Шины ввода вывода и платы расширения.

Шины PCI и PCI-X являются основными шинами расширения ввода/вывода в современных компьютерах; для подключения видеоадаптеров их дополняет порт AGP. Шины расширения ввода/вывода (Expansion Bus) являются средствами подключения системного уровня: они позволяют адаптерам и контроллерам периферийных устройств непосредственно использовать системные ресурсы компьютера — пространство адресов памяти и ввода/вывода, прерывания, прямой доступ к памяти. Устройства, подключенные к шинам расширения, могут и сами управлять этими шинами, получая доступ к остальным ресурсам компьютера. Шины расширения механически реализуются в виде слотов (щелевых разъемов) или штырьковых разъемов; для них характерна малая длина проводников, то есть они сугубо локальны, что позволяет достигать высоких скоростей работы. Эти шины могут и не выводиться на разъемы, но использоваться для подключения устройств в интегрированных системных платах.
Поначалу шина PCI вводилась как пристройка (mezzanine bus) к системам с шиной ISA. Она разрабатывалась в расчете на процессоры Pentium, но хорошо сочеталась и с процессорами i486. Позже PCI на некоторое время стала центральной шиной: она соединялась с шиной процессора высокопроизводительным мостом («северным» мостом), входящим в состав чипсета системной платы. Остальные шины расширения ввода/вывода (ISA/EISA или МСА), а также локальная ISA-подобная шина X-BUS и интерфейс LPC, к которым подключаются микросхемы системной платы (ROM BIOS, контроллеры прерываний, клавиатуры, DMA, портов СОМ и LPT, НГМД и прочие «мелочи»), подключались к шине PCI через «южный» мост. В современных системных платах с «хабовой» архитектурой шину PCI отодвинули на периферию, не ущемляя ее в мощности канала связи с процессором и памятью, но и не нагружая транзитным трафиком устройств других шин.
Шина PCI является синхронной — фиксация всех сигналов выполняется по положительному перепаду (фронту) сигнала CLK. Номинальной частотой синхронизации считается частота 33, 3 МГц, при необходимости она может быть понижена. Начиная с версии PCI 2.1 допускается повышение частоты до 66, 6 МГц при «согласии» всех устройств на шине. В РСГХ частота может достигать 133 МГц.
В PCI используется параллельная мультиплексированная шина адреса/данных (AD) с типовой разрядностью 32 бит. Спецификация определяет возможность расширения разрядности до 64 бит; в PCI-X версии 2.0 определен также 16-битный вариант шины. При частоте шины 33 МГц теоретическая пропускная способность достигает 132 Мбайт/с для 32-битной шины и 264 Мбайт/с для 64-битной; при частоте синхронизации 66 МГц — 264 Мбайт/с и 528 Мбайт/с соответственно. Однако эти пиковые значения достигаются лишь во время передачи пакета: из-за протокольных накладных расходов реальная средняя пропускная способность шины оказывается ниже.

Шина PCI позволяет объединять равноранговые устройства. Любое устройство шины может выступать как в роли инициатора транзакций (задатчика), так и в роли целевого устройства. Целевое устройство отвечает на транзакции, адресованные к его ресурсам (областям памяти и портам ввода/вывода). Ядро компьютера (центральный процессор и память) для шины PCI также представляется устройством — главным мостом (host bridge). В транзакциях, обращенных к устройствам PCI, инициированных центральным процессором, главный мост является задатчиком. В транзакциях от устройств PCI, обращающихся к ядру (к системной памяти), главный мост является целевым устройством. Право на управление шиной в любой момент времени дается лишь одному устройству данной шины; арбитраж запросов на управление шиной осуществляется централизованным способом. Арбитр, как правило, является частью моста.
Наличие активных устройств (помимо ЦП) позволяет выполнять в компьютере параллельно несколько операций обмена: одновременно с обращениями процессора могут выполняться транзакции от мастеров шины PCI. Эта параллельность — PCI Concurrency — возможна лишь для обменов по непересекающимся путям. Одновременный доступ нескольких инициаторов к одному ресурсу (как правило, к системной памяти) требует довольно сложной организации контроллера этого ресурса, но ради повышения суммарной эффективности системы на эти усложнения приходится идти. В системе с несколькими шинами PCI возможна параллельная работа устройств-мастеров на разных шинах — PCI Peer Concurrency. Однако если они обращаются к одному ресурсу (системной памяти), то какие-то фазы этих обменов все-таки должны будут выполняться последовательно.
Каждая физическая шина PCI позволяет объединять лишь небольшое число устройств: типовое ограничение по электрическим спецификациям — не более шести устройств на шине. Для увеличения числа подключаемых устройств применяют мосты PCI (PCI-to-PCI Bridge) — устройства PCI с парой интерфейсов, которыми шины объединяются в древовидную структуру. В корне этой структуры находится хост — «хозяин шины», в обязанности которого входит конфигурирование всех устройств, включая и мосты. В роли хоста, как правило, выступает центральный процессор с главным мостом. Мосты позволяют объединять шины PCI и PCI-X с разными характеристиками, а также подключать к PCI/PCI-X иные шины: (E)ISA, MCA, шины блокнотных ПК, PCI Express, Hyper Transport и другие. Шина PCI/PCI-X имеет несколько вариантов конструктивного оформления, часть из которых при наличии специального контроллера допускают горячую замену устройств:

1. шина объединения компонентов на печатной плате (системной плате или карте расширения);

2. слотовые разъемы для установки карт расширения (в конструктивах PC и МСА);

3. разъемы для малогабаритных карт расширения (Card Bus, Small PCI, Mini PCI);

4. модульные конструктивы для промышленных и инструментальных компьютеров (CompactPCI, PXI).

Важной частью шины PCI является система автоматического конфигурирования; конфигурирование выполняется каждый раз при включении питания и инициализации системы. Специальное конфигурационное ПО позволяет обнаружить и идентифицировать все установленные устройства, а также выяснить их потребности в ресурсах (областях памяти, адресах ввода/вывода, прерываниях). Спецификация PCI требует от устройств способности перемещать все занимаемые ресурсы (области в пространстве памяти и ввода/вывода) в пределах доступного адресного пространства. Это позволяет обеспечить бесконфликтное распределение ресурсов для множества устройств. Одно и то же функциональное устройство может быть сконфигурировано по-разному, отображая свои операционные регистры либо на пространство памяти, либо на пространство адресов ввода/вывода. Драйвер может определить текущую настройку, прочитав содержимое регистра базового адреса устройства. Драйвер также может определить номер запроса на прерывание, который используется устройством. Для поддержки конфигурирования устройств существует специальный набор функций PCI BIOS.

13. Параллельный интерфейс: LPT-порты.

Порт параллельного интерфейса был введен для подключения принтера - отсюда и пошло название LPT-порт (Line Printer - построчный принтер). Хотя через этот же порт подключается и большинство лазерных принтеров, которые по принципу дейст-вия не построчные, а постраничные, название LPT-порт закрепилось основательно.
Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, распо-ложенных в пространстве ввода/вывода. Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта, стандартными значениями которого являются 3BCh, 378h и 278h. Порт может использовать линию запроса аппаратного прерывания, обычно IRQ5 или IRQ7. Порт имеет внешнюю 8-битную шину данных, 5-битную шину сиг-налов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов.
BIOS поддерживает до четырех (иногда до трех) LPT-портов (LPT1 - LPT4) сво-им сервисом - прерыванием INT 17h, обеспечивающим через них связь с принтером по интерфейсу Centronics. Этим сервисом BIOS осуществляет вывод символа (по оп-росу готовности, не используя аппаратных прерываний), инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера.

14. Последовательный интерфейс: COM-порты, PS/2 порты, USB-порты.