Организация стандартной шины PCI (ИПУ)

PCI (англ. Peripheral component interconnect, дословно: взаимосвязь периферийных компонентов) — шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

PCI-устройства с точки зрения пользователя самонастраиваемы (plug and play). После старта компьютера, системное программное обеспечение обследует конфигурационное пространство PCI каждого устройства, подключённого к шине и распределяет ресурсы. Каждое устройство может затребовать до семи диапазонов в адресном прострастве памяти PCI или в адресном пространстве ввода-вывода PCI. Кроме того, устройства могут иметь ПЗУ, содержащее исполняемый код для процессоров x86 или PA-RISC, Open Firmware (системное ПО компьютеров на базе SPARC) или драйвер EFI.

Настройка прерываний осуществляется также системным программным обеспечением (в отличие от шины ISA, где настройка прерываний осуществлялась переключателями на карте). Запрос на прерывание на шине PCI передаётся с помощью изменения уровня сигнала на одной из линий IRQ, поэтому имеется возможность работы нескольких устройств с одной линией запроса прерывания; обычно системное ПО пытается выделить каждому устройству отдельное прерывание для увеличения производительности.

PCI (Peripheral Component Interconnect) local bus – шина соединения периферийных компонентов является основной шиной расширения современных компьютеров. Она соединяется с системной шиной процессора высокопроизводительным «северным» мостом, входящим в состав чипсета системной платы. Остальные шины расширения ввода-вывода, а также локальная шина X-BUS и интерфейс LPC, к которым подключаются микросхемы системной платы (ROM BIOS, контроллеры прерываний, клавиатуры, DMA, портом COM и LPT, НГМД и прочее), подключаются к шине PCI через «южный» мост.

Шина является синхронной – фиксация всех сигналов выполняется по положительному перепаду (фронту) сигнала CLK. Номинальной частотой синхронизации является 33МГц. Начиная с версии 2.1 допускается повышение частоты до 66МГц при согласии всех устройств. Номинальная разрядность шины – 32 бита, возможно расширение разрядности до 64 бит. При частоте шины 33 МГц максимальная пропускная способность составляет 132 Мбайт/с для 32-разрядной шины и 264 Мбайт/с для 64-разрядной; при частоте синхронизации 66 МГц – 264 и 528 соответственно.

С устройствами PCI-процессор может взаимодействовать командами обращения к памяти и портам ввода-вывода, адресованным к областям, выделенным каждому устройству при конфигурации. Устройства могут вырабатывать запросы маскируемых и немаскируемых прерываний. Понятия каналов DMA в шине PCI нет, но агент шины может сам служить инициатором, поддерживая высокопроизводительный обмен с памятью, не занимая ресурсов центрального процессора.

Для шины PCI принята иерархия понятий адресации: шина, устройство, функция. Эти понятия применяются только при обращении к регистрам конфигурационного пространства. К этим регистрам обращаются на этапе конфигурирования – переучета обнаруженных устройств, выделения им непересекающихся ресурсов и назначения номеров аппаратных прерываний. При дальнейшей регулярной работе устройства будут отзываться на обращения по назначенным им адресам памяти и ввода-вывода. Эти адреса принимаются с шины AD в начале каждой транзакции. Для доступа к конфигурационному пространству используются отдельные линии IDSEL.

Устройством PCI называется микросхема или карта расширения, подключенная к одной из шин PCI и использующая для идентификации выделенную ей линию IDSEL, принадлежащую этой шине. Устройство может быть много функциональным, то есть состоять из множества (от 1 до 8) функций. Каждой функции отводится конфигурационное пространство в 256 байт.