры фиксирующей скобки.

Длина платы может быть ограничена особенностями корпуса и компоновкой элементов системной платы. Максимальная длина платы составляет 335 мм, при этом ее передний край должен входить в направляющие полозья, установленные на корпусе.

Видео:Trema Shield NANO | Новинка от iarduino.ruСкачать

Со стороны задней стенки плата адаптера обязательно должна иметь металлическую крепежную скобу, с помощью которой плата винтом крепится к корпусу. Незакрепленная плата может шататься, что приведет к неустойчивости контакта и, следовательно, к сбоям. Плата с внешними разъемами может выдернуться из слота, и, если это произойдет при включенном питании, последствия могут оказаться гибельными для системной платы, адаптеров и блоков питания.

Стандартизованные шины расширения ввода/вывода обеспечивают основу функциональной расширяемости PC-совместимого персонального компьютера, который с самого начала не замыкался на выполнение сугубо вычислительных задач. Хотя многие компоненты, ранее размещаемые на платах расширения, постепенно переселяются на системную плату, для настольных компьютеров набор шин расширения ввода/вывода имеет важное значение.

К шинам расширения ввода/вывода, реализованным в виде слотов на системной плате, относятся следующие:

ISA-8 и ISA-16 ¾ традиционные универсальные слоты подключения периферийных адаптеров, не требующих высоких скоростей обмена (раньше была единственная шина расширения).

EISA ¾ дорогая (по стоимости и системной платы, и плат расширения) 32-битная шина средней производительности, применяемая в основном для подключения контроллеров дисков и адаптеров локальных сетей в серверах. В настоящее время вытесняется шиной PCI, хотя и применяется в серверных платформах, где необходимо установить множество дополнительных плат расширения (системную плату, у которой слотов PCI больше, чем 4, найти довольно трудно, а для шины EISA 6-8 слотов ¾ явление обычное).

MCA ¾ шина компьютеров PS/2, до сих пор применяемая и в некоторых серверных платформах. Производительность средняя. Адаптеры для шины MCA распространены не широко.

VLB ¾ быстродействующее 32-(64-) битное расширение (локальная шина процессора) используемое в паре со слотом ISA/EISA, применявшееся в среднем поколении системных плат компьютеров на процессоре 486. Используется для подключ6ения контроллеров дисков, графических адаптеров и контроллеров локальных сетей. С процессорами пятого поколения не применяется.

Читайте также: Варианты шин для соляриса

PCI ¾ самая распространенная высокопроизводительная 32/64-шина, применяемая, в компьютерах на процессорах 486 и старше. Используется для подключения адаптеров дисков, контроллеров SCSI, графических, видео-, коммуникационных и других адаптеров. На системной плате чаще всего устанавливаются 3 или 4 слота PCI. Слот PCI иногда имеет дополнительный маленький слот расширения Media Bus, на который выведены сигналы шины ISA (это позволяет на платы PSI устанавливать и дешевые ISA-устройства, например, звуковой канал).

PC Card, он же PCMCIA ¾ слот расширения блокнотных компьютеров.

Кроме шин, реализованных щелевыми разъемами-слотами, имеется ряд шин, в которых устройства соединяются кабелями. К ним относятся следующие:

Видео:Описание платы расширения для Arduino UNO, CNC shield v3 и драйверов A4988. ЧПУСкачать

SCSI ¾ интерфейсная шина системного уровня, предназначенная для подключения широкого спектра внутренних и внешних устройств, требующих высокой производительности обмена данными. Системная плата со встроенным SCSI-адаптером имеет разъем одного из типов, принятых для этого интерфейса, который со внутренними и внешними устройствами соединяется обычно ленточным кабелем шлейфом.

USB ¾ последовательная шина среднего действия для подключения разнообразных внешних устройств, включая принтеры, сканеры, диски (разные), цифровые акустические системы и многие другие. Системная плата может иметь два порта USB выведенные на 4-штырьковые разъемы. Внешние разъемы устанавливаются на задней или лицевой панели корпуса компьютера.

FireWire (он же IEEE1394) ¾ высокопроизводительная шина подключения внешних устройств, предназначенная в основном для подключения видеоаппаратуры. С помощью этой же шины возможно и объединение нескольких компьютеров в локальную сеть. Системные платы с этой шиной пока еще редкость.

Кроме шин расширения, системные платы могут иметь и вспомогательные шины, используемые для тестирования и передачи конфигурационной информации.

Карты расширения (интерфейсные карты) устанавливаются в соответствующие слоты системной платы. Их количество и состав на различных платах варьируется. Типы слотов легко определить визуально, в этом поможет рис.6.1. На этом рисунке, конечно, присутствие всех типов шин показано условно ¾ реально на системных платах присутствуют не более двух-трех типов слотов. Распространенные сочетания: ISA+PSI, ISA+VLB, EISA+PCI, EISA+VLB. Шина МСА обычно держится особняком.

У адаптеров для шины PCI, в отличие от ISA/EISA и VLB, компоненты расположены на левой стороне печатной платы. Для экономии площади печатной платы часто используют так называемый разделяемый слот (Shared Slot). На самом деле это разделяемое окно на задней стенке корпуса, которое может использоваться либо картой ISA, либо картой PCA. Таким образом, максимальное суммарное количество установленных адаптеров оказывается на единицу меньшим, чем видимое количество слотов на системной плате.

Рис.7.1. Вид и положение слотов шин расширения

Интерфейсы шин расширения ПК начали свою историю c 8-битной шины ISA (Industry Standard Architecture ¾ стандартная индустриальная архитектура). Ее открытость обеспечила появление широкого спектра плат расширений, позволяющих использовать ПК в различных сферах, плоть до применения в качестве управляющего компьютера в различных системах автоматизации. С появлением компьютера АТ-286 шина была расширена, что позволило подключать большее число компьютеров и повысить производительность обмена. Шина EISA (Extended ISA) явилась откликом на потребность в высокопроизводительном обмене для серверов. Эта довольно дорогая шина распространена не так широко. В нее можно устанавливать и ISA-адаптеры. С появлением процессора 486 появилась потребность в резком повышении производительности системной шины и родилась локальная шина VLB. Принципиальная привязка к шине процессора 486 не обеспечила ей долгого существования ¾ пришла пора Pentium. С процессорами 486 появилась и другая скоростная шина ¾ PCI. Она является новым “этажом” в архитектуре ПК, к которому подключаются шины типа ISA/ESA, и стала стандартной для компьютеров 4,5 и 6 поколений. Конструктивно шины расширения оформляются в виде щелевых разъемов (слотов) для установки плат адаптеров. Количество и тип слотов определяют возможности функционального расширения системы. В таблице 7.1 приведены основные характеристики шин расширения.

Таблица 7.1. Характеристики шин расширения

Шина	Пропускная cпособность Мбайт/c*	Разрядность данных	Разрядность адреса	Частота, Мгц
ISA-8	20 (1 Мбайт)
ISA-16	8/(16)	24 (16 Мбайт)	8/16
EISA	33,3	32 (4 Гбайт)	8,33
PCI	132/264	32/64	32 (4 Гбайт)	33(66)

*Указана теоретическая максимальная пропускная способность. Реальная пропускная способность примерно в 2 раза ниже за счет прерываний, регенерацией и протокольных процедур.

источники:

Видео:Pci To Sata 3 Контроллер Marvell vs Asmedia. Тест плат расширения. H1111zСкачать