Come funziona il PCI

Componenti del computer lavorano insieme attraverso un bus. Informazioni sui bus PCI e scheda PCI, come quello sopra.
La potenza e la velocità dei componenti del computer è aumentato ad un tasso costante poiché i computer desktop sono stati prime sviluppati decenni fa. Produttori di software creano nuove applicazioni in grado di utilizzare i più recenti progressi nella velocità del processore e capacità del disco rigido, mentre hardware makers fretta di migliorare i componenti e progettazione di nuove tecnologie per tenere il passo con le richieste del software di fascia alta.
C'è un solo elemento, tuttavia, che spesso sfugge notano - l' autobus. Essenzialmente, un bus è un canale o un percorso tra i componenti di un computer. Avendo un bus ad alta velocità è importante in una macchina con una buona trasmissione. Se si dispone di un motore di 700 CV abbinato a un cambio a buon mercato, si può ottenere tutto quel potere alla strada. Ci sono molti diversi tipi di autobus.
L'idea di un autobus è semplice..--consente di collegare i componenti per il processore del computer. Alcuni dei componenti che è possibile collegare includono dischi rigidi, memoria, sistemi audio, sistemi video e così via. Ad esempio, per vedere che cosa fa il computer, si utilizza normalmente uno schermo CRT o LCD. Hai bisogno di hardware speciale per guidare lo schermo, così lo schermo è pilotato da una scheda grafica. Una scheda grafica è una scheda a circuito stampato piccolo progettata per collegare il bus. La scheda grafica parla il processore con il bus del computer come un percorso di comunicazione.
Il vantaggio di un autobus è che rende parti più intercambiabili. Se si desidera ottenere una scheda grafica migliore, semplicemente staccare la vecchia scheda dal bus e plug-in uno nuovo. Se volete due monitor sul computer, si collega due schede grafiche in bus. E così via.
In questo articolo, potrete conoscere alcuni di quei bus. Ci concentreremo sul bus conosciuto come il PCI Peripheral Component Interconnect (). Parleremo di ciò che il PCI è, come funziona e come vengono utilizzati, e vedremo nel futuro della tecnologia bus.

L'illustrazione qui sopra Mostra come i vari autobus collegano alla CPU.

Sistema Bus vs PCI Bus

Venti o trent'anni fa, i processori sono stati così lenti che il processore e il bus sono stati sincronizzati- - l'autobus correva alla stessa velocità del processore, e c'era un autobus nella macchina. Oggi, i processori correre così veloce che la maggior parte dei computer hanno due o più autobus. Ogni autobus è specializzata in un determinato tipo di traffico.
Un tipico PC desktop ha oggi due autobus principale:

• Il secondo è un bus più lento per la comunicazione con cose come dischi rigidi e schede audio. Un autobus molto comune di questo tipo è conosciuto come il bus PCI. Questi autobus più lenti collegano al bus di sistema attraverso un ponte, che è una parte del chipset del computer e agisce come un poliziotto del traffico, integrando i dati da altri autobus al bus di sistema.

Tecnicamente ci sono altri autobus pure. Ad esempio, il Bus seriale universale (USB) è un modo di collegare le cose come fotocamere, stampanti e scanner al computer. Utilizza un filo sottile per connettersi ai dispositivi e molti dispositivi possono condividere quel filo contemporaneamente. FireWire è un altro autobus, oggi utilizzato principalmente per videocamere e dischi rigidi esterni.

Storia PCI

Il bus PC originale nel PC IBM originale (circa 1982) era 16 bit ampia e gestito a 4,77 MHz. Ufficialmente divenne noto come il bus ISA. Questo autobus design è in grado di passaggio lungo dati a una velocità di fino a 9 MBps (megabyte al secondo) o giù di lì, abbastanza veloce anche per molte delle applicazioni di oggi.
Diversi anni fa, il bus ISA è stato ancora utilizzato su molti computer. Quell'autobus accettate schede per computer sviluppati per il PC di IBM originale negli anni ottanta. Il bus ISA è rimasto in uso anche dopo le più avanzate tecnologie erano disponibili per sostituirlo.
C'erano un paio di motivi chiave per la sua longevità:

• A lungo termine compatibilità con un gran numero di produttori di hardware.
• Prima dell'ascesa di multimedia, alcune periferiche hardware utilizzate pienamente la velocità del bus più recenti.

Come la tecnologia avanzata e il bus ISA non è riuscito a tenere il passo, sono stati sviluppati altri bus. Chiave tra questi erano Extended Industry Standard architettura (EISA)..--che era 32 bit a 8 MHz..--e Vesa Local Bus (VL-Bus). La cosa più cool VL-Bus (nominato VESA, Video Electronics Standards Association, che ha creato lo standard) è che era 32 bit ampia e operato alla velocità del bus locale, che normalmente era la velocità del processore stesso. VL-Bus è essenzialmente legata direttamente nella CPU. Questo ha funzionato bene per un singolo dispositivo, o forse anche due. Ma più di due dispositivi di connessione per il Bus VL ha introdotto la possibilità di interferenza con le prestazioni della CPU. Per questo motivo, il VL-Bus veniva in genere utilizzato solo per il collegamento di una scheda grafica, un componente che beneficia davvero accesso ad alta velocità per la CPU.
Durante gli anni novanta, Intel ha introdotto un nuovo standard di autobus per la considerazione, il bus Peripheral Component Interconnect (PCI). PCI presenta un ibrido di sorta tra ISA e VL-Bus. Esso fornisce un accesso diretto alla memoria di sistema per i dispositivi collegati, ma utilizza un ponte per collegare al bus frontside e quindi alla CPU. Fondamentalmente, ciò significa che è capace di prestazioni addirittura superiori rispetto a VL-Bus, eliminando le potenziali interferenze con la CPU.

Tipi di bus

FRONTSIDE Bus, Bus didietro e schede PCI

Il bus frontside è una connessione fisica che effettivamente si connette il processore per la maggior parte degli altri componenti del computer, tra cui la memoria principale (RAM), hard disk e lo slot PCI. In questi giorni, il bus frontside solitamente opera a 400 MHz, con sistemi più recenti a 800 MHz.
Il bus parte posteriore è una connessione separata tra il processore e la cache di livello 2. Questo bus funziona ad una velocità più veloce del bus frontside, solitamente alla stessa velocità del processore, quindi tutti che memorizzazione nella cache funziona in modo più efficiente possibile. Gli autobus didietro si sono evoluti nel corso degli anni. Nel 1990, l'autobus sul retro era un filo che collegava il processore principale di un off-chip di cache. Questa cache è stato effettivamente un chip separato che ha richiesto la costosa memoria. Da allora, la cache di livello 2 è stata integrata nel processore principale, rendendo i processori più piccoli e meno costosi. Poiché la cache è ora sul processore stesso, in qualche modo l'autobus didietro non è davvero un bus più.
PCI può collegare più dispositivi di VL-Bus, fino a cinque componenti esterni. Ognuno dei cinque connettori per un componente esterno può essere sostituito con due dispositivi fissi sulla scheda madre. Inoltre, è possibile avere più di un bus PCI nello stesso computer, anche se questo avviene raramente. Il chip bridge PCI regola la velocità del bus PCI indipendentemente dalla velocità della CPU. Questo fornisce un alto grado di affidabilità e garantisce che i produttori hardware PCI sapere esattamente cosa progettare per.
PCI originariamente azionato a 33 MHz, utilizzando un percorso di 32-bit di ampiezza. Revisioni dello standard includono aumentando la velocità da 33 MHz a 66 MHz e raddoppiando il numero di bit a 64. Prevede attualmente, PCI-X 64 bit trasferimenti ad una velocità di 133 MHz per un'incredibile velocità di trasferimento 1 GBps (gigabyte al secondo)!

Schede PCI utilizzano 47 pin.
Schede PCI utilizzano 47 pin per collegare (49 pin per una carta di masterizzazione, in grado di controllare il bus PCI senza l'intervento della CPU). Il bus PCI è in grado di lavorare con così pochi perni per hardware multiplexing, che significa che il dispositivo invia più segnali di sopra un singolo perno. Inoltre, PCI supporta i dispositivi che utilizzano 5 volt o 3,3 volt.
Anche se Intel ha proposto lo standard PCI nel 1991, esso non raggiunse popolarità fino all'arrivo di Windows 95 (nel 1995). Questo improvviso interesse nel PCI era dovuta al fatto che Windows 95 supportato una funzionalità denominata Plug and Play (PnP), che parleremo nella sezione successiva.
Il bus PCI è stato adeguato per molti anni, fornendo abbastanza banda per tutte le periferiche di maggior parte degli utenti potrebbe voler collegare. Tutti tranne uno: schede grafiche. Nei metà di anni 90, erano sempre più potente, schede grafiche e giochi 3D chiedevano prestazioni più elevate. Il bus PCI proprio non riusciva a gestire tutte le informazioni che passano tra il processore principale e il processore grafico. Di conseguenza, Intel ha sviluppato la porta AGP (Accelerated Graphics). AGP è un bus dedicato completamente alle schede grafiche. La larghezza di banda attraverso il bus AGP non è condiviso con altri componenti. Anche se il PCI continua a essere il bus di scelta per la maggior parte delle periferiche, AGP ha ripreso l'attività di elaborazione grafica specializzata. Tuttavia, una nuova tecnologia di bus ha colpito il mercato che solo potrebbe significare la fine per AGP. Più su questo più avanti nell'articolo, rimanete sintonizzati...

Plug and Play

Plug and Play (PnP) significa che è possibile collegare un dispositivo o si inserisce una scheda nel computer ed è automaticamente riconosciuto e configurato per lavorare nel vostro sistema. PnP è un concetto semplice, ma ha preso uno sforzo concertato da parte dell'industria del computer per farlo accadere. Intel ha creato lo standard plug and Play ed esso incorporato nel design per PCI. Ma non era fino a parecchi anni dopo che un tradizionale sistema operativo, Windows 95, ha fornito supporto a livello di sistema per PnP. L'introduzione del plug and Play accelerato la domanda per i computer con PCI, soppiantando rapidamente ISA come bus della scelta.
Per essere pienamente attuato, PnP richiede tre cose:
BIOS PnP - l'utilità di nucleo che consente PnP e rileva le periferiche plug and Play. Il BIOS legge anche l'ESCD per informazioni di configurazione esistenti dispositivi PnP.
Esteso i dati di configurazione di sistema (ESCD) - un file che contiene informazioni sui dispositivi PnP installati.
Sistema operativo PnP - qualsiasi sistema operativo, come Windows XP, che supporta PnP. PnP gestori nel sistema operativo completano il processo di configurazione avviato dal BIOS per ogni dispositivo PnP. PnP consente di automatizzare diverse attività chiave che in genere sono stati fatti manualmente o con un'utilità di installazione fornito dal produttore dell'hardware. Queste attività includono l'impostazione di:

• Le richieste di interrupt (IRQ) - An IRQ, noto anche come un interrupt hardware, è utilizzato da varie parti di un computer per ottenere l'attenzione della CPU. Ad esempio, il mouse invia un IRQ ogni volta che si è spostato alla CPU di far sapere che si sta facendo qualcosa. Prima PCI, ogni componente hardware necessaria un'impostazione IRQ separata. Ma PCI gestisce gli interrupt hardware presso il ponte di autobus, permettendo così di utilizzare un unico sistema IRQ per più dispositivi PCI.
• Accesso diretto alla memoria (DMA) - questo significa semplicemente che il dispositivo è configurato per accedere alla memoria di sistema senza prima consultare la CPU.
• Gli indirizzi di memoria - molti dispositivi sono assegnate una sezione di memoria di sistema per uso esclusivo di quel dispositivo. Questo garantisce che l'hardware ha le risorse necessarie per operare correttamente.
• Configurazione di input/Output (i/o) - questa impostazione definisce le porte utilizzate dal dispositivo per la ricezione e l'invio di informazioni.

Mentre il PnP rende molto più facile per aggiungere dispositivi al computer, non è infallibile.
Variazioni nelle routine software che consente agli sviluppatori del BIOS PnP, produttori di dispositivi PCI e Microsoft hanno portato molti a riferirsi a PnP come "Plug and Pray". Ma l'effetto complessivo del PnP è stato quello di semplificare notevolmente il processo di aggiornamento del computer per aggiungere nuovi dispositivi o sostituire quelli esistenti.

Questa scheda madre dispone di quattro slot PCI.

L'aggiunta di un dispositivo PCI

Diciamo che hanno appena aggiunto una nuova scheda audio PCI-basato sul computer Windows XP. Ecco un esempio di come avrebbe funzionato.

1. Puoi aprire il case del computer e collegare la scheda audio e uno slot PCI vuoto sulla scheda madre.
2. Si chiude il caso del computer e accendere il computer.
3. Il BIOS di sistema avvia il BIOS PnP.
4. Il BIOS PnP esegue la scansione del bus PCI per l'hardware. Lo fa inviando un segnale a qualsiasi dispositivo collegato al bus, chiedendo il dispositivo che è.
5. La scheda audio risponde identificandosi. L'ID del dispositivo viene inviato indietro attraverso il bus al BIOS.
6. Il PnP BIOS controlla l'ESCD per vedere se i dati di configurazione per la scheda audio sono già presenti. Dato che la scheda audio è stato appena installata, non c'è esistente ESCD per esso.
7. Il BIOS PnP assegna IRQ, DMA, indirizzi di memoria e I/O impostazioni per la scheda audio e salva i dati nell'ESCD.
8. Windows XP si avvia. Controlla l'ESCD e il bus PCI. Il sistema operativo rileva che la scheda audio è una nuova periferica e visualizza una piccola finestra che ti dice che Windows ha trovato nuovo hardware e sta determinando quello che è.
9. In molti casi, Windows XP sarà identificare il dispositivo, trovare e caricare i driver necessari, e sarete pronti ad andare. Se così non fosse, il "Found New Hardware Wizard" si aprirà. Questo vi diretto a installare i driver dal disco fornito con la scheda audio.
10. Una volta installato il driver, il dispositivo dovrebbe essere pronto per l'uso. Alcuni dispositivi possono richiedere che si riavvia il computer prima di poterle utilizzare. Nel nostro esempio, la scheda audio è immediatamente pronta all'uso.
11. Volete catturare alcuni audio da un deck cassetta esterna che sono collegati alla scheda audio. Potete impostare il software di registrazione fornito con la scheda audio e iniziare a registrare.
12. L'audio entra in della scheda audio tramite un connettore audio esterno. La scheda audio converte il segnale analogico in un segnale digitale.
13. I dati audio digitali dalla scheda audio sono trasportati attraverso il bus PCI per il controller del bus. Il controller determina quale dispositivo sul dispositivo PCI ha priorità per inviare i dati alla CPU. Inoltre controlla per vedere se i dati sta andando direttamente alla CPU o alla memoria di sistema.
14. Dato che la scheda audio è in modalità di registrazione, il controller bus assegna una priorità ai dati provenienti da esso e invia i dati della scheda audio oltre il ponte di autobus al bus di sistema.
15. Il bus di sistema salva i dati nella memoria di sistema. Una volta completata la registrazione, è possibile decidere se i dati dalla scheda audio sono salvati su un disco rigido o conservati nella memoria per ulteriori elaborazioni.

Gli standard PCI e PCI Express

Velocità del processore Climb costantemente nella gamma GHz, molte aziende stanno lavorando febbrilmente per sviluppare uno standard di bus di nuova generazione. Molti ritengono che il PCI, come ISA prima di esso, si avvicina il limite superiore di quello che può fare.
Tutti i nuovi standard proposti hanno qualcosa in comune. Essi propongono facendo via con la tecnologia bus condiviso utilizzato nel PCI e trasferirsi in una commutazione connessione punto-punto. Questo significa che viene stabilita una connessione diretta tra due dispositivi (nodi) sul bus mentre stanno comunicando con a vicenda. Fondamentalmente, mentre stanno parlando di questi due nodi, nessun altro dispositivo può accedere a tale percorso. Fornendo più collegamenti diretti, tale un autobus può consentire diversi dispositivi comunicare con nessuna possibilità di rallentare l'altro.
HyperTransport, standard proposto da Advanced Micro Devices, Inc (AMD), è pubblicizzato da AMD come la progressione naturale dal PCI. Per ogni sessione tra nodi, fornisce due collegamenti punto-punto. Ogni link può essere ovunque da 2 bit a 32 bit di larghezza, sostenendo una velocità di trasferimento massima di 6,4 GB al secondo. HyperTransport è progettato specificamente per collegare i componenti interni del computer a vicenda, non per il collegamento di dispositivi esterni, quali unità rimovibili. Lo sviluppo di chip ponte consentirà dispositivi PCI accedere al bus HyperTransport.
PCI-Express, sviluppato da Intel (e precedentemente noto come 3GIO o i/o di 3 ° generazione), sembra essere la "next big thing" in tecnologia di bus. Al primo, più veloce del bus sono stati sviluppati per i server di fascia alta. Questi erano chiamati PCI-X e PCI-X 2.0, ma non erano adatti per il mercato dei computer di casa, perché era molto costoso costruire schede madri con PCI-X.
PCI-Express è una bestia completamente diversa - si rivolge al mercato home computer e potrebbe rivoluzionare non solo le prestazioni del computer, ma anche la stessa forma e forma di sistemi di computer di casa. Questo nuovo bus non è solo più veloce e in grado di gestire più larghezza di banda rispetto a PCI. PCI-Express è un sistema punto-punto, che consente prestazioni migliori e potrebbe anche rendere più conveniente la produzione di schede madri. Slot PCI-Express accetterà anche vecchie schede PCI, che li aiuteranno a diventare popolare più rapidamente di quanto sarebbe se di tutti componenti PCI erano improvvisamente inutili.
È anche scalabile. Uno slot PCI-Express base sarà una connessione 1x. Ciò fornirà abbastanza banda per connessioni Internet ad alta velocità e altre periferiche. 1 x significa che c'è una corsia per trasportare dati. Se un componente richiede più larghezza di banda, 2 x PCI-Express, 4 x, 8 x e x 16 slot può essere costruito in schede madri, aggiungendo più vicoli e consentendo al sistema di trasportare più dati attraverso la connessione. Infatti, PCI-Express slot 16x sono già disponibili al posto di slot della scheda grafica AGP su alcune schede madri. PCI-Express 16X schede video sono all'avanguardia in questo momento, che costano più di $500. Come i prezzi scendono e schede madri costruiti per gestire le carte più recenti diventano più comuni, AGP potrebbe svanire nella storia.

PCI Express e il futuro

PCI-Express potrebbe significare più di computer più veloce. Come si sviluppa la tecnologia, i produttori di computer potrebbero progettare una scheda madre con connettori PCI-Express che si attaccano ai cavi speciali. Questo potrebbe consentire per sistema informatico completamente modulare, tanto come impianti stereo domestici. Si avrebbe una piccola scatola con la scheda madre e processore e una serie di prese di connessione PCI-Express. Un hard disk esterno potrebbe connettersi tramite USB 2.0 o PCI-Express. Inoltre potrebbero collegare piccoli moduli contenenti schede audio, schede video e modem. Invece di una grande scatola, il computer potrebbe essere organizzato in qualsiasi modo si desidera, e sarebbe solo grande come i componenti che necessari.

Pubblicato per scopi didattici