Краткая история интерфейса PCI.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

В первых компьютерах IBM PC большинство приложений были текстовыми, широко использовалась шина ISA, для того времени пропускной способности этой шины было вполне достаточно. С появлением Windows постепенно вошли в употребление графические пользо­вательские интерфейсы. Ни одно из этих приложений особо не нагружало шину ISA. Однако с течением времени появилось множество различных приложений, в том числе игр, для которых требовалось полноэкранное видео, и ситуация ко­ренным образом изменилась. Например: для монитора размером 1024 х 768 в условиях вывода цветного движущегося изображения (3 байта/пик­сел) шина ISA не могла предоставить необходимую скорость передачи видео. Это происходит потому, что одно экранное изображение содержит 2,25 Мбайт данных, для воспроиз­ведения плавных движений требуется 30 кадров в секунду, и, следовательно, скорость передачи данных должна быть 67,5 Мбайт/с. В действительности дело обстоит гораздо хуже, поскольку, чтобы передать изображение, данные нужно передать с жесткого диска, компакт-диска или DVD-диска через шину в память. Затем данные должны поступить в графический адаптер (тоже через шину). Та­ким образом, только для передачи видео пропускная способность шины должна быть 135 Мбайт/с. Однако в компьютере есть еще центральный процессор и дру­гие устройства, которые тоже должны пользоваться шиной, поэтому пропускная способность должна быть еще выше.

Максимальная частота передачи данных шины ISA — 8,33 МГц. Она способна передавать два байта за цикл, поэтому ее максимальная пропускная способность составляет 16,7 Мбайт/с. В дальнейшем была разработана шина EISA (Extended ISA — расширенная стандартная промышленная архитектура), как и ISA, совместимая со старыми устройствами ввода-вывода, может передавать 4 байта за цикл. Ее про­пускная способность достигает 33,3 Мбайт/с. Ясно, что ни одна из них совер­шенно не соответствует тому, что требуется для полноэкранного видео.

Рис. 1.2.1. Обычный современный персональный компьютер с шиной PCI и шиной ISA.

Модем и звуковая карта — устройства ISA; SCSI-контроллер — устройство PCI

 

В 1990 году компания Intel разработала новую шину с гораздо более высокой пропускной способностью, чем у шины EISA. Эту шину назвали PCI (Peripheral Component Interconnect — взаимодействие периферийных компонентов). Ком­пания Intel запатентовала шину PCI и сделала все патенты всеобщим достоянием, так что любая компания могла производить периферийные устройства для этой шины без каких-либо выплат за право пользования патентом. Компания Intel также сформировала промышленный консорциум PCI Special Interest Group, ко­торый должен был заниматься дальнейшими усовершенствованиями шины PCI. Все эти действия привели к тому, что шина PCI стала чрезвычайно популярной. Фактически в каждом компьютере Intel (начиная с Pentium), а также во многих других компьютерах есть шина PCI. Даже компания Sun выпустила версию UltraSPARC (компьютер UltraSPARC III), в которой используется шина PCI.

Первая шина PCI передавала 32 бита за цикл и работала на частоте 33 МГц, общая пропускная способность составляла 133 Мбайт/с. В 1993 году появилась шина PCI 2.0, а в 1995 году - PCI 2.1. Шина PCI 2.2 под­ходит и для портативных компьютеров (где требуется экономия заряда батареи). В конце концов удалось получить шину PCI, которая работает на частоте 66 МГц, способна передавать 64 бита за цикл, а ее общая пропускная способность состав­ляет 528 Мбайт/с. При такой производительности полноэкранное видео вполне достижимо (предполагается, что диск и другие устройства системы справляются со своей работой). Во всяком случае, шина PCI не является «узким местом» сис­темы.

Хотя 528 Мбайт/с — достаточно высокая скорость передачи данных, все же здесь есть некоторые проблемы. Во-первых, этого недостаточно для шины памя­ти. Во-вторых, шина PCI несовместима со всеми старыми платами ISA. По этой причине компания Intel решила разрабатывать компьютеры с тремя и более ши­нами. Это означает, что центральный процессор мо­жет обмениваться информацией с основной памятью через специальную шину памяти, а шину ISA можно связать с шиной PCI. Такая архитектура в 90-х годах удовлетворяла всем современным на тот момент требованиям и поэтому исполь­зовалась в большинстве систем. Ключевыми компонентами данной архитектуры являются мосты между ши­нами (эти микросхемы выпускает компания Intel — отсюда такой интерес к про­екту). Мост PCI связывает центральный процессор, память и шину PCI.

Практически все системы Pentium 4 выпускаются с одним или не­сколькими свободными PCI-слотами для подключения дополнительных высо­коскоростных периферийных устройств и с одним или несколькими ISA-слота­ми для подключения низкоскоростных периферийных устройств.