Курсовая работа - Интерфейс периферийных устройств PCI. PCI-Express

Подождите немного. Документ загружается.

-Lock 39 +3.3B AD 37 87 GND

-ParityER 40 SDONE +V I/O 88 AD 36

+3.3B 41 -SBOFF AD 35 89 AD 34

-SysERR 42 GND AD 33 90 GND

+3.3B 43 PAR GND 91 AD 32

-C/BE 1 44 AD 15 Reserved 92 Reserved

AD 14 45 +3.3B Reserved 93 GND

GND 46 AD 13 GND 94 Reserved

AD 12 47 AD 11 Конец• 64-битного разъема

AD 10 48 GND

GND 49 AD 9

GND/Ключ 50* GND/Ключ

*12, 13 - ключ для 3.3В

*50, 51 - ключ для 5В

Определены два типа устройств стандарта PCI• - целевое и ведущее. Целевое

устройство воспринимает команды и реагирует на запросы ведущего. Ведущее

устройство представляет собой более “интеллектуальное” устройство, которое

может производить обработку независимо от шины или других устройств.

Ведущее устройство разделяет шину с основным процессором и целевыми

устройствами. Кроме того, оно может выступать целевым устройством для

других ведущих устройств. Определение стандарта PCI требует 47 контактов

только для целевого и 49 контактов для ведущего. Это число представляется

невероятно малым, если учесть потенциальные возможности шины и тот факт,

что сюда включены функции передачи данных и адресации, управления

интерфейсом, арбитража, а также системные функции. Однако спецификация

предусматривает до 120 соединений для стандартной 32-битовой платы и 184 для

64-битовых плат. В основе стандарта лежит мультиплексирование, при котором

через одни и те же контакты передаются разнотипные сигналы. Адреса и данные

мультиплексируются на одни и те же контакты, поэтому одиночная передача по

шине PCI состоит из двух фаз: фаза адресации сопровождается• одной• или

несколькими фазами данных. Ведущее устройство выдает адрес и обращается к

конкретному устройству на шине. Выбранное устройство переходит в

соответствующий режим для приема данных или инструкций, а затем ведущее

устройство посылает пакет данных по тем же контактам, которые использовались

для вызова. После определения адреса ведущее устройство может посылать

данные без повторения адресации, так как целевое устройство уже выбрано.

Отметим, что передача данных может включать в себя и чтение и запись

информации.

Для PCI определяются три физических адресных пространства: памяти,

ввода-вывода и конфигурации. Адресация памяти и ввода-вывода аналогична

применяемой во всех шинах. Адресное пространство конфигурации PCI

предназначено для входящего в определение стандарта средства автоматического

аппаратного конфигурирования.

Еще одной интересной особенностью шины, способствующей её упрощению,

является распределенное дешифрирование адреса, когда каждое подключенное к

локальной шине PCI устройство производит дешифрирование адреса

самостоятельно. Благодаря этому становятся ненужными схемы

централизованного дешифрирования адреса и сигналы выбора устройств, за

исключением одного сигнала, предназначенного для конфигурирования.

III. PSI-Express

Любая компьютерная технология проходит свой путь от рождения, триумфа

к свалке истории. Все бы ничего, да каждое очередное нововведение, как

правило, чревато серьезным перетряхиванием системных блоков и

неопределенностью в умах пользователей – пора или еще подождать с

апгрейдом? Тем более огромными кажутся все новшества, которые свалятся на

головы покупателей в нынешнем году. Такого всестороннего разрушительного

действия на основы платформы не было уже давно - сменятся процессорные

разъемы (у Intel настанет время Socket 775, у AMD, соответственно, Socket 939); к

концу года действительно новой будет называться система лишь с 240-

контактными модулями DDR2; вдогонку ко всему этому близится появление

новых форм-факторов самих плат – BTX. Но самым радикальным все же станет

низвержение старых привычных элементов ландшафта системной платы –

разъемов PCI и AGP, которым приходит время сказать последнее "прости-

прощай".

Новое поколение технологий приносит новые скорости и новые•

технологические решения. Правда, на деле случалось не раз, что революционные

нововведения оказывались не всегда своевременными и не такими уж полезными,

как красиво заявлялось при их выпуске. Традиционно, отдуваться за

эксперименты приходится конечному покупателю. Примеров самых передовых,

но неоцененных или невостребованных• технологий можно привести множество –

шина EISA, память RDRAM, слоты AMR/CNR и многое другое.

Не касаясь тупиковых ветвей эволюции ПК, сегодня стоит поговорить о

своевременности внедрения новых технологий на примере шины PCI Express.

Сегодня можно с уверенностью сказать, что от перехода на этот шинный стандарт

никуда не деться. Попробуем рассмотреть ключевые особенности новоявленной

шины, ее сходства и отличия от распространенных сейчас PCI и AGP.

Прежде всего, не стоит рассматривать PCI Express как банального

наследника традиций PCI. Консорциум разработчиков нового интерфейса, ранее

носившего название 3GIO, ставил перед собой цель разработать новую

высокоскоростную шину с максимальной масштабируемостью, простой

разводкой, низким уровнем паразитных излучений и электромагнитных помех.

Это лишь краткий перечень требований к новому интерфейсу, некоторые

особенности его реализации в конкретных условиях, как, например, поддержка

"горячего" подключения, требуются лишь в определенных специфических

приложениях. Сначала -

Немного истории

Первые разработки шины PCI, стартовавшие в начале 90-х годов, были

призваны избавиться от множества присутствовавших на тот момент

несовместимых шинных интерфейсов – VLB (VESA Local Bus), EISA, ISA и

Micro Channel. Наряду с этим преследовалась цель избавиться от тяжкого

наследия фрагментированной шины ISA и впервые добиться соединений класса

"чип-чип".

На момент появления в 1993 году базовой версии шины Peripheral Component

Interconnect (PCI) - IEEE P1386.1, предусматривались революционные

усовершенствования: расширение шины данных до 32 бит, поддержка адресации

до 4 ГБ данных (32 бита), а также использование режима синхронного обмена

данными. По тем временам тактовая частота шины 33 МГц удовлетворяла

условиям работы с периферией в настольных и серверных системах, все были

довольны. Последовавший за этим резкий скачок тактовых частот процессоров и

памяти привел к увеличению тактовой частоты PCI до 66 МГц, хотя, тактовые

частоты процессоров за этот же период скакнули с 33 МГц до 3,0+ ГГц. Все

последующие варианты PCI – AGP, PCI-X, MiniPCI, CardBus, несмотря на

привнесение определенных дополнений, например, иных форм-факторов

разъемов, новых сигнальных уровней и даже передачи данных по фронтам

импульса (Double Data Rate/ Quadruple Data Rate), тем не менее, несли в себе

ограничения, накладываемые самой топологией интерфейса.

Возможности наращивания пропускной способности шины PCI за счет

увеличения тактовой частоты без усложнения схем разводки и соответствующего

адекватного удорожания к настоящему времени исчерпаны полностью. А ведь на

очереди появились такие актуальные интерфейсы, как 1/10 Gigabit Ethernet, IEEE

1394B, которые полностью выбирают пропускную возможность шины одним

устройством и даже выходят за эти рамки. PCI душит рост скорости периферии,

критичными становятся ограничения по числу сигнальных контактов шины,

торможение процессов реального времени и требования по энергосбережению

современных ПК. Если вспомнить наиболее производительные версии шины PCI,

например, серверную PCI-X и графическую AGP, то в этом случае мы упираемся

в укорачивание проводников шины за счет высокой частоты, требование к

установке своего контроллера на каждый слот и достаточно высокую стоимость

ее реализации.

Грядет тотальное торжество последовательных шин

Итого, параллельные шины себя исчерпали, рано или поздно взоры

разработчиков должны были обратиться в сторону последовательных. Так оно и

есть, в результате чего практически все современные индустриальные

интерфейсы к настоящему времени перебрались на такой принцип обмена

данными. Взгляните на приведенную ниже таблицу: речь идет не только о

сетевых интерфейсах, которым на роду написано быть последовательными; все

остальные ключевые шины уже имеют последовательную природу.

Между прочим, внешние интерфейсы уже давно перебрались на

последовательную топологию, и в самых своих свежих реализациях – USB 2.0,

IEEE1394b, показывают скорости, которые немыслимы для параллельных

соединений. С этой точки зрения шина PCI в наших компьютерах действительно,

выглядит своеобразным анахронизмом.

Особенности PCI Express

Основой нового интерфейса, как известно, в общем случае будут являться

дифференциальные сигнальные пары контактов, совершающие обмен данными

по схеме "точка-точка". Благодаря новой топологии мы сразу получаем массу

положительных моментов: удешевление конструкции, снижение габаритов, более

простая разводка печатных дорожек с упрощенными требованиями к борьбе с

паразитными излучениями, и, главное, возможность работы на гораздо более

высоких частотах, с поддержкой "горячей" замены периферийных устройств.

Уходит в прошлое такой важный для параллельного интерфейса параметр, как

нужда в синхронизации сигнальных линий всей шины.

Архитектуру PCI Express можно рассматривать послойно, в сравнении с

адресной моделью PCI. Конфигурация PCI Express является стандартной для

устройств, определенных plug-and-play спецификациями PCI: программный

уровень генерирует запросы чтения/записи, уровень транзакций транспортирует

эти запросы к периферийным устройствам с помощью разделенного пакетного

протокола. Для поддержания высокой производительности шины

соединительный (link) уровень добавляет пакетам очередность и CRC; базовый

физический уровень состоит из двойного симплексного канала, осуществляющего

функции приемной и передающей пары. Таким образом, исходная скорость 2,5

Гб/с в каждом направлении позволяет говорить о создании дуплексного

коммуникационного канала производительностью до 200 МБ/с, что в четыре раза

превышает возможности классической шины PCI.

Рассматривая процессы, протекающие в шине на сигнальном уровне, нельзя

не отметить уникальные плюсы PCI Express - значительное снижение затухания в

линиях передачи и повышенная чувствительность приемной части интерфейса.

Из чего напрашивается вывод о менее критичных требованиях к импедансу

входных цепей, а также возможность увеличения длины разводки проводников

шины• - в нынешней версии стандарта PCI-E они лимитируются 12 дюймами для

системных плат, 3,5 дюймами для контроллеров и 15 дюймами для межчиповых

соединений. При этом не предъявляется никаких дополнительных требований к

технологии разводки печатной платы: могут использоваться как обычные 4-

слойные PCB толщиной 0,062 дюйма, так и варианты с шестью и более слоями.

Теоретически, требования, выдвигаемые стандартом PCI Express, с легкостью

могут быть адаптированы для нужд устройств любого уровня – от мобильного

телефона до сервера уровня предприятия, а также, в перспективе, могут быть

переложены для применения других физических типов носителей.• Именно такая

гибкость и необходима для интерфейса, собирающегося прослужить стандартом

ближайшее обозримое будущее.

Использование новых разъемов и других конструктивных возможностей,

оговоренных спецификациями нового стандарта, позволяет говорить об

увеличении энергопотребления конечных контроллеров до 75 Вт (при токе до 5,5

А)!

Такие мощные контроллеры потребуют дополнительных мер по отводу тепла

из корпуса, зато отпадет нужда в подводке разъемов дополнительного питания,

которые так характерны для нынешнего поколения видеокарт AGP 8x.

Системы питания компьютеров с поддержкой разных вариантов PCI Express

отличаются от привычных нам спецификаций ATX12 и, скорее, схожи с

требованиями, предъявляемыми к питанию серверных систем. Так, привычный

20-контактный разъем питания ATX удлиняется и в нем появляются четыре

дополнительных контакта, как раз для усиления силовых шин +12 В, 5,0 В и +3,3

В. Соответственно, до 75 Вт повышаются ограничения на питание одного слота в

BIOS. При этом нижняя граница мощности для блоков питания устанавливается

на уровне примерно 300 Вт. Словом, хотя изменения в цепях питания и не носят

такой радикальный характер, как при переходе с AT на ATX, с мыслью о

неминуемом апгрейде БП придется свыкнуться.

Варианты PCI Express: их будет много

Версии PCI Express будут внедряться в зависимости от ставящихся перед

интерфейсом задач и типом устройства. Например, серверы, где востребована

максимальная пропускная способность, будут оборудованы максимальным

количеством слотов PCI Express с максимальными показателям. В то же время,

для нужд ноутбуков в большинстве случаев будет достаточно архитектуры PCI

Express x1. Для настольных ПК и рабочих станций понадобится комбинация из

различных вариантов реализации шины.

Совершенно новые требования выдвигаются к механическим показателям

PCI Express. Для того, чтобы периферийные платы не имели возможности

вывалиться из слота при вибрации или транспортировке, разработаны

повышенные требования к защелкам и крепежу разъемов PCI Express.