UTK – Standardy magistrali rozszerzającej

ISA 8-bit

schemat złącza isa 8-bit

Industry Standard Architecture (ISA, standardowa architektura przemysłowa) – standard magistrali oraz złącza kart rozszerzeń dla komputerów osobistych, wprowadzona w wersji ośmiobitowej, w 1981 roku wraz z wprowadzeniem komputerów IBM PC obsługiwanych przez procesory z ośmiobitową zewnętrzną szyną danych Intel 8088.

  • Szerokość szyny danych: 8-bit
  • Szerokość szyny adresowej: 20-bit
  • Kompatybilna z: ISA 8-bit
  • Ilość styków: 62
  • Vcc: +5 V, -5 V, +12 V, -12 V
  • Częstotliwość taktowania zegara: 4,77 MHz
  • Brak obsługi Plug and Play

ISA 16-bit

schemat złącza isa 16-bit

Magistrala ISA została rozszerzona do standardu 16 bitowego w komputerach IBM PC/AT wyposażonych w procesor Intel 80286. Magistrala w wersji 16 bitowej była zgodna z 8 bitową, ale większa szybkość taktowania mogła powodować niepoprawność działania kart rozszerzeń.

  • Szerokość szyny danych: 16-bit
  • Szerokość szyny adresowej: 24-bit
  • Kompatybilna z: ISA 8-bit, ISA 16-bit
  • Ilość styków: 98 (62+36)
  • Vcc: +5 V, -5 V, +12 V, -12 V
  • Częstotliwość taktowania zegara: 8,33 MHz
  • Brak obsługi Plug and Play

EISA

schemat złącza eisa

EISA (z ang. Extended Industry Standard Architecture – Rozszerzona Standardowa Architektura Przemysłowa) – magistrala danych zaprojektowana specjalnie dla 32-bitowych komputerów 80386. Aby zapewnić jej kompatybilność z szyną ISA, taktowana jest zegarem 8,33 MHz. Dość duża prędkość transmisji danych (33 MB/s) jest nie tyle rezultatem częstotliwości taktowania, co szerokości szyny. Magistrala EISA obsługuje standard Plug&Play w przeciwieństwie do swojej poprzedniczki – ISA.

  • Szerokość szyny danych: 32-bit
  • Szerokość szyny adresowej: 24-bit
  • Kompatybilna z: ISA 8-bit, ISA 16-bit, EISA (32-bit)
  • Ilość styków: 198 (98+100)
  • Vcc: +5 V, -5 V, +12 V, -12 V
  • Częstotliwość taktowania zegara: 8,33 MHz
  • Obsługa Plug and Play

VESA Local Bus

schemat złącza vesa

VESA Local Bus, (ang. Video Electronics Standards Association Local Bus, VL Bus, VLB) – 32-bitowa szyna danych opracowana przez VESA.

System Local Bus pojawił się na rynku PC po raz pierwszy w połowie 1992 roku, kiedy konsorcjum VESA ustaliło standardową specyfikację tej magistrali, nazywaną VL Bus.

W przeciwieństwie do EISA Bus, VL Bus taktowana jest z zewnątrz z częstotliwością zegara procesora. Karty współpracujące z magistralami ISA (8 lub 16 bit) taktowane zegarem 8 MHz (pierwotnie 4,77 MHz), nie mogły pracować z częstotliwościami większymi niż 10-12 MHz. Aby nie trzeba było takich kart wymieniać, projektanci płyt głównych z systemem VESA Local Bus zaprojektowali swoje łącze tak, że stało się ono rozszerzeniem standardowego 8/16-bitowego interfejsu ISA, taktowanego zegarem 8 MHz. Dzięki takiemu rozwiązaniu VESA Local Bus jest w pełni kompatybilna ze starszymi kartami rozszerzającymi ISA.

Wedle definicji standardu VESA na płycie głównej każdego komputera z magistralą Local Bus powinny znajdować się 3 gniazda dla jej kart rozszerzających. Sloty szyn Local Bus zostały podobnie jak to miało miejsce przy rozbudowie magistrali PC Bus do AT Bus, wydłużone. Dlatego też gniazda kart tego typu są trzyczęściowe. Do dwuczęściowego rozszerzenia 16-bitowego dołączono kolejne złącze dla kart 32-bitowych.
Złącze to wykorzystywane było głównie przez karty graficzne oraz kontrolery wejścia-wyjścia, rzadziej przez karty sieciowe.

Głównym konkurentem łącza VESA Local Bus było PCI, które w efekcie zastąpiło łącza VLB, które było mocno zależne od magistrali FSB stosowanego procesora (główne sygnały sterujące, taktowanie zegara zgodne z zegarem FSB), przez co zmiany w specyfikacji FSB musiały pociągać zmiany w specyfikacji VLB. PCI nie miało tych mankamentów, specyfikacja interfejsu była niezależna od FSB.

Karty projektowane pod standard VESA mogły pracować z prędkościami od 25 do 40 MHz, ale mogły mieć już problemy przy 50 MHz. Karty PCI, pracując w łączach o stałej częstotliwości, nie miały tego problemu, w związku z tym można je było montować w coraz szybszych płytach.

W efekcie, VESA Local Bus używana była głównie w płytach przeznaczonych dla procesorów klasy 486.

  • Szerokość szyny danych: 32-bit
  • Szerokość szyny adresowej: 32-bit
  • Kompatybilna z: ISA 8-bit, ISA 16-bit
  • Ilość styków: 112 (90+22) – tylko rozszerzenie
  • Vcc: +5 V, GND – tylko rozszerzenie
  • Częstotliwość taktowania zegara: taka jak procesora
  • Obsługa Plug and Play

PCI

schemat złącza pci

PCI (ang. Peripheral Component Interconnect) – magistrala komunikacyjna służąca do przyłączania kart rozszerzeń do płyty głównej w komputerach klasy PC.

Po raz pierwszy została publicznie zaprezentowana w czerwcu 1992 r. jako rozwiązanie umożliwiające szybszą komunikację pomiędzy procesorem i kartami niż stosowane dawniej ISA. Dodatkową zaletą PCI jest to, że nie ma znaczenia czy w gnieździe jest karta sterownika dysków (np. SCSI), sieciowa czy graficzna. Każda karta, pasująca do gniazda PCI, funkcjonuje bez jakichkolwiek problemów, gdyż nie tylko sygnały, ale i przeznaczenie poszczególnych styków gniazda są znormalizowane.

W przeciwieństwie do innych magistrali, przykładowo VESA Local Bus, która początkowo była stosowana tylko do przyspieszenia operacji graficznych, szyna PCI stanowi kompleksowe rozwiązanie, przyspieszające współpracę z dowolnym urządzeniem zewnętrznym. Przy częstotliwości taktowania 33 MHz i szerokości 32 bitów magistrala PCI osiąga szybkość transmisji 133 MB/s. Szerokość szyny adresowej i danych nowych procesorów 64 bitowych zmiany nie wpływają na architekturę PCI a jedynie podwaja się przepustowość do 266 MB/s. Karty dołączone do szyny PCI mogą się komunikować nawet bez udziału mikroprocesora, dzięki czemu wzrasta efektywność jego użytkowania. Dla każdej karty zdefiniowane są tzw. rejestry konfiguracyjne. Przy ładowaniu systemu procesor odczytuje zapisane w nich dane i rozpoznaje, jaka karta jest umieszczona w gnieździe. Instalacja i inicjacja karty następuje potem w pełni automatycznie.

Aby zapewnić zarówno producentom, jak i użytkownikom możliwie dużą elastyczność, w standardzie PCI zdefiniowano tzw. gniazdo wspólne (z ang. shared slot). Jest to gniazdo, które może być wykorzystane z kartami przystosowanymi do magistral ISA, EISA czy MCA. Umożliwia to też produkcję kart jednocześnie przystosowanych do PCI i pozostałych, wyżej wymienionych magistral.

Bardzo istotną cechą architektury PCI jest jej skalowalność: w jednym i tym samym komputerze może być równolegle lub szeregowo połączonych kilka magistral PCI. Nad koncepcją PCI Local Bus pracowało wielu znaczących producentów komputerów, z których każdy starał się aby sprzęt obecnie produkowany przez niego był z tym standardem zgodny. Przykładowo, rozwiązanie jest na tyle elastyczne, że uwzględnia możliwość współpracy magistrali nie tylko z komputerami wyposażonymi w procesory firmy Intel, ale również z AMD i Cyrix, a także w opartych na procesorze PowerPC komputerach Pegasos. 32-bitowy standard adresowania PCI używany jest również w innych magistralach (np. AGP).

Kolejną istotną cechą PCI jest wysoka zgodność pomiędzy poszczególnymi wersjami PCI, jak i rozwiązań pochodnych (np. PCI X) przejawiająca się tym, że urządzenia mogą pracować zarówno w starszych jak i nowszych gniazdach, pod warunkiem że są dopasowane napięciowo (warianty 3.3V i popularniejszy 5V). Zgodność ta nie jest jednak zachowana w stosunku co do PCI Express, która aktualnie wypiera PCI oraz AGP.

Złącze PCI posiada 62 styki z każdej strony, ale dwa bądź cztery z nich są zastąpione przez klucz wycięcia, tak więc karta posiada 60 bądź 58 styków po każdej stronie.

PCI 2.0 PCI 2.1 PCI 2.2 PCI 2.3
Rok wprowadzenia 1993 1994 1999 2002
Maksymalna szerokość szyny danych 32-bity 64-bity 32-bity 64-bity
Maksymalna częstotliwość taktowania 33 MHz 66 MHz 66 MHz 66 MHz
Maksymalna przepustowość 133 MB/s 266 MB/s 266 MB/s 533 MB/s
Napięcie 5 V 5 V 5 V / 3,3 V 3,3 V

AGP

Accelerated Graphics Port (AGP, czasem nazywany Advanced Graphics Port) – zmodyfikowana magistrala PCI opracowanej przez firmę Intel zaprojektowana do obsługi kart graficznych. Jest to 32-bitowa magistrala PCI zoptymalizowana do szybkiego przesyłania dużych ilości danych pomiędzy pamięcią operacyjną a kartą graficzną. Obecnie wypierane przez szybszą magistralę PCI Express.

Wersje:

  • AGP 1.0 – napięcie sygnalizujące 3.3V oraz mnożniki 1x oraz 2x
  • AGP 2.0 – napięcie sygnalizujące 1.5V oraz mnożniki 1x, 2x oraz 4x
  • AGP 3.0 – napięcie sygnalizujące 0.8V oraz mnożniki 4x oraz 8x

Mnożniki:

  • AGP 1x, używa kanału 32-bitowego działającego z taktowaniem 66 MHz, co daje maksymalny transfer 264 MB/s równy dwukrotnemu transferowi 132 MB/s dostępnemu w magistrali PCI działającej przy taktowaniu 33 MHz/32-bit; napięcie sygnału 3.3 V.
  • AGP 2x, używa kanału 32-bitowego przy taktowaniu 66 MHz z podwójną przepływnością, prowadzącą do efektywnego transferu 533 MB/s; napięcie sygnału 3.3 V.
  • AGP 4x, używa kanału 32-bitowego przy taktowaniu 66 MHz z poczwórną przepływnością, co prowadzi do efektywnego transferu maksymalnego 1066 MB/s (1 GB/s); napięcie sygnału 1.5 V.
  • AGP 8x, używa kanału 32-bitowego przy taktowaniu 66 MHz z ośmiokrotną przepływnością, co prowadzi do efektywnego transferu maksymalnego 2112 MB/s (2 GB/s); napięcie sygnału 0.8 V.

PCI Express

PCI Express (ang. Peripheral Component Interconnect Express), oficjalny skrót PCIe – połączenie Punkt-Punkt (jak HyperTransport), służące do instalacji kart rozszerzeń w płycie głównej. Zastąpiła ona magistrale PCI oraz AGP.

Standard został opracowany przez firmy Compaq, Dell, Hewlett-Packard, IBM, Intel i Microsoft.

PCI-Express jest magistralą w topologii typu Point-to-Point, co implikuje zasadniczą niekompatybilność ze zwykłym PCI. Taka konstrukcja eliminuje konieczność dzielenia pasma pomiędzy kilka urządzeń − każde urządzenie PCI-Express jest połączone bezpośrednio z kontrolerem. Sygnał przekazywany jest za pomocą dwóch linii, po jednej w każdym kierunku.

Istnieje kilka wariantów tej magistrali − z 1, 2, 4, 8, 12, 16 lub 32 liniami (każda składająca się z dwóch 2-pinowych części – nadawczej i odbiorczej). Wraz ze wzrostem liczby linii wydłużeniu ulega slot, jego konstrukcja (poprzez wspólną część początkową i jedynie dodawanie na końcu nowych linii) umożliwia działanie kart, które posiadają złącza wolniejsze niż te, które standardowo obsługuje slot. Natomiast użycie kart o szybszych złączach niż te, które standardowo obsługuje slot, jest niemożliwe. Gniazdo x1 ma 18 pinów z każdej strony, gniazdo x4 − 32, gniazdo x8 − 49, zaś gniazdo x16 − 82 piny z każdej strony.

Wariant Przepustowość
x1 v1.0 500 MB/s
x2 v1.0 1000 MB/s
x4 v1.0 2000 MB/s
x8 v1.0 4000 MB/s
x16 v1.0 8000 MB/s (8 GB/s)
x16 v2.0 16000 MB/s (16 GB/s)
x16 v3.0 32000 MB/s (32 GB/s)

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *