Como funciona o PCI

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Componentes do seu computador trabalham juntos através de um barramento. Saiba mais sobre o barramento PCI e PCI card, como acima. 
O poder e a velocidade dos componentes de computador tem aumentado a um ritmo constante desde computadores desktop foram primeiras desenvolvidas décadas atrás. Fabricantes de software criar novos aplicativos capazes de utilizar os mais recentes avanços em velocidade do processador e capacidade de disco rígido, enquanto rush fabricantes de hardware para melhorar componentes e projetar novas tecnologias para acompanhar as demandas de software high-end.
Há um elemento, no entanto, que muitas vezes escapa Observe - o ônibus. Essencialmente, um barramento é um canal ou caminho entre os componentes em um computador. Ter um barramento de alta velocidade é tão importante quanto ter uma boa transmissão em um carro. Se você tem um motor de 700 cavalos de potência, combinado com uma transmissão barata, não consegue todo esse poder para a estrada. Existem muitos tipos diferentes de barramentos.
A idéia de um barramento é simples..--ele permite que você conecte componentes ao processador do computador. Alguns dos componentes que você pode querer conectar incluem discos rígidos, memória, sistemas de som, sistemas de vídeo e assim por diante. Por exemplo, para ver o que seu computador está fazendo, você normalmente usa uma tela de CRT ou LCD. Você precisa de um hardware especial para dirigir a tela, assim que a tela é orientada por uma placa gráfica. Uma placa de vídeo é uma pequeno circuito impresso placa projetada para ligar no ônibus. A placa de vídeo conversa com o processador usando o barramento do computador como um caminho de comunicação.
A vantagem do ônibus é que faz peças mais intercambiáveis. Se você quiser obter uma melhor placa gráfica, você simplesmente desligue o cartão antigo do ônibus e conecte em um novo. Se quiser dois monitores no seu computador, você conectar duas placas de vídeo com o ônibus. E assim por diante.
Neste artigo, você aprenderá sobre alguns desses ônibus. Vamos nos concentrar no ônibus conhecido como o PCI Peripheral Component Interconnect (). Vamos falar sobre o que é PCI, como funciona e como ele é usado, e nós vamos olhar para o futuro da tecnologia de bus.
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A ilustração acima mostra como os vários autocarros conectem à CPU.

Barramento de sistema de ônibus vs PCI

20 ou 30 anos atrás, os processadores eram tão lentos que o processador e o barramento eram sincronizados - o ônibus correu na mesma velocidade que o processador, e havia um ônibus na máquina. Hoje, os processadores corram tão rápido que a maioria dos computadores tem dois ou mais ônibus. Cada barramento é especializado em um determinado tipo de tráfego.
Um PC desktop típico hoje tem dois barramentos principais:
  • O segundo é um barramento mais lento para comunicar-se com coisas como discos rígidos e placas de som. Um ônibus muito comum deste tipo é conhecido como o barramento PCI. Estes ônibus mais lentos se conectar para o barramento do sistema através de uma ponte, que é parte do chipset do computador e atua como um policial de trânsito, integrando os dados de outros ônibus para o barramento do sistema.
Tecnicamente, existem outros ônibus também. Por exemplo, o barramento Serial Universal (USB) é uma maneira de conectar coisas como câmeras, scanners e impressoras ao computador. Ele usa um arame fino para conectar os dispositivos, e muitos dispositivos podem compartilhar esse fio simultaneamente. O FireWire é outro barramento, usado hoje principalmente para câmeras de vídeo e discos rígidos externos.

História PCI

O ônibus PC original no IBM PC original (cerca de 1982) tinha 16 bits de largo e operados em 4,77 MHz. Oficialmente ficou conhecido como o barramento ISA. Este ônibus é capaz de passando dados a uma taxa de até 9 MBps (megabytes por segundo) mais ou menos, rápido o suficiente mesmo para muitos dos aplicativos atuais.
Vários anos atrás, o barramento ISA ainda era usado em muitos computadores. Ônibus aceito cartões de computador desenvolvidos para o IBM PC original, no início de 1980. O barramento ISA permaneceu em uso mesmo depois que tecnologias mais avançadas estavam disponíveis para substituí-lo.
Algumas das principais razões para sua longevidade foram:
  • Compatibilidade a longo prazo com um grande número de fabricantes de hardware.
  • Antes da ascensão do multimídia, poucos periféricos de hardware totalmente utilizaram a velocidade do ônibus mais novo.
Como a tecnologia avançada e o barramento ISA não conseguiu acompanhar, outros barramentos foram desenvolvidos. Chave entre estes foram estendido indústria Standard Architecture (EISA)..--que era de 32 bits em 8 MHz..--e Vesa Local Bus (VL-Bus). A coisa legal sobre o VL-Bus (nomeado após VESA, o vídeo Electronics Standards Association, que criou o padrão) é que era 32 bits de largo e operados na velocidade do barramento local, que normalmente era a velocidade do processador em si. O VL-Bus essencialmente ligada diretamente para a CPU. Isso funcionou muito bem para um único dispositivo, ou talvez dois. Mas conectar mais de dois dispositivos ao VL-Bus introduziu a possibilidade de interferência com o desempenho da CPU. Devido a isso, o VL-Bus era tipicamente usado somente para conectar uma placa de vídeo, um componente que realmente beneficia de acesso de alta velocidade para a CPU.
Durante a década de 1990, a Intel introduziu um novo padrão de ônibus para a consideração, o ônibus de Peripheral Component Interconnect (PCI). PCI apresenta um híbrido das sortes entre ISA e do VL-Bus. Ele fornece acesso direto a memória do sistema para dispositivos conectados, mas usa uma ponte para se conectar ao barramento de frontside e, portanto, para a CPU. Basicamente, isto significa que é capaz de um desempenho ainda maior do que o VL-Bus, eliminando a possibilidade de interferência com a CPU.
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Tipos de barramento

Frontside ônibus, ônibus de Backside e placas PCI

O barramento frontal é uma conexão física que na verdade se conecta o processador à maioria dos outros componentes do computador, incluindo a memória principal (RAM), discos rígidos e os slots PCI. Hoje em dia, frontside ônibus normalmente opera a 400 MHz, com sistemas mais novos, rodando a 800 MHz.
O autocarro parte traseira é uma conexão separada entre o processador e o cache de nível 2. Este barramento opera a uma velocidade mais rápida do que o ônibus de frontside, geralmente na mesma velocidade que o processador, então todo esse cache funciona de forma mais eficiente possível. Ônibus traseiro têm evoluído ao longo dos anos. Na década de 1990, o barramento traseiro era um fio que conectado o processador principal a um cache de fora do chip. Este cache era na verdade um chip separado que exigido memória cara. Desde então, o cache de nível 2 foi integrado no processador principal, fazendo os processadores menores e mais baratos. Desde que o cache está agora no processador em si, em alguns aspectos o ônibus parte traseira não é realmente um ônibus mais.
PCI pode conectar dispositivos mais do que o VL-Bus, até cinco componentes externos. Cada um dos cinco conectores para um componente externo pode ser substituído por dois dispositivos fixos na placa-mãe. Além disso, você pode ter mais de um barramento PCI no mesmo computador, embora isso raramente é feito. O chip ponte do PCI regula a velocidade do barramento PCI independentemente da velocidade da CPU. Isto fornece um maior grau de confiabilidade e assegura que os fabricantes de hardware PCI sabem exatamente o que projetar para.
PCI originalmente operado a 33 MHz, usando um caminho de 32-bit de largura. Revisões do padrão incluem aumentar a velocidade de 33 MHz a 66 MHz e duplicar a contagem de 64 bit. Atualmente, o PCI-X fornece para transferências de 64 bits a uma velocidade de 133 MHz para uma incrível taxa de transferência de 1 GBps (gigabytes por segundo)!
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Placas PCI usam pinos de 47.
Placas PCI usam 47 pinos para conectar (49 pinos para um cartão de masterização, que pode controlar o barramento PCI sem intervenção da CPU). O barramento PCI é capaz de trabalhar com poucos pinos por causa da multiplexação de hardware, o que significa que o dispositivo envia mais do que um sinal sobre um único pino. Além disso, PCI suporta dispositivos que utilizam 3,3 volts ou 5 volts.
Intel proposto o padrão PCI em 1991, ele não alcançar popularidade até a chegada do Windows 95 (em 1995). Este súbito interesse no PCI deveu-se o fato de que o Windows 95 suporte um recurso chamado Plug and Play (PnP), que falaremos na próxima seção.
O barramento PCI foi adequado por muitos anos, fornecendo a largura de banda suficiente para todos os periféricos que a maioria dos usuários poderia querer ligar. Todas exceto uma: placas gráficas. Em meados de 1990, placas gráficas foram ficando cada vez mais poderosas, e jogos 3D estavam exigindo maior desempenho. O barramento PCI não poderia lidar com todas as informações, passando entre o principal e o processador de gráficos. Como resultado, a Intel desenvolveu o porta de gráficos acelerada (AGP). AGP é um barramento dedicado completamente para placas gráficas. A largura de banda através do barramento AGP não é compartilhada com todos os outros componentes. Embora PCI continua a ser o ônibus de escolha para a maioria dos periféricos, AGP assumiu a tarefa especializada de processamento gráfico. No entanto, uma nova tecnologia de ônibus atingiu o mercado que só pode significar o fim para AGP. Mais sobre isso posteriormente neste artigo, fique atento...

Plug and Play

Plug and Play (PnP) significa que você pode conectar um dispositivo ou inserir um cartão no seu computador e automaticamente é reconhecido e configurado para funcionar no seu sistema. PnP é um conceito simples, mas foi preciso um esforço concertado por parte da indústria de computador, para que isso aconteça. Intel criou o padrão PnP e incorporada no projeto para PCI. Mas não era até diversos anos mais tarde que um sistema operacional convencional, Windows 95, forneceu suporte de nível de sistema para PnP. A introdução do PnP acelerou a demanda por computadores com PCI, muito rapidamente, suplantando ISA como o ônibus de escolha.
Para ser totalmente implementado, PnP requer três coisas:
PnP BIOS - o utilitário de núcleo que permite PnP e detecta dispositivos PnP. O BIOS também lê o ESCD para informações de configuração sobre dispositivos PnP existentes.
Extended System Configuration Data (ESCD) - um arquivo que contém informações sobre instalado dispositivos PnP.
Sistema de operacional PnP - qualquer sistema operacional, como Windows XP, que ofereça suporte a PnP. PnP manipuladores no sistema operacional concluir o processo de configuração começado pelo BIOS para cada dispositivo PnP. PnP automatiza várias tarefas-chave que normalmente eram feitas manualmente ou com um utilitário de instalação fornecidas pelo fabricante do hardware. Essas tarefas incluem a configuração de:
  • Solicitações de interrupção (IRQ) - um IRQ, também conhecido como uma interrupção de hardware, é usado pelas várias partes de um computador para chamar a atenção da CPU. Por exemplo, o mouse envia um IRQ, toda vez que ela é movida para a CPU avisa que ele está fazendo alguma coisa. Antes de PCI, cada componente de hardware necessários a uma configuração de IRQ separada. Mas PCI gerencia interrupções de hardware na ponte de ônibus, permitindo-lhe utilizar um único sistema IRQ para vários dispositivos PCI.
  • Acesso direto à memória (DMA) - isto significa simplesmente que o dispositivo está configurado para acessar a memória do sistema sem primeiro consultar o CPU.
  • Endereços de memória - muitos dispositivos são atribuídos a uma seção de memória do sistema para uso exclusivo por esse dispositivo. Isso garante que o hardware terá os recursos necessários para operar corretamente.
  • Configuração de entrada/saída (e/s) - esta definição define as portas usadas pelo dispositivo para receber e enviar informações.
Enquanto o PnP torna muito mais fácil de adicionar dispositivos ao computador, não é infalível.
Variações nas rotinas software usadas por desenvolvedores de BIOS PnP, fabricantes de dispositivos PCI e Microsoft têm levado muitos para se referir a PnP como "Plug and Pray". Mas o efeito global de PnP foi para simplificar o processo de atualizar seu computador para adicionar novos dispositivos ou substituir os já existentes.
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Esta placa-mãe tem quatro slots PCI.

Adicionando um dispositivo PCI

Vamos dizer que você só adicionou uma nova placa de som PCI-baseado para o seu computador de Windows XP. Aqui está um exemplo de como funcionaria.
  1. Você abre o gabinete do seu computador e conecte a placa de som em um slot PCI vazio na placa mãe.
  2. Você fechar a caixa do computador e ligar o computador.
  3. O BIOS do sistema inicia o BIOS PnP.
  4. O PnP BIOS verifica o barramento PCI para o hardware. Ele faz isso através do envio de um sinal para qualquer dispositivo conectado para o barramento, o dispositivo que está a pedir.
  5. A placa de som responde identificando-se. O ID do dispositivo é enviado para o outro lado do ônibus para o BIOS.
  6. O PnP BIOS verifica o ESCD para ver se os dados de configuração para a placa de som já está presentes. Uma vez que só foi instalada a placa de som, não há nenhum registro ESCD existente para isso.
  7. O BIOS PnP atribui IRQ, DMA, endereço de memória e configurações de I/O para a placa de som e salva os dados no ESCD.
  8. Windows XP inicia. Ele verifica o ESCD e o barramento PCI. O sistema operacional detecta que a placa de som é um dispositivo novo e exibe uma pequena janela dizendo que o Windows tem encontrado novo hardware e é determinar o que é.
  9. Em muitos casos, o Windows XP irá identificar o dispositivo, encontrar e carregar os drivers necessários, e você estará pronto para ir. Se não, o "encontrado novo Hardware Wizard" abrirá. Isso vai direto para instalar drivers fora o disco que veio com a placa de som.
  10. Uma vez que o driver está instalado, o dispositivo deve ser pronto para uso. Alguns dispositivos podem exigir que você reinicie o computador antes de poder usá-los. No nosso exemplo, a placa de som está imediatamente pronta para uso.
  11. Você deseja capturar o áudio de um deck de fita externo que você tem ligado na placa de som. Você configurar o software de gravação que veio com a placa de som e começar a gravar.
  12. O áudio que entra a placa de som através de um conector de áudio externo. A placa de som converte o sinal analógico para um sinal digital.
  13. Os dados de áudio Digitas da placa de som são feitos através do barramento PCI para o controlador de barramento. O controlador determina qual dispositivo no dispositivo PCI tem prioridade para enviar dados para a CPU. Ele também verifica se os dados está indo diretamente para a CPU ou memória do sistema.
  14. Desde que a placa de som está em modo de gravação, o controlador de barramento atribui uma alta prioridade para os dados provenientes de la e envia os dados da placa de som sobre a ponte de ônibus para o barramento do sistema.
  15. O barramento do sistema salva os dados na memória do sistema. Quando a gravação estiver concluída, você pode decidir se os dados da placa de som é salvo em um disco rígido ou retidos na memória para processamento adicional.
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Padrões PCI e PCI Express

Como velocidades de processador constantemente subam na faixa de GHz, muitas empresas estão trabalhando febrilmente para desenvolver um padrão de ônibus de última geração. Muitos sentem que PCI, como ISA, está se aproximando do limite superior do que é capaz.
Todos os novos padrões propostos têm algo em comum. Eles propõem com a tecnologia de barramento compartilhado usado em PCI e movendo-se para uma comutação conexão ponto a ponto. Isto significa que uma conexão direta entre dois dispositivos (nós) no ônibus é estabelecida enquanto eles estão se comunicando com o outro. Basicamente, enquanto estes dois nós estão falando, nenhum outro dispositivo pode acessar esse caminho. Fornecendo vários links diretos, tal um ônibus pode permitir que vários dispositivos se comuniquem com nenhuma chance de retardar um ao outro.
HyperTransport, um padrão proposto pela Advanced Micro Devices, Inc. (AMD), é apresentado pela AMD como a progressão natural da PCI. Para cada sessão entre nós, ele fornece dois links ponto a ponto. Cada link pode ser em qualquer lugar de 2 bits para 32 bits de largura, suportando uma taxa de transferência máxima de 6,4 GB por segundo. HyperTransport é projetado especificamente para conectar componentes internos do computador para o outro, não para conectar dispositivos externos, como drives removíveis. O desenvolvimento de chips ponte permitirá que os dispositivos PCI acessar o barramento HyperTransport.
PCI-Express, desenvolvido pela Intel (e anteriormente conhecido como 3GIO ou i/o de 3ª geração), parece ser a "next big thing" em tecnologia de autocarro. No primeiros, mais rápidos de ônibus foram desenvolvidos para servidores high-end. Estes foram chamados PCI-X e PCI-X 2.0, mas não eram apropriados para o mercado de computadores domésticos, porque era muito caro construir placas-mãe com PCI-X.
PCI-Express é um animal completamente diferente - é voltado para o mercado de computadores domésticos e pode revolucionar não apenas o desempenho dos computadores, mas também a própria forma e forma de sistemas de computador em casa. Este ônibus novo não não apenas mais rápido e capaz de lidar com mais largura de banda do PCI. PCI-Express é um sistema de ponto a ponto, o que permite o melhor desempenho e pode até mesmo fazer a fabricação de placas-mãe mais baratas. Slots PCI-Express também aceitará placas PCI antigas, que irão ajudá-los a se tornar popular mais rapidamente do que seria se todos os componentes do PCI foram subitamente inútil.
Também é escalável. Um slot PCI-Express básica será uma conexão de 1 x. Isto irá fornecer largura de banda suficiente para conexões de Internet de alta velocidade e outros periféricos. O 1x significa que há uma pista para transportar dados. Se um componente requer mais largura de banda, PCI-Express 2x, 4x, 8x e x 16 slots podem ser construídos em placas-mãe, adicionar mais pistas e permitindo que o sistema carregar mais dados através da conexão. Na verdade, slots de PCI-Express 16x já estão disponíveis no lugar o slot da placa gráfica AGP em algumas placas-mãe. PCI-Express 16x, placas de vídeo estão na vanguarda agora, custando mais de US $500. Como os preços desçam e placas-mãe construído para lidar com as novas placas se tornam mais comuns, AGP pode desvanecer-se na história.

PCI Express e o futuro

PCI-Express pode significar mais do que computadores mais velozes. Como a tecnologia se desenvolve, os fabricantes de computador poderiam projetar uma placa-mãe com conectores PCI-Express que unem a cabos especiais. Isto permitirá para sistema de computador completamente modular, bem como sistemas de som em casa. Você teria uma pequena caixa com a placa-mãe e processador e uma série de tomadas de conexão PCI-Express. Um disco rígido externo pode se conectar via USB 2.0 ou PCI-Express. Pequenos módulos contendo placas de som, modems e placas de vídeo também poderiam anexar. Em vez de uma caixa grande, seu computador pode ser arranjado como você quiser, e só seria tão grande quanto os componentes que você precisa.
Publicado para fins educacionais
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