Основы микропроцессорной техники

Раздел 8 Интерфейсы персонального компьютера

8.4. Другие интерфейсы компьютера

Интерфейс шины PCI (Peripheral Component Interconnect bus) стал широко применяться с появлением процессоров Pentium. Шина PCI дает компьютеру возможность быстро общаться с внешним миром, так как она существенно превосходит по быстродействию шину ISA. Предложенная в начале как локальная шина для дополнения к основной магистрали, PCI, однако, имеет все преимущества универсальной системной магистрали.

Шина PCI имеет два варианта: 32-разрядный (в нем используется 124-контактный разъем) и 64-разрядный (188-контактный разъем). При этом гарантируется как прямая, так и обратная совместимость 32 - и 64-разрядных устройств. Чаще всего применяется 32-разрядный вариант PCI.

Тактовая частота PCI составляет 33 МГц (однако допускается и частота 66 МГц). Максимальная теоретически возможная скорость обмена при тактовой частоте 33 МГц достигает 132 или 264 Мбайт / с для 32 и 64 разрядов данных, соответственно, что в 20 раз превышает пропускную способность ISA. Предусмотрена возможность включения плат с напряжением питания как 5 В, так и 3,3 В (в отдельные разъемы). На магистрали предусмотрен арбитраж, то есть возможность поочередного захвата шины несколькими Задатчики, с разрешением конфликтов между ними. Предусмотрен высокоскоростной обмен магистралью без участия процессора. Возможна автоконфигурации, то есть автоматическое распределение ресурсов между включенными платами (по принципу Pn). Каждое из устройств шины может захватить ее и провести необходимый обмен.

Шина PCI является открытый непатентованных стандарт, который поддерживают все основные производители персональных компьютеров и периферийных контроллеров. Сейчас она рассматривается как основа для таких распространенных компьютерных платформ, как DOS / Windows, Macintosh и UNIX. Ведущие производители микросхем уже выпускают специальные комплекты микросхем для ее поддержки. Независимость от типа процессора обещает шине PCI большое будущее. Сейчас она занимает второе место по популярности после ISA.

Большим недостатком шины PCI по сравнению с ISA является ограниченное количество устройств на шине (не более четырех), для большего количества устройств необходимо применение � �остов PCI-PCI. Потому что в компьютере одним из PCI-устройств является контроллер шины (т.е. центральный процессор), для подключения карт расширения остается всего три разъема (слоты). Один из PCI-слотов, как правило, используется для подключения контроллера дисплея, другой чаще всего применяется для включения контроллера локальной сети. Поэтому, несмотря на потенциально большие возможности PCI, в компьютере для дополнительных карт расширения остается всего один слот. К тому же надо учесть, что разработка и отладка PCI-устройств гораздо сложнее, чем ISA-устройств, а большая производительность PCI по сравнению с ISA нужна далеко не для всех задач. Поэтому о полном вытеснении шины ISA пока речь не идет.

Шина PCI относится к мультиплексированных шин, она имеет вполне мультиплексированных шину адреса / данных. При этом адрес может быть 32 разрядной или 64-разрядной (она передается по 32-разрядной шине за два такта, сначала младшие разряды, затем старше) Точно так же и данные могут передаваться как 32-разрядные, так и 64-разрядные (за два такта при 32-разрядной шине. В 64-разрядной версии PCI шина адреса / данных имеет 64 разряда.

Основной режим обмена по шине - синхронными, тактованимы положительными фронтами тактового сигнала шины, но возможен и асинхронный обмен (как и в случае ISA). В цикл обмена (или транзакцию) входит фаза адреса (в начале) продолжительностью один такт и фаза данных продолжительностью в один или несколько тактов.

Основные сигналы шины PCI следующие:

• AD0 ... AD31 - шина адреса / данных. Адрес передается в начале цикла, затем - данные;
• -C/BE0...-C/BE3 (Command / Byte Enable) - четыре линии, которые в фазе адреса определяют один из 16 возможных типов цикла передачи данных (табл. 8.9), а в фазе данных определяют действительность байт данных;
• -FRAME - строб адреса, активный при передаче данных;
• -IRDY (Initiator Ready) - готовность Задатчики (инициатора обмена) к обмену данными;
• -TRDY (Target Ready) - готовность исполнителя (целевого устройства) к обмену данными;
• -DEVSEL (Device Select) - подтверждение опознания адреса от исполнителя;
• -STOP - запрос на остановку текущего цикла от исполнителя к Задатчики;
• -RST - сброс всех устройств;
• CLK - тактовый сигнал шины;
• PAR - бит четности для линий AD0 ... AD31 и C/BE0 ... C/BE3;
• -PERR - сигнал ошибки четности;
• -REQ0 ...- REQ3 - запрос от PCI-устройств на захват шины;
• -GNT0 ...- GNT3 - предоставление шины PCI-устройствам;
• -REQ64 - запрос на 64-битный обмен;
• -ASK64 - подтверждение 64-разрядного обмена;
• -INTRA,-INTRB,-INTRC,-INTRD - линии запросов прерываний;
• IDSEL - выбор устройства-исполнителя в циклах записи и чтения конфигурации.

Операция конфигурирования (циклы записи и чтения конфигурации) служит для автоматического распределения ресурсов компьютера при включении питания. В этих циклах для выбора (адресации) сконфигурированному устройства-исполнителя применяется специальный сигнал IDSEL, который передается в фазе адреса. Каждому PCI-устройства соответствует 256-байтных область конфигурации, где находится информация как о самом устройстве, так и о выделенные ему ресурсы. Область конфигурации не относится ни к адресного пространства памяти, ни к адресного пространства устройств ввода / вывода. Компьютер распределяет ресурсы между устройствами в соответствии с их особенностей, потребностей и ограничений.

При синхронном обмене (Рис. 8.11) в начале цикла (адресная фаза) шиной AD передается код адреса, а линиями C / BE - код типа цикла (команда). Действительность адреса определяется сигналом-FRAME (за положительным фронтом CLK после начала сигнала-FRAME). После опознания адреса исполнитель выставляет сигнал подтверждения выборки-DEVSEL, после чего начинается фаза данных. То есть можно сказать, что адрес передается асинхронно. В фазе данных шиной данных передаются слова данных, тактовани положительными фронтами сигнала CLK. Сигналы готовности-IRDY и-TRDY выставляются в начале фазы данных и остаются активными до окончания цикла. Линиями -C/BE в фазе данных передаются сигналы разрешения байт (т.е. определяется формат передаваемых данных). Перед последним тактом передачи данных Задатчики снимает сигнал-FRAME, после чего снимаются сигналы-IRDY,-TRDY и-DEVSEL.

Рис. 8.11. Синхронный обмен шиной PCI.

При асинхронном обмене шиной PCI (Рис. 8.12) фаза адреса осуществляется как в предыдущем случае, а в фазе данных как Задатчики, так и исполнитель могут приостанавливать обмен снятием своих сигналов готовности (соответственно,-IRDY и-TRDY). Цикл обмена (транзакция) при этом увеличивается за счет введения дополнительных тактов ожидания. Сигналы-FRAME и-DEVSEL производятся аналогично как в случае синхронного обмена.

Рис. 8.12. Асинхронный обмен шиной PCI.

И в заключение несколько слов еще о двух внешние интерфейсы компьютера.

Стандарт интерфейса PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) или PC-card был предложен в 1990 году для портативных компьютеров (notebook) и используется для подключения к ним различных внешних устройств: модулей памяти (в том числе флэш-пам ' памяти), модемов и факс-модемов, сетевых контроллер� �в, дополнительных накопителей и т.д. PC-card-адаптеры отличаются очень малыми габаритами (с обычную кредитную карту) и достаточно высокой, по сравнению с другими аналогичными устройствами, стоимостью. Сейчас уже выпускаются PC-card-адаптеры для обычных (настольных) компьютеров. Если первая версия PC-card была предназначена только для модулей памяти, то второй (1991 год) позволяла включать устройства ввода / вывода и поддерживала два напряжения питания (5 В и 3,3 В). Последние разработки поддерживают режим Pn.

Для подключения PCMCIA-карт используется 68-контактный разъем. Разрядность переданных данных - 16, количество разрядов адреса - 26, что позволяет адресовать до 64 Мбайт памяти. Тактовая частота шины - до 33 МГц. Стандарт определяет три различных длины контактов разъема для обеспечения правильной последовательности подачи напряжения питания при подключении и отключении карты во время работы компьютера. Компьютер имеет преимущественно 2-3 слоты (разъемы) для PC-card. Стандарт предусматривает автоматическое распределение ресурсов компьютера для устройств PC-card (режим Pn).

Последовательный интерфейс USB (Universal Serial Bus) специально разрабатывался для простого подключения периферийных устройств. Шина USB представляет собой 4-ведущую линию связи с пропускной способностью 1,5 Мбайт / с (12 Мбит / с). К ней можно подключать до 127 устройств с древовидной схеме с использованием одного или нескольких розподилювальних устройств. Длина Абелю между отдельными устройствами USB может достигать 5 метров. В шине USB реализована поддержка режима Pn и возможность "горячего" подключения (без выключения питания). В данном стандарте уже выпускаются модемы, клавиатуры, мыши, сканеры, цифровые фотокамеры и т.д. Важно, что в шине предусмотрена подача на устройства, подключаемые, напряжения питания (в последовательном интерфейсе RS-232C, например, в этом нет).