В вычислении , в картах расширения (называемые также платы расширения, адаптер карту или аксессуар карты) представляет собой печатная плата , которая может быть вставлена в электрический разъем , или слот расширения (также называемый как слот шины) на компьютеры материнской плату , плату или переходная плата для добавления функциональности компьютерной системе.
Карты расширения позволяют адаптировать возможности и интерфейсы компьютерной системы к задачам, которые она будет выполнять. Например, высокоскоростная многоканальная система сбора данных бесполезна для персонального компьютера, используемого для бухгалтерского учета, но может быть ключевой частью системы, используемой для управления производственными процессами. Карты расширения часто можно устанавливать или снимать в полевых условиях, что позволяет настраивать пользовательские параметры для определенных целей. Некоторые карты расширения имеют форму «дочерних плат», которые подключаются к разъемам на поддерживающей системной плате.
В персональных компьютерах заметными шинами расширения и стандартами плат расширения являются шина S-100 1974 года, связанная с операционной системой CP / M , 50-контактные слоты расширения оригинального компьютера Apple II 1977 года (уникальные для Apple), IBM Industry Standard Architecture (ISA) введен с IBM PC в 1981 году, Acorn «сек расширение трубки шины на BBC Micro также с 1981 года, IBM запатентованной и запатентованная архитектура Micro Channel (MCA) с 1987 года , который никогда не выиграл пользу в клоне рынке, значительно улучшенPeripheral Component Interconnect (PCI), который вытеснил ISA в 1992 году, и PCI Express с 2003 года, который абстрагирует межсоединение до высокоскоростных коммуникационных « дорожек » и переводит все другие функции в программный протокол.
Даже компьютеры на основе электронных ламп имели модульную конструкцию, но отдельные функции для периферийных устройств заполняли шкаф, а не только печатную плату. Карты процессора, памяти и ввода-вывода стали возможны с развитием интегральных схем . Карты расширения позволяли адаптировать процессорную систему к потребностям пользователя, позволяя варьировать тип подключенных устройств, добавлять память или дополнительные функции центрального процессора (например, модуль с плавающей запятой ). Миникомпьютеры, начиная с PDP-8 , состояли из нескольких плат, все питались от пассивной объединительной платы и обменивались данными через нее .
Первым коммерческим микрокомпьютером со слотами расширения стал Micral N в 1973 году. Первой компанией, установившей фактический стандарт, был Altair 8800 , разработанный в 1974–1975 годах, который позже стал стандартом для нескольких производителей, S-100. автобус . Многие из этих компьютеров также имели конструкцию пассивной объединительной платы, где все элементы компьютера (процессор, память и ввод / вывод) были подключены к каркасу для карт, который пассивно распределял сигналы и питание между картами.
Собственные реализации шины для таких систем, как Apple II, сосуществовали со стандартами нескольких производителей.
IBM представила то, что задним числом будет называть шиной промышленной стандартной архитектуры (ISA) с IBM PC в 1981 году. В то время технология называлась шиной ПК . IBM XT, представленный в 1983 году, использовал тот же автобус (за небольшим исключением). 8-битный ПК и шина XT были расширены с появлением IBM AT в 1984 году. Он использовал второй разъем для расширения шины адреса и данных по XT, но был обратно совместим; 8-битные карты все еще можно было использовать в 16-битных слотах AT. Промышленная стандартная архитектура (ISA) стала обозначением шины IBM AT после того, как были разработаны другие типы. Пользователи шины ISA должны были иметь глубокие знания об оборудовании, которое они добавляли для правильного подключения устройств, поскольку адреса памяти, адреса портов ввода / вывода и каналы DMA должны были быть настроены переключателями или перемычками на карте для соответствия. настройки в программном драйвере.
Шина MCA IBM , разработанная для PS / 2 в 1987 году, была конкурентом ISA, также их конструкция, но потеряла популярность из-за широкого признания ISA в отрасли и лицензирования MCA IBM. EISA, 32-разрядная расширенная версия ISA, отстаиваемая Compaq , использовалась на некоторых материнских платах ПК до 1997 года, когда Microsoft объявила ее "устаревшей" подсистемой в официальном техническом документе PC 97 . Фирменные локальные шины (см. Compaq), а затем стандарт локальной шины VESA , были шинами расширения конца 1980-х годов, которые были связаны, но не эксклюзивно, с шиной ЦП 80386 и 80486 . [1] [2] [3] PC / 104 Шина является встроенной автобус, который копирует шину ISA.
Intel запустила свои шины PCI чипсеты вместе с P5 -На Pentium процессоров в 1993 году PCI шина была введена в 1991 году в качестве замены для ISA. Стандарт (теперь это версия 3.0) и по сей день используется на материнских платах ПК. Стандарт PCI поддерживает мостовое соединение шины: было протестировано до десяти шин PCI с последовательным подключением. Cardbus , использующий разъем PCMCIA , представляет собой формат PCI, который подключает периферийные устройства к главной шине PCI через мост PCI-PCI. Cardbus вытесняется форматом ExpressCard .
Intel представила шину AGP в 1997 году как специализированное решение для ускорения видео. Устройства AGP логически подключаются к шине PCI через мост PCI-to-PCI. Хотя это и называется шиной, AGP обычно поддерживает одновременно только одну карту ( проблемы с поддержкой Legacy BIOS ). С 2005 года PCI Express заменяет как PCI, так и AGP. Этот стандарт утвержден [ Как кто? ] в 2004 году реализует логический протокол PCI через интерфейс последовательной связи. PC / 104 (-Plus) или Mini PCI часто добавляются для расширения на платах малого форм-фактора, таких как Mini-ITX .
Для своих моделей 1000 EX и 1000 HX компания Tandy Computer разработала интерфейс расширения PLUS, адаптацию поддерживающих XT-bus карт меньшего форм-фактора. Поскольку он электрически совместим с шиной XT (также известной как 8-битный ISA или XT-ISA), можно сделать пассивный адаптер для подключения карт XT к разъему расширения PLUS. Еще одна особенность карточек PLUS - их штабелирование. Другой шиной, которая предлагала наращиваемые модули расширения, была шина «sidecar», используемая IBM PCjr . Это могло быть электрически сопоставимо с шиной XT; он определенно имел некоторое сходство, поскольку оба по существу открывали адресную шину процессора 8088 и шины данных с некоторой буферизацией и фиксацией, добавлением прерываний и DMAобеспечивается дополнительными микросхемами Intel, а также несколькими строками обнаружения системных сбоев (Power Good, Memory Check, I / O Channel Check). Опять же, коляски PCjr технически не являются картами расширения, а модулями расширения, с той лишь разницей, что коляска представляет собой карту расширения, заключенную в пластиковую коробку (с отверстиями, открывающими разъемы).
Большинство других компьютерных линий, включая Apple Inc. ( Apple II , Macintosh ), Tandy , Commodore , Amiga и Atari , предлагали собственные шины расширения. Амигу используется Zorro II . Apple использовала запатентованную систему с семью 50-контактными слотами для периферийных карт Apple II , а затем использовала NuBus для своей серии Macintosh до 1995 года, когда они перешли на шину PCI. Как правило, карты расширения PCI будут работать на любой платформе ЦП, если для этого типа имеется программный драйвер. Видеокарты PCI и другие карты, содержащие BIOSявляются проблематичными, хотя видеокарты, соответствующие стандартам VESA, могут использоваться в качестве дополнительных мониторов. На рабочих станциях DEC Alpha, IBM PowerPC и NEC MIPS использовались разъемы шины PCI. [4] И Zorro II, и NuBus работали по принципу « plug and play» , и пользователю не требовалось конфигурировать оборудование.
Даже многие игровые приставки, такие как Sega Genesis , имели шины расширения; по крайней мере, в случае Genesis шина расширения была проприетарной, и на самом деле слоты для картриджей на многих консолях на основе картриджей (за исключением Atari 2600 ) можно было бы квалифицировать как шины расширения, поскольку они открывали возможности чтения и записи системы внутренняя шина. Однако модули расширения, подключенные к этим интерфейсам, хотя функционально такие же, как карты расширения, технически не являются картами расширения из-за их физической формы.
Другие компьютерные шины использовались для промышленного управления, приборов и научных систем. Некоторыми из этих стандартов были VMEbus , STD Bus и другие.
Ноутбуки обычно не поддерживают большинство карт расширения. Было разработано несколько компактных стандартов расширения. Исходный стандарт карт расширения PC Card по сути является компактной версией шины ISA. Стандарт карты расширения CardBus - это эволюция стандарта карты PC Card, которая превратилась в компактную версию шины PCI. Исходный стандарт ExpressCard действует как периферийное устройство USB 2.0 или устройство PCI Express 1.x x1. ExpressCard 2.0 добавляет SuperSpeed USB в качестве еще одного типа интерфейса, который может использовать карта. К сожалению, CardBus и ExpressCard уязвимы для DMA-атак, если на портативном компьютере нет IOMMU, настроенного для предотвращения этих атак.
Основная цель карты расширения - предоставить или расширить функции, не предлагаемые материнской платой. Например, в исходном ПК IBM не было встроенной графики или жесткого диска. В этом случае графическая карта и карта контроллера жесткого диска ST-506 обеспечивали графические возможности и интерфейс жесткого диска соответственно. В некоторых одноплатных компьютерах не предусмотрены карты расширения, а на плате могут быть только разъемы для микросхем для ограниченных изменений или настройки. Поскольку надежные многополюсные разъемы относительно дороги, некоторые системы массового потребления, такие как домашние компьютеры не имел слотов расширения и вместо этого использовал разъем на краю платы на краю основной платы, в результате чего дорогостоящий соответствующий разъем входил в стоимость периферийного устройства.
В случае расширения возможностей платы материнская плата может иметь один последовательный порт RS232 или порт Ethernet . Карта расширения может быть установлена для предоставления нескольких портов RS232 или нескольких портов Ethernet с более высокой пропускной способностью . В этом случае материнская плата обеспечивает базовую функциональность, но карта расширения предлагает дополнительные или улучшенные порты.
Один край платы расширения удерживает контакты (крайний разъем или контактный разъем ), которые входят в слот. Они устанавливают электрический контакт между электроникой на карте и на материнской плате. Платы периферийного расширения обычно имеют разъемы для подключения внешних кабелей. В ПК-совместимом персональном компьютере эти разъемы располагались в опорном кронштейне в задней части корпуса. В промышленных системах объединительной платы разъемы устанавливались на верхнем крае карты, напротив контактов объединительной платы.
В зависимости от форм-фактора материнской платы и корпуса в компьютерную систему можно добавить от одной до семи карт расширения. В системы объединительной платы можно установить 19 или более плат расширения. Когда в систему добавляется много карт расширения, общее потребление энергии и тепловыделение становятся ограничивающими факторами. Некоторые карты расширения занимают более одного слота. Например, многие видеокарты, представленные на рынке по состоянию на 2010 год, представляют собой двухслотовые видеокарты, в которых второй слот используется как место для установки активного радиатора с вентилятором.
Некоторые карты являются «низкопрофильными» картами, что означает, что они короче стандартных карт и подходят для корпуса компьютера меньшей высоты. (Существует стандарт «низкопрофильной карты PCI» [5], который определяет гораздо меньшую площадь кронштейна и площадь платы). Группа карт расширения, которые используются для внешнего подключения, таких как сети , SAN или модемных карт, которые обычно называют входных / выходных карт (или I / O - карты).
Дочерняя , дочерний , мезонин доска или контрейлерная доска установлена карта расширения , которая подключается к системе напрямую. [6] Дочерние платы часто имеют вилки, розетки, штыри или другие приспособления для других плат. Дочерние платы часто имеют только внутренние соединения внутри компьютера или других электронных устройств и обычно получают доступ к материнской плате напрямую, а не через компьютерную шину . Такие платы используются либо для улучшения различных объемов памяти компьютера, чтобы компьютер мог подключаться к определенным типам сетей, к которым он ранее не мог подключиться, либо для того, чтобы пользователи могли настраивать свои компьютеры для различных целей, таких как игры. [7]
Дочерние платы иногда используются в компьютерах, чтобы карты расширения могли устанавливаться параллельно материнской плате, обычно для сохранения малого форм-фактора . Эту форму также называют подступенками или подступенками. Дочерние платы также иногда используются для расширения основных функций электронного устройства, например, когда к определенной модели добавлены функции и она выпущена как новая или отдельная модель. Вместо того, чтобы полностью переделывать первую модель, можно добавить дочернюю плату к специальному разъему на основной плате. Они , как правило , помещаются на верхней части и параллельно плате, разделенных прокладками или стойкам , и иногда называют антресоли карты из - за штабелирование как антресоли в атеатр . Карты волновых таблиц (карты синтеза на основе сэмплов ) часто устанавливаются на звуковые карты таким образом.
Некоторые стандарты интерфейса мезонинных карт включают 400-контактную мезонинную плату FPGA (FMC); 172-контактная высокоскоростная мезонинная карта (HSMC); [8] [9] Мезонинные карты PCI (ПКА); Антресоли XMC; Advanced Mezzanine Card ; IndustryPacks (VITA 4), мезонинные модули GreenSpring Computers ; и т.п.
Примеры плат расширения в виде дочерних плат включают в себя: