Интерфейс pci

Доминирующее положение на рынке ПК занимают системы на основе шиныPCI(Peripheral Component Interconnect - Взаимодействие периферийных компонентов). Этотинтерфейсбыл предложен фирмой Intel в 1992 году (стандартPCI2.0 - в 1993) в качестве альтернативы локальнойшинеVLB/VLB2. Следует отметить, что разработчики этогоинтерфейсапозиционируютPCIне как локальную, а как промежуточнуюшину(mezzanine bus), т.к. она не являетсяшинойпроцессора. ПосколькушинаPCIне ориентирована на определенный процессор, ее можно использовать для других процессоров.ШинаPCIбыла адаптирована к таким процессорам, как Alpha, MIPS, PowerPC и SPARC. ИменноPCIсменила NuBus на платформе Apple Macintosh.

ШиныISA, EISA или MCA могут управлятьсяшинойPCIс помощью моста сопряжения (рис. 14.3), что позволяет устанавливать в ПК платы устройств ввода-вывода с различными системнымиинтерфейсами. Например, в чипсете Intel Triton использовалась микросхема PIIX¹⁾, помимо контроллера IDE предоставляющая мост дляшиныISA.

¶Рис. 14.3.Система на основе PCI

Существуют три варианта плат PCI: с уровнями сигналов 3,3 В, с уровнями сигналов 5 В и универсальные. Ключ в разъеме гарантирует, что платы с одним уровнем сигнала и невзаимозаменяемые не будут по ошибке вставлены в разъем с другим уровнем сигнала. Платы с пониженным напряжением питания в основном используются в мобильных компьютерах.

Существует 32-разрядная и 64-разрядная реализация шиныPCI. В 64-разрядной реализации используется разъем с дополнительной секцией. 32-разрядные и 64-разрядные платы можно устанавливать в 64-разрядные и 32-разрядные разъемы и наоборот. Платы ишинаопределяют тип разъема и работают должным образом. При установке 64-разрядной платы в 32-разрядный разъем остальные выводы не задействуются и просто выступают за пределы разъема.

На шинеPCIсигналы адреса и данных мультиплексированы, поэтому для передачи каждых 32 или 64 разрядов требуется два шинных цикла: один - для пересылки адреса, а второй - для пересылки данных. Однако возможен также пакетный режим, при котором вслед за одним циклом передачи адреса разрешается осуществить до четырех циклов передачи данных (до 16 байт в PCI-32). После этого устройство должно подать новый запрос на обслуживание и снова получить управление надшиной(и выполнить адресный цикл). ПоэтомушинаPCI-32 с тактовой частотой 33 МГц имеет пиковую скорость обычной передачи около 66 Мбайт/с (два шинных цикла для передачи 4 байт) и пиковую скорость пакетной передачи около 105 Мбайт/с.

PCIподдерживает процедуру прямого доступа к памяти ведущего устройства нашине(bus mastering DMA), хотя некоторые реализацииPCIмогут и не предоставлять такую возможность для всех разъемовPCI. Процессор может функционировать параллельно с периферийными устройствами, являющимися ведущими нашине.

Кроме того, платы PCIподдерживают:

• автоматическую конфигурацию Plug&Play (не требуют назначения адресов расширений BIOS вручную);

• совместное использование прерываний (когда один и тот же номер прерывания может использоваться разными устройствами);

• контроль четности сигналов шины данных и адресной шины;

• конфигурационную память от 64 до 256 байт (код производителя, код устройства, код класса (функции) устройства и др.).

Персональные компьютеры могут иметь две или больше шин PCI. Каждойшинойуправляет свой мостPCI, что позволяет устанавливать в компьютер больше платPCI(вплоть до 16 - ограничение адресации). Если управление второйшинойPCIосуществляется с первойшины, то это называется каскадной или иерархической схемой. В этом случае перваяшинабудет также нести нагрузку второйшины. Если управление каждойшинойPCIосуществляется непосредственно сшиныпроцессора, это называется равноправной схемой. Обычно мостPCIвыполняет также функции контроллера внешней кэш-памяти, контроллера основной памяти и обеспечивает сопряжение с процессором. В системах на основе Pentium II/III эти функции распределены между двумя мостами: "северным" (North Bridge) и "южным" (South Bridge), что связано с наличием дополнительного высокоскоростного системногоинтерфейсадля подключения видеокарты (AGP).

В 1995 году был выпущена улучшенная версия интерфейса-PCI2.1, которая предоставила следующие возможности:

• поддержка тактовой частоты шины 66 МГц;

• таймер обработки множественных запросов MTT (Multi-Transaction Timer) позволяет устройствам, осуществляющим прямой доступ к памяти, удерживать шину для "прерывистой" передачи пакетов, при этом не требуется повторно добиваться права управления шиной, что особенно полезно при передаче видеоданных;

• пассивное разъединение (Passive Release) позволяет устройствам, осуществляющим прямой доступ к памяти по шине PCI, передавать данные в то время, когда ведется передача данных по шине ISA (обычно это приводило к блокированию передачи по шине PCI, поскольку она использовалась для подключения центрального процессора к шине ISA);

• задержанные транзакции PCI позволяют передаваемым данным ведущего устройства на шине PCI получать приоритет над ожидающими в очереди данными для передачи с PCI на ISA (которые будут переданы позже);

• повышение производительности записи благодаря оснащению PCI-чипсета буферами большего объема, поэтому транзакции могут выстраиваться в очередь, когда шина PCI занята, и происходит сбор байтов, слов и двойных слов, которые могут объединяться в единую 8-байтную операцию записи.

C 2005 года в ПК на основе Pentium 4 вместо PCIиспользуют новый системныйинтерфейс-PCI Express.