3. PCI, PCI Express і ISA

Найголовніше досягнення сучасного персонального комп'ютера — відкрита архітектура. На практиці це означає, що ви можете самостійно підібрати конфігурацію конкретного екземпляра комп'ютера під ваші потреби. І такий комп'ютер буде максимально пристосований для вирішення саме ваших завдань і позбавлений непотрібного баласту у вигляді невживаних компонентів.

Досягається це за рахунок можливості встановити в комп'ютер ту або іншу карту (плату) розширення. Наприклад, якщо ви професійно працюєте із звуком, то просто встановлюєте звукову карту відповідного рівня; якщо вам потрібно організувати підключення до безпровідної точки доступу, ви інсталюєте мережеву карту Wi-Fi і тому подібне

Зараз багато функцій, що раніше вимагали для своєї реалізації установки карт розширення, спочатку закладено в чіпсет. Скажімо, переважну більшість сучасних комп'ютерів мають інтегровані звуковий і мережевий контролери. Інколи додають нові можливості і виробники материнських плат, інтегруючи відповідний контролер. Прикладом можуть служити порти IEEE1394.

Поки що більшість карт розширення для зв'язку з останніми компонентами комп'ютера використовують шину PCI. Фізично це означає, що карта встановлюється в спеціальний роз'єм — слот шини PCI на материнській платі.

Раніше була поширена шина ISA, швидкість роботи якої невелика, але її сповна вистачало для карт розширення, що не вимагають фантастичної швидкодії (модемів, звукових карт). Популярність цієї шини пояснювалася принципом сумісності — можна було встановити в комп'ютер карти розширення, випущені за декілька років до цього. Але зараз всі сучасні комп'ютери не мають шини ISA.

Проте з'явилася нова послідовна шина PCI Express («звичайні» PCI і ISA — паралельні шини). Сучасні технології дозволили добитися високої продуктивності при використанні мінімального числа сигнальних ліній (і, як наслідок, числа контактів в роз'ємі). До того ж PCI Express досить гнучка — якщо для якоїсь карти розширення не вистачає швидкодії однієї лінії, можна об'єднати декілька ліній PCI Express в одному роз'ємі.

Розглянемо, як відбувається взаємодія карт розширення з останніми компонентами комп'ютера. Основну роль тут грають переривання (IRQ — Interrupt ReQuest). Якщо якій-небудь карті необхідно передати або отримати дані, вона виставляє виділене нею переривання в активне значення, «повідомляючи» таким чином процесору про свої «потреби». Процесор, виявивши активне переривання, перериває роботу з поточними даними і виконує обробку запиту карти розширення, після чого «повертається» до перерваного завдання.

Безпосередньо сам процес обміну даними відбувається за допомогою адресного простору, що виділяється карті розширення. Якщо карті необхідно передати інформацію, вона записує її по виділених адресах, якщо отримати — прочитує необхідні дані, звертаючись до виділеного адресного простору.

При роботі в 32-х розрядному режимі адресний простір сучасних карт розширення зазвичай знаходиться в діапазоні між 3-м і 4-м Гбайтом. Природно, навіть якщо у вас встановлене 4 Гбайта оперативної пам'яті, ви не зможете використовувати зарезервовані для карт адреси для зберігання довільних даних. Саме у цьому лежить проблема багатьох 32-х розрядних операційних систем, що «бачать», максимум, 3,5 Гбайта оперативної пам'яті. У 64-х розрядному режимі адресний простір карт розширення у будь-якому випадку лежить вище за кордони наявної оперативної пам'яті, знімаючи дану проблему.

У «класичному» варіанті існує 16 переривань. Частина з них жорстко призначена певним пристроям, останні ж можуть використовувати карти розширення.

 

Номер перери-вання	Використа-ння картами	Призначення
0	–	Системний таймер
1	–	Використовується контролером клавіатури
2	–	Дублює переривання 9
3	+	Зазвичай використовується для порту COM2
4	+	Зазвичай використовується для порту COM1
5	+	Вільно, часто використовується звуковими картами для сумісності з Sound Blaster Pro, може використовуватися контролером USB
6	–	Використовується контролером дисковода 3,5//
7	+	Зазвичай використовується для порту LPT
8	–	Годинник реального часу
9	+	Використовується системою розширеної конфігурації і управління живленням (каскадує з перериванням, також може використовуватися контролером USB або відеокартою
10	+	Вільно
11	+	Зазвичай використовується відеокартою
12	+	Використовується мишею, що підключається до порту PS/2, при її відсутності може використовуватися іншими пристроями
13	–	Використовується співпроцесором
14	+	Зазвичай використовується для первинного каналу IDE-контролера
15	+	Зазвичай використовується для вторинного каналу IDE-контролера

 

Крім цього є одне немасковане переривання (NMI), що має найвищий пріоритет. Воно генерується, коли виникає помилка читання даних з пам'яті, або будь-яка інша непоправна помилка в системі.

При використанні розширеного контролера переривань, атрибуту будь-якого сучасного комп'ютера, кількість переривань збільшується до 24, що істотно спрощує нарощування можливостей комп'ютера за рахунок карт розширення і інтегрованих контролерів. До того ж сучасні карти розширення для шин PCI і PCI Express, як і багато апаратних компонентів комп'ютера, здатні розділяти одну лінію переривання з іншими пристроями, тому часто одне переривання ділить декілька пристроїв.

 

Номер пере-ривання	Викори-стання картами	Призначення
0	–	Системний таймер
1	–	Використовується контролером клавіатури
2	–	Дублює переривання 9
3	+	Зазвичай використовується для порту COM2
4	+	Зазвичай використовується для порту COM1
5	+	Вільне
6	–	Використовується контролером дисковода 3,5//
7	+	Зазвичай використовується для порту LPT
8	–	Годинник реального часу
9	–	Використовується системою розширеної конфігурації і управління живленням (каскадує з перериванням 2)
10	+	Вільне
11	+	Зазвичай використовується відеокартою
12	+	Використовується мишею, що підключається до порту PS/2, при її відсутності може використовуватися іншими пристроями
13	–	Використовується співпроцесором
14	+	Зазвичай використовується для первинного каналу IDE-контролера
15	+	Зазвичай використовується для вторинного каналу IDE-контролера
16	+	Як правило використовується контролером USB
17	+	Зазвичай використовується інтегрованою звуковою підсистемою (AC'97 або HDA)
18	+	Як правило використовується контролером USB
19	+	Як правило використовується контролером USB
20	+	Зазвичай використовується інтегрованою мережевою картою
21	+	Вільне
22	+	Вільне
23	+	Зазвичай використовується контролером USB 2.0

 

Фізично контролер переривання «спілкується» з картою розширення за допомогою 4-х («класичний» варіант) або 8-и (сучасні рішення) сигнальних ліній.

На різних материнських платах поєднаними виявляються різні слоти. Це можуть бути 4-й і 5-й слоти, 1-й і 5-й, 2-й і 5-й і тому подібне, все залежить від виробника. Тому таблицю відповідності сигнальних ліній контроллера переривань і запитів краще завжди уточнювати в керівництві до материнської плати.

Як вже говорилося, в сучасних чіпсетах кількість сигнальних ліній контролера переривань збільшена до 8-и, що дозволяє розвести карти розширення і інтегровані контролери на різні лінії, значно понизивши вірогідність нестійкої роботи або конфлікту.

BIOS Setup дозволяє вибрати режими функціонування шин, наприклад, вказати можливість одночасного звернення до PCI і ISA, вручну призначити переривання і канал прямого доступу до пам'яті для карти, вставленої в певний слот (або закріпити переривання за сигнальною лінією контролера) і т. п.

 

Відеоадаптер

Відеокарта, по суті, така ж карта розширення. Але, оскільки об'єм даних, що передаються між відео картою, процесором і оперативною пам'яттю, дуже великий, особливо при візуалізації тривимірних сцен, для підключення відеокарти вже давно застосовуються спеціальні шини з високою пропускною здатністю.

До недавнього часу використовувалася шина AGP (швидкодіюча модифікація PCI), в сучасних комп'ютерах її місце зайняла ще швидкісніша PCI Express 16x (інакше кажучи, 16 одиночних ліній PCI Express, що працюють паралельно). Потужні ігрові комп'ютери і робочі станції можуть містити не одну, а дві, три або навіть чотири відеокарти, що працюють в тандемі. Це дозволяє істотно збільшити швидкодію в іграх, розділивши обробку тривимірних сцен між наявними графічними процесорами. Кількість ліній PCI Express, виділених для обслуговування тандему з декількох відеокарт, що працюють в режимі CrossFire або SLI, вагається, залежно від чіпсета, від 16 до 64.

Був момент, коли відеокарти підключалися до шини PCI. Для двомірної графіки (наприклад, відображення робочого столу Windows) їх продуктивності цілком достатньо.

Природно, в BIOS Setup ви можете вказати режими функціонування шин AGP або PCI Express 16x, включити перенесення BIOS відеокарти в оперативну пам'ять комп'ютера для прискорення звернення до відеокарти, змінити інші параметри.

Відеокарта має свій власний BIOS. У нім містяться інструкції для графічного процесора відеокарти, шрифти, потрібні в деяких режимах для виведення зображення на монітор, і тому подібне.