Типовой персональный компьютер

Состав типового персональный компьютер

Обычно под набором комплектующих, объединенных понятием “типовой персональный компьютер”, понимают следующий их состав:

Корпус с блоком питания;
Системная (материнская) плата (motherboard);
Процессор (CPU – Control Processor Unit);
Оперативная память (RAM – Random Access Memory);
Видеокарта;
Монитор;
Жесткий диск (HDD – Hard Disk Drive);
Клавиатура (Keyboard);
Мышь (Mouse);
Дисковод CD-ROM (CD-RW, DVD);
Дисковод гибких дисков (FDD – Floppy Disk Drive);
Звуковая карта (Soundcard);
Модем;
Сетевая карта;
Источник бесперебойного питания (UPS).

Другие устройства, как то: принтеры, сканеры, дигитайзеры, видео- и фотокамеры, джойстики и прочие, по отношению к компьютерной системе являются внешними.

В настоящее время при покупке ПК нам небходимо выбрать связку:

Процессор
Материнская плата
Память

Структура материнской платы современного ПК

Системная (systemboard,SB) или материнская (matheroard, MB) плата является главной составной частью ПК. Основное назначение системной платы — соединение всех узлов компьютера в одно устройство.

Конструктивно системная плата выполняется в виде многослойной текстолитовой печатной платы. Количество слоев может достигать 12, но чаше всего используют 8. Между каждым слоем располагаются печатные проводники, выполненные из металлической фольги, которые соединяют ножки микросхем, резисторов, конденсаторов и разъемов между собой.

Так как современные процессоры работают с внешними устройствами на частоте в несколько сотен мегагерц, то длина и расположение печатных проводников теперь рассчитывается по тем же принципам, что и для СВЧ-устройств, когда каждый лишний сантиметр проводника играет огромную роль. В этом можно убедиться, осмотрев системную плату — некоторые проводники, на- пример, проложены не по прямой линии, а с изгибами в виде пружины, что уравнивает их длину.

На СП непосредственно расположены

разъем для подключения микропроцессора;
набор системных микросхем (чипсет, chipset), обеспечивающих работу микропроцессора и других узлов машины;
микросхема постоянного запоминающего устройства, содержащего программы базовой системы ввода-вывода (Basic Input-Output System — BIOS);
микросхема энергонезависимой памяти (питается от автономного расположенного на MB аккумулятора), по типу используемых электронных элементов называемая CMOS;
микросхемы кэш-памяти 2-го уровня (если они отсутствуют на плате микропропроцессора) или кэш –память 3-го уравня.
разъмы для подключения модулей оперативной памяти
наборы микросхем и разъмы для системных, локальных и переферийных интерфейсов
микросхемы мультимедийных устройств и т.д.

На рис. показан в упрощенном виде принцип построения электроники системной платы. На рисунке, в центре, между процессором, модулями оперативной памяти и внешними устройствами расположен чипсет — набор микросхем, которые выполняют служебные функции по распределению сигналов между всеми блоками. При подаче напряжения питания чипсет вырабатывает определенную последовательность команд, которая активизирует процессор. Процессор, в свою очередь, по программе BIOS тестирует и активизирует остальные устройства, установленные и подключенные к системной плате. Если старт компьютера прошел успешно, то микросхемы чипсета связывают процессор, память и периферийные устройства в единое целое — вычислительное устройство, готовое выполнить команды пользователя или определенным образом реагировать на появление сигналов в интерфейсных линиях

Если посмотреть внимательно на блок-схему на рис. XX, а, то можно заметить, что поток информации от процессора к оперативной памяти и обратно проходит через электронику чипсета. Даже если в чипсете есть только буферные цепи, то и они, увы, вносят небольшую задержку времени, пусть даже в идеале и в один такт системной шины. Для современных компьютерных систем подобная задержка— это уже много, поэтому сначала корпорация AMD, а потом и Intel перенесли контроллер памяти на кристалл процессора (рис. 4.2, б). При таком принципе построения процессор работает с памятью непосредственно, и ликвидируются лишние звенья, что повышает общую производительность системы.

Cхематическое изображение чипсета материнской платы

Наиболее известными производителями материнских плат на российском рынке в настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, MSI, Intel, Elitegroup, AsRock. Ранее большой известностью пользовались платы фирм Abit и Epox. На сегодня обе фирмы прекратили выпуск материнских плат. Из российских производителей материнских плат можно упомянуть только компанию Формоза, которая производила платы, используя компоненты фирм Lucky Star и Albatron. Из украинских — корпорацию «Квазар-Микро».[Важный параметр материнской платы- ее форм-фактор. Именно от него зависит:

Количество слотов расширения

Слотов оперативной памяти

Интегрированных контроллеров.

Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.

Современные: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX, CEB.

Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX

Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов (см. таблицу). Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый «бренд», например Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 году, когда многие производители уже создали собственные платформы)

Как уже упоминалось выше, форм-фактор материнской платы задает не только ее геометрические размеры, но и количество слотов расширения. Например, один PCI Express и шесть PCI-слотов могут быть размещены только на платах формата АТХ или Extended ATX. На платах меньшего размера количество слотов будет другим (четыре у micro-ATX и три у flex-АТХ). Часто один-два PCI-слота заменяются одним или двумя слотами PCI Express.

Форм-фактор	Физические размеры	Спецификация, год	Примечание
XT	8,5 × 11" (216 × 279 мм)	IBM, 1983	архитектура IBM PC XT
AT	12 × 11"–13" (305 × 279–330 мм)	IBM, 1984	архитектура IBM PC AT (Desktop/Tower)
Baby-AT	8,5" × 10"–13" (216 × 254-330 мм)	IBM, 1990	архитектура IBM PC XT (форм-фактор считается недействительным с 1996 г.)
ATX	12" × 9,6" (305 × 244 мм)	Intel, 1995	для системных блоков типов MiniTower, FullTower
ATX Riser		Intel, 1999	для cистемных блоков типа Slim
eATX	12" × 13" (305 × 330 мм)
Mini-ATX	11,2" × 8,2" (284 × 208 мм)		для системных блоков типа Tower и компактных Desktop
microATX	9,6" × 9,6" (244 × 244 мм)	Intel, 1997	Имеет меньше слотов, чем ATX, также возможно использование меньшего PSU
LPX	9" × 11"–13" (229 × 279–330 мм)	Western Digital, 1987	для системных блоков типа Slim
Mini-LPX	8"–9" × 10"–11" (203–229 мм × 254–279 мм)	Western Digital, 1987	для системных блоков типа Slim
NLX	8"–9" × 10"-13,6" (203–229 мм × 254–345 мм)	Intel, 1997	предусмотрен AGP, лучшее охлаждение чем у LPX
FlexATX	9,6" × 7,5"-9.6" (244 × ?-244 мм)	Intel, 1999	разработан как замена для форм-фактора MicroATX
WTX	14" × 16,75" (355,6 × 425,4 мм)	1999	для высокопроизводительных рабочих станций и серверов среднего уровня
Mini-ITX	6,7" × 6,7" (170 × 170 мм)	VIA Technologies, 2003	допускаются только 100 Вт блоки питания
Nano-ITX	(120 × 120 мм)	VIA Technologies, 2004
BTX	12,8" × 10,5" (325 × 267 мм)	Intel, 2004	допускается до 7 слотов и 10 отверстий для монтажа платы
MicroBTX	10,4" × 10,5" (264 × 267 мм)	Intel, 2004	допускается до 4 слотов и 7 отверстий для монтажа платы
PicoBTX	8,0" × 10,5" (203 × 267 мм)	Intel, 2004	допускается 1 слот и 4 отверстия для монтажа платы
ETX и PC-104			используются для встраиваемых (embedded) систем
CEB	12" × 10,5" (305 × 267 мм)	2005	для высокопроизводительных рабочих станций и серверов среднего уровня
Pico-ITX	3,9" × 2,7" (100 х 72 мм)	VIA, 2007	используются в ультракомпактных встраиваемых системах

Форм-фактор AT и АТХ

В 1996 г. корпорация Intel предложила форм-фактор АТХ, который является серьезно модернизированным форм-фактором AT. Глубокой переработке подверглась системная плата, на которой были перегруппированы все основные элементы. В частности, процессор передвинут в зону действия вентилятора блока питания, что, как считалось, улучшит охлаждение процессора (оказалось, что это справедливо только для маломощных процессоров!). На системную плату штатно стали монтировать с десяток интерфейсных разъемов, которые ранее монтировались отдельно на корпусе компьютера.

Блок питания ATX, кроме стандартных для AT напряжений и сигналов, обеспечивает также напряжение 3.3 В и имеет возможность включения и отключения основного питания по сигналу с платы, которая имеет для этого программный интерфейс. Имеется также отдельная линия слаботочного питания 5 В, напряжение на которой поддерживается постоянно и используется в цепях управления основным питанием для отслеживания внешних сигналов запуска по сети, модему и т.п.

Для соединения блока питания с платой используется единый 20-контактный разъем ( см. рис ). В стандарте ATX оговорен также необязательный разъем, через который с блока питания на плату подается информация о частоте вращения вентилятора, а с платы в блок питания - сигнал управления вентилятором и контрольный уровень напряжения 3.3 В для более точной его стабилизации.

24-контактный разъем питания материнской платы ATX12V 2.x (20-контактный не имеет последних четырёх: 11, 12, 23 и 24)
Цвет	Сигнал	Контакт	Контакт	Сигнал	Цвет
Оранжевый	+3.3 V	1	13	+3.3 V	Оранжевый
Оранжевый	+3.3 V	1	13	+3.3 V sense	Коричневый
Оранжевый	+3.3 V	2	14	−12 V	Синий
Чёрный	Земля	3	15	Земля	Чёрный
Красный	+5 V	4	16	Power on	Зелёный
Чёрный	Земля	5	17	Земля	Чёрный
Красный	+5 V	6	18	Земля	Чёрный
Чёрный	Земля	7	19	Земля	Чёрный
Серый	Power good	8	20	Не подключен
Фиолетовый	+5 V standby	9	21	+5 V	Красный
Жёлтый	+12 V	10	22	+5 V	Красный
Жёлтый	+12 V	11	23	+5 V	Красный
Orange	+3.3 V	12	24	Земля

Наружные интерфейсные разъемы располагаются в области верхнего правого угла платы и могут устанавливаться друг над другом. Для разъемов расширения отведена левая половина платы (до семи разъемов); за счет вынесения процессора на правую сторону ограничения на длину устанавливаемых плат отсутствуют. Разъемы для модулей памяти расположены посередине, а интерфейсные разъемы дисков - в правом нижнем углу, в непосредственной близости от самих дисков.

Форм-фактор или типоразмер системной платы определяет ее размеры, тип разъема питания, расположение элементов крепления (отверстий, клипсов), размещение разъемов различных интерфейсов и т. д. Требования к максимальным размерам системных плат приведены ниже.

Наименование Ширина, мм Глубина, мм

АТХ 305 244

Mini АТХ 284 208

Micro АТХ 244 244

Flex АТХ 229 191

АТ 305 330

Baby АТ 216 330

NLX 229 345

LPX 229 330

Mini LPX 229 279

Front Side Bus (FSB)

Front Side Bus (FSB) — шина, обеспечивающая соединение между x86-совместимым центральным процессором и внутренними устройствами.

Как правило, современный персональный компьютер на базе x86-совместимого микропроцессора устроен следующим образом: микропроцессор через FSB подключается к системному контроллеру, который обычно называют «северным мостом», (англ. Northbridge). Системный контроллер имеет в своём составе контроллер ОЗУ (в некоторых современных персональных компьютерах контроллер ОЗУ встроен в микропроцессор), а также контроллеры шин, к которым подключаются периферийные устройства. Получил распространение подход, при котором к северному мосту подключаются наиболее производительные периферийные устройства, например, видеокарты с шиной PCI Express 16x, а менее производительные устройства (микросхема BIOSа, устройства с шиной PCI) подключаются к т. н. «южному мосту» (англ. Southbridge), который соединяется с северным мостом специальной шиной. Набор из «южного» и «северного» мостов называют набором системной логики, но чаще применяется калька с английского языка «чипсет» (англ. chipset).

Таким образом, FSB работает в качестве магистрального канала между процессором и чипсетом.

Некоторые компьютеры имеют внешнюю кэш-память, подключенную через «заднюю» шину (англ. back side bus), которая быстрее, чем FSB, но работает только со специфичными устройствами.

Каждая из вторичных шин работает на своей частоте (которая может быть как выше, так и ниже частоты FSB). Иногда частота вторичной шины является производной от частоты FSB, иногда задаётся независимо.

Процессорная шина

Две составляющие чипсета для “старых” процессоров получили название “северный мост” (он же Host Bridge) и “южный мост” (PCI to ISA Bridge). Северный мост непосредственно соединен с процессором специальной шиной, которая называется системной (FSB – Front Side Bus). FSB имеет ширину 64 бит (или 8 байт). У Intel эта шина называется GTL+ (AGTL+), у AMD – EV6.

Частота шины FSB – это именно та частота, которая умножается на коэффициент умножения процессора и определяет его рабочую частоту. Так, номинальная частота FSB для процессоров Celeron была– 66 МГц, для Pentium III была – 100 или 133 МГц, для процессоров AMD (Athlon, Duron) была– 100, 133, 166 или 200 МГц (но поскольку спецификация EV6 предусматривает передачу данных по фронту и спаду синхроимпульса, то эффективная частота в этом случае получается 200, 266, 333 или 400 МГц). Таким образом, пропускная способность шины FSB EV6 была в два раза выше шин GTL+ и AGTL+. Это сокращает время простоя процессора, ожидающего освобождения шины, осуществляющей передачу данных на удвоенной частоте, для осуществления нового цикла чтение/записи. Кроме того, повышение скорости передачи данных через процессорную шину способствовало более эффективной работе подсистемы оперативной памяти. Начиная с процессора Pentium 4 внедрился новый стандарт шины FSB. Шина процессора при тактовой частоте 100, 133, 200,266,333 МГц осуществляет передачу данных с частотой 400, 533, 800 МГц (QPB (Quad Pumped Bus), передающую данные 4 раза за цикл. Quad-pumped – 4X). Такая организация передачи увеличивает пропускную способность шины до 8533 МБ/с в отличие от 1,06 Гбайт/с шины стандарта AGTL+ с рабочей частотой 133 МГц.

(FSB – QPB, или Quad-Pumped Bus, способна передавать четыре блока данных за такт и два адреса за такт! То есть за каждый такт синхронизации шины по ней может быть передана команда либо четыре порции данных (напомним, что шина FSB–QPB имеет ширину 64 бит, то есть за такт может быть передано до 4х64=256 бит, или 32 байт данных). Итого, скажем, для частоты FSB, равной 200 МГц, эффективная частота передачи адреса для выборки данных будет эквивалентна 400 МГц (2х200 МГц), а самих данных – 800 МГц (4х200 МГц)

Процессор	частота FSB	Тип FSB	Теоретическая пропускная способность
Pentium II	66 / 100 МГц	GTL+	533 / 800 МБ/с
Pentium III	100 / 133 МГц	AGTL+	800 / 1066 МБ/с
Pentium 4	100 / 133 / 200 МГц	QPB	3200 / 4266 / 6400 МБ/с [1]
Pentium M	100 / 133 МГц	QPB	3200 / 4266 МБ/с [1]
Pentium D	133 / 200 МГц	QPB	4266 / 6400 МБ/с [1]
Pentium 4 EE	200 / 266 МГц	QPB	6400 / 8533 МБ/с [1]
Intel Core	133 / 166 МГц	QPB	4266 / 5333 МБ/с [1]
Intel Core 2	200 / 266 / 333 / 400 МГц	QPB	6400 / 8533 / 10660 / 12800 МБ/с [1]
Xeon — ядро P6	100 / 133 МГц	GTL+	800 / 1066 МБ/с
Xeon — ядро NetBurst	100 / 133 / 166 / 200 / 266 / 333 МГц	QPB	3200 / 4266 / 5333 / 6400 / 8533 / 10660 МБ/с [1]
Xeon — ядро Penryn	266 / 333 / 400 МГц	QPB	8533 / 10660 / 12800 МБ/с [1]
Athlon	100 / 133 МГц	EV6	1600 / 2133 МБ/с [2]
Athlon XP	133 / 166 / 200 МГц	EV6	2133 / 2666 / 3200 МБ/с [2]
Почти все AMD K8 Athlon 64/FX/Opteron	800 / 1000 МГц	HyperTransport v1	6400 / 8000 МБ/с [2]
Новое поколение AMD K8 и все K10 Turion 64 X2/Phenom/Phenom II	1600 / 1800 / 2000 МГц	HyperTransport v3	12800 / 14400 / 16000 МБ/с [2]
PowerPC 970	900 / 1000 / 1250 МГц	—	7200 / 8000 / 10000 МБ/с

Direct Media Interface, сокр. DMI — последовательная шина разработанная Intel для подсоединения южного моста материнской платы (ICH) к северному мосту (MCH или GMCH). В материнских платах для процессоров с разъемом LGA 1156 (то есть для Core i3, Core i5 и некоторых серий Core i7[1] и Xeon) и со встроенным контроллером памяти, DMI используется для подсоединения чипсета (PCH) непосредственно к процессору[2]. (Процессоры серии Core i7 для LGA 1366 подсоединяется к чипсету через шину QPI[3].)

Первыми чипсетами с DMI было семейство Intel 915, выпущенное в 2004 году[4].

DMI является проприетарной технологией Intel. В 2009 году Intel отказалась лицензировать шину DMI фирме Nvidia. Поскольку поддержка DMI встроена в процессоры с ядром Nehalem для разъема LGA 1156 и используется для подсоединения к чипсету, Nvidia фактически потеряла право производить чипсеты для большей части новых процессоров Intel[

Intel QuickPath Interconnect, "QuickPath" (ранее Common System Interface, CSI) — стандарт на процессорную шину типа точка-точка для связи процессоров, разработанный фирмой Intel. Данный интерфейс создавался в ответ на разработанный ранее консорциумом во главе с фирмой AMD интерфейс HyperTransport.

Интерфейс QuickPath заменил применяющуюся ранее в процессорах Xeon, Itanium 2, Pentium 4, Core 2 шину Front Side Bus. Первые процессоры с интерфейсом QuickPath были выпущены на рынок в 2008 году; ими стали процессоры с архитектурой Nehalem.

Производительность интерфейса составляет от 4.8 до 6.4 миллиарда пересылок в секунду, т.е. от 24 до 32 гигабайт в секунду на каждое соединение.

Back side bus (BSB) — шина кэш-памяти второго уровня в процессорах с двойной независимой шиной (англ. DIB - Dual Independed Bus).

Для связи с контроллером памяти предназначена FSB (Front side bus), работающая в качестве магистрального канала между процессором и чипсетом.

Приведм пропускные способности различных интерфейсов передачи данных, применяемых в компьютерной технике. Для обозначения пропускной способности интерфейса иногда могут использоваться термины ёмкость канала или производительность.

Традиционно, пропускная способность «параллельных интерфейсов» (для передачи данных используется группа сигналов, число которых обычно кратно 8, называемых линиями данных и выделенного сигнала — тактового сигнала; при возникновении определённого состояния на линии тактового сигнала получатель узнаёт, что состояния линий данных установились и данные могут быть считаны) измеряется в байтах в секунду; в то время как пропускная способность «последовательных интерфейсов» (при реализации интерфейса не используются специальные тактовые сигналы) измеряется в битах в секунду. В данном документе для каждого интерфейса величина пропускной способности приводится как в байтах в секунду так и в битах в секунду, но наиболее употребительные единицы выделены жирным шрифтом.

Интерфейсы в списке сгруппированы по функциональному признаку и в рамках группы перечислены начиная от менее производительных к более производительным.

Для каждого интерфейса в списке приводится пиковая пропускная способность — теоретическая максимальная пропускная способность; в реальных условиях производительность интерфейса как правило окажется значительно ниже, нежели та, что приведена в таблице.
Максимальные скорости передачи информации через интерфейсы
персонального компьютера
Расчет максимальной пропускной способности системных шин на материнской плате ПК

Процессорная
хост-шина
(для fFSB = 66МГц)

66 МГц  64 бит = 4224 Мбит/с

4224 Мбит/с : 8 = 528 Мбайт/с

ISA

8 МГц  16 бит = 128 Мбит/с
128 Мбит/с : 2 цикла = 64 Мбит/с

64 Мбит/с : 8 = 8 Мбайт/с

PCI

33 МГц  32 бит = 1056 Мбит/с

1056 Мбит/с : 8 = 132 Мбайт/с

AGP

66,6 МГц  32 бит = 2131 Мбит/с
2131 Мбайт/с : 8 = 266 Мбайт/с

266 Мбайт/с  2 блока ≈ 533 Мбайт/с (если AGP 2x)

266 Мбайт/с  4 блока ≈ 1066 Мбайт/с (если AGP 4x)

266 Мбайт/с  8 блоков ≈ 2133 Мбайт/с (если AGP 8x)

ISA-8 bit

Шина	ISA	Расчёт Макс. Скор. ,Мбайт/с
Год выпуска	1984
Разрядность данных	8
Разрядность адреса	20	8 бит/8* *4.77 МГц= =4.77 Мбайт/с
Такт. Частота,МГц	8
Макс. Скор.,Мбайт/с	4.77
Макс.кол-во устр-в	6
Кол-во сигналов	62

ISA-16 bit

Шина	ISA	Расчёт Макс. Скор. ,Мбайт/с
Год выпуска	1984
Разрядность данных	16
Разрядность адреса	24	16 бит/8* *8 МГц= =16 Мбайт/с
Такт. Частота,МГц	8
Макс. Скор.,Мбайт/с	16
Макс.кол-во устр-в	6
Кол-во сигналов	98

Шина EISA

Шина	EISA	Расчёт Макс. Скор. ,Мбайт/с
Год выпуска	1989
Разрядность данных	32
Разрядность адреса	32	32 бит/8* 8 МГц= =32 Мбайт/с
Такт. Частота,МГц	8
Макс. Скор.,Мбайт/с	33
Макс.кол-во устр-в	15
Кол-во сигналов	188

Шина MCA

Шина	MCA	Расчёт Макс. Скор. ,Мбайт/с
Год выпуска	1987
Разрядность данных	32/64
Разрядность адреса	32	32 бит/8* 10 МГц= =16 Мбайт/с
Такт. Частота,МГц	10
Макс. Скор.,Мбайт/с	20/40
Макс.кол-во устр-в	16
Кол-во сигналов	178

Шина VLB

Шина	VLB	Расчёт Макс. Скор. ,Мбайт/с
Год выпуска	1987
Разрядность данных	32
Разрядность адреса	32	32 бит/8* 33 МГц= =132 Мбайт/с
Такт. Частота,МГц	<33
Макс. Скор.,Мбайт/с	130
Макс.кол-во устр-в	2-3
Кол-во сигналов	112

Шина PCI

Шина	PCI	Расчёт Макс. Скор. ,Мбайт/с
Год выпуска	1992
Разрядность данных	32/64
Разрядность адреса	32	32 бит/8* 33 МГц= =132 Мбайт/с ; 64 бит/8* 33 МГц= =264 Мбайт/с ; 64 бит/8* 66МГц=528 Мбайт/с
Такт. Частота,МГц	33,66
Макс. Скор.,Мбайт/с	132/264,520
Макс.кол-во устр-в	10
Кол-во сигналов	124/188

История PCI

В 1991 году Intel предлагает базовую версию (1.0) проекта стандарта шины PCI (Peripheral Component Interconnect — Соединение Периферийных Компонент). PCI призвана заменить ISA (а позже и ее не очень удачную и дорогую серверную расширенную модификацию EISA). Кроме значительно возросшей пропускной способности, новую шину характеризует возможность динамической конфигурации выделяемых присоединенным устройствам ресурсов (прерываний).

В 1993 году PCI Special Interest Group (PCISIG, Специальная Группа Интересов PCI, https://www.pcisig.com/ — организация, взявшая на себя заботу о разработке и принятии различных стандартов имеющих отношение к PCI) публикует обновленную 2.0 ревизию стандарта ставшую основой для широкой экспансии PCI (и различных ее модификаций) в индустрии информационных технологий. В деятельности PCISIG принимают участие многие известные компании, включая родоначальника PCI — корпорацию Intel, подарившую индустрии множество долгоиграющих, исторически успешных стандартов. Итак, базовая версия PCI (IEEE P1386.1):

Тактовая частота шины 33 МГц, используется синхронная передача данных;

Пиковая пропускная способность 133 МБ в секунду;

Параллельная шина данных шириною 32-бита;

Адресное пространство 32-бита (4 ГБ);

Сигнальный уровень 3.3 или 5 вольт.

Позже появляются следующие ключевые модификации шины:

PCI 2.2 — допускается 64-бит ширина шины и/или тактовая частота 66 МГц, т.е. пиковая пропускная способность до 533 МБ/сек.;

PCI-X, 64-бит версия PCI 2.2 с увеличенной до 133 МГц частотой (пиковая пропускная полоса 1066 МБ/сек.);

PCI-X 266 (PCI-X DDR), DDR версия PCI-X (эффективная частота 266 МГц, реальная 133 МГц с передачей по обоим фронтам тактового сигнала, пиковая пропускная полоса 2.1 ГБ/сек);

PCI-X 533 (PCI-X QDR), QDR версия PCI-X (эффективная частота 533 МГц, пиковая пропускная полоса 4.3 ГБ/сек.);

Mini PCI — PCI с разъемом в стиле SO-DIMM, применяется преимущественно для миниатюрных сетевых, модемных и прочих карточек в ноутбуках;

Compact PCI — стандарт на форм фактор (модули вставляются с торца в шкаф с общей шиной на задней плоскости) и разъем, предназначенные в первую очередь для промышленных компьютеров и других критических применений;

Accelerated Graphics Port (AGP) — высокоскоростная версия PCI оптимизированная для графических ускорителей. Отсутствует арбитраж шины (т.е. допустимо только одно устройство, за исключением последней, 3.0 версии стандарта AGP, где устройств и слотов может быть два). Передачи в сторону ускорителя оптимизированы, есть набор специальных дополнительных возможностей специфических для графики. Впервые данная шина появилась вместе с первыми системными наборами для процессора Pentium II. Существует три базовых версии протокола AGP, дополнительная спецификация на питание (AGP Pro) и 4 скорости передачи данных — от 1х (266 МБ/сек) до 8х (2ГБ/сек), в том числе допустим сигнальные уровни 1.5, 1.0 и 0.8 вольт.

Упомянем также CARDBUS — 32 разрядную версию шины для PCMCIA карт, с горячим подключением и некоторыми дополнительными возможностями, тем не менее, имеющую много общего с базовой версией PCI.

Как мы видим, основное развитие шины PCI идет по следующим направлениям:

Создание специализированных модификаций (AGP);

Создание специализированных форм факторов (Mini PCI, Compact PCI, CARDBUS);

Увеличение разрядности;

Увеличение тактовой частоты и применение DDR/QDR схем передачи данных.

Все это вполне логично, учитывая огромный срок жизни подобного всеобщего стандарта. Причем, пункты 1 и 2 не ставят своей целью сохранение совместимости с базовыми PCI картами, а вот пункты 3 и 4 выполняются за счет увеличения оригинального PCI разъема, и допускают установку обычных 32х разрядных PCI карт. Справедливости ради, отметим, что в ходе эволюции шины случались и сознательные потери совместимости со старыми картами, даже для базового варианта разъема PCI — например, в спецификации 2.3 исчезло упоминание о поддержке 5 вольт сигнального уровня и питающего напряжения. В результате, серверные платы снабженные этой модификацией шины могут пострадать при установке в них старых, пятивольтовых карт, хотя, с точки зрения геометрии разъема, эти карты к ним подходят.

Однако, как и любая другая технология (например, архитектуры процессорных ядер), шинная технология имеет свои разумные границы масштабирования, при приближении к которым увеличение пропускной полосы дается все большей и большей ценою. Возросшая тактовая частота требует более дорогостоящей разводки и накладывает существенные ограничения на длину сигнальных линий, увеличение разрядности или использование DDR решений также влечет за собою множество проблем, которые в итоге банально выливаются в рост стоимости. И если в серверном сегменте, решения подобные PCI-X 266/533 еще будут некоторое время экономически оправданными, то в потребительских PC мы их не увидели, и не увидим. Почему? Очевидно, что в идеале пропускная способность шин должна расти синхронно с ростом производительности процессора, при этом цена реализации должна не только сохраняться прежней, но и в идеале снижаться. На данный момент это возможно только при использовании новой шинной технологии. О них мы сегодня и поговорим:

Эпоха последовательных шин

Преимущества последовательных шин и интерфейсов:

Выгодный перенос все большей части практической реализации шины на кремний, что облегчает отладку, повышает гибкость и сокращает время разработки;
Перспектива органично использовать в будущем иные носители сигнала, например оптические;
Экономия пространства (не бьющая по карману миниатюризация) и снижение сложности монтажа;
Проще реализовывать горячие подключения и динамическую конфигурацию в любом смысле;
Возможность выделять гарантированные и изохронные каналы;
Переход от разделяемых шин с арбитражем и непредсказуемыми прерываниями, неудобными для надежных/критических систем к более предсказуемым соединениям точка-точка;
Лучшая с точки зрения затрат и более гибкая с точки зрения топологии масштабируемость;

Семейство последовательных интерфейсов PCI Express

PCI Express Имя — PCI Express, на стадии проектирования была также известна как 3GIO ((Third Generation Input/Output Interconnection, 3GIO Ввод-вывод третьего поколения) или по кодовому имени рабочей группы и проекта «Arapahoe», причем оба названия (3GIO и PCI Express) являются зарегистрированными торговыми марками PCISIG;

Дата рождения — 22 июля 2002 года — опубликована базовая спецификация протокола и сигнального уровня, а также базовая спецификация на форм-фактор и энергопотребление карт и разъемы;
Фактически — совокупность независимых самостоятельных последовательных каналов передачи данных;
Сигнальный уровень 0.8 вольт. Каждый канал состоит из двух дифференциальных сигнальных пар (необходимо только 4 контакта):

следующая страница>

Процессорная хост-шина (для fFSB = 66МГц)	66 МГц  64 бит = 4224 Мбит/с 4224 Мбит/с : 8 = 528 Мбайт/с
ISA	8 МГц  16 бит = 128 Мбит/с 128 Мбит/с : 2 цикла = 64 Мбит/с 64 Мбит/с : 8 = 8 Мбайт/с
PCI	33 МГц  32 бит = 1056 Мбит/с 1056 Мбит/с : 8 = 132 Мбайт/с
AGP	66,6 МГц  32 бит = 2131 Мбит/с 2131 Мбайт/с : 8 = 266 Мбайт/с 266 Мбайт/с  2 блока ≈ 533 Мбайт/с (если AGP 2x) 266 Мбайт/с  4 блока ≈ 1066 Мбайт/с (если AGP 4x) 266 Мбайт/с  8 блоков ≈ 2133 Мбайт/с (если AGP 8x)