В вычислении , в картах расширения , также известные как платы расширения, карты адаптера или аксессуар карты, является печатной платой , которая может быть вставлена в электрический разъем , или слот расширения , на компьютерной материнскую плату , объединительная плату или райзере для добавления функциональности к компьютерной системе через шину расширения .
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 платы расширения имеют форму «дочерних плат», которые подключаются к разъемам на поддерживающей системной плате.
В персональных компьютерах заметными шинами расширения и стандартами карт 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.
История [ править ]
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 подключаемых 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 был Micral N , выпущенный в 1973 году. Первой компанией, установившей фактический стандарт, была Altair 8800 , разработанная в 1974–1975 годах, которая позже стала 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 PC и потомки [ править ]
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. В нем использовался второй соединитель для расширения шины адреса и данных по XT, но он был обратно совместим; 8-битные карты все еще можно было использовать в 16-битных слотах AT. Промышленная стандартная архитектура (ISA) стала обозначением для 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, чтобы соответствовать. настройки в программном драйвере.
Шина MCA IBM , разработанная для PS / 2 в 1987 году, была конкурентом ISA, также как и их конструкция, но потеряла популярность из-за широкого признания ISA в отрасли и лицензирования MCA IBM. EISA, 32-битная 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, предлагавшей 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 DMAпредоставляемые дополнительными микросхемами Intel, и несколько строк 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).
Другие семьи [ править ]
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 BIOSпроблематичны, 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 многих консолей 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 и 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.
Внешние шины расширения [ править ]
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.
Приложения [ править ]
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 гнезда для микросхем для ограниченных изменений или настроек. 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 карты 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 . Может быть установлена карта расширения, предлагающая несколько портов RS232 или несколько портов Ethernet с более высокой пропускной способностью . В этом случае материнская плата обеспечивает базовую функциональность, но карта расширения предлагает дополнительные или улучшенные порты.
Физическая конструкция [ править ]
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 опорной скобе 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 энергопотребление 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», 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 плата [ править ]
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 .
Дочерние платы иногда используются в компьютерах, чтобы карты расширения могли устанавливаться параллельно материнской плате, обычно для сохранения малого форм-фактора . Эта форма также называется подступенками или подступенками. Дочерние платы также иногда используются для расширения основных функций электронного устройства, например, когда к определенной модели добавлены функции, и она выпускается 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); [7] [8] 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:
- Плата с расширенным графическим адаптером , добавляет память сверх 64 КБ, до 256 КБ [9]
- Дополнительная плата с расширенной памятью , добавляет дополнительную память к некоторым платам EMS и EEMS [10]
- ДОБАВИТЬ дочернюю плату
- Дочерняя плата RAID
- Дочерняя плата контроллера сетевого интерфейса (NIC)
- Дочерняя плата CPU Socket
- Дочерняя плата Bluetooth
- Дочерняя плата модема
- Дочерняя плата AD / DA / DIO
- Дочерняя плата связи (CDC)
- Дочерняя плата управления сервером (SMDC)
- Дочерняя плата разъема Serial ATA
- Дочерняя плата робота
- Дочерняя плата списка контроля доступа
- Arduino «щит» дочерние платы
- Дочерняя плата Beaglebone "cape"
- Raspberry Pi «Дополнительная плата для шляпы» [11]
- Сетевая дочерняя плата (NDB). Обычно объединяет: логику шинных интерфейсов, LLC , PHY и Magnetics на одной плате.
Стандарты [ править ]
- Расширенный PCI (PCI-X)
- PCI Express (PCIe)
- Мини PCIe
- M.2
- Порт ускоренной графики (AGP)
- Обычный PCI (PCI)
- Стандартная отраслевая архитектура (ISA)
- Архитектура микроканалов (MCA)
- Местный автобус VESA (VLB)
- CardBus / PC card / PCMCIA (для ноутбуков)
- ExpressCard (для ноутбуков)
- Переходник для аудио / модема (AMR)
- Коммуникационный и сетевой переходник (CNR)
- CompactFlash (для карманных компьютеров и высокоскоростных фотоаппаратов и видеокамер)
- SBus ( компьютеры Sun на базе SPARC 1990-х годов )
- Зорро (Коммодор Амига )
- NuBus (Apple Macintosh )
См. Также [ править ]
- Карта совместимости
- Хост-адаптер
- i-RAM
- M-Module , промышленный стандарт мезонинов для модульного ввода / вывода
- Сетевая карта
- Карта физики
- ПОЧТОВЫЕ карты
- Карта подъемника
- Звуковая карта
- Карта ТВ-тюнера
- Видеокарта
Ссылки [ править ]
- ^ "МБ-54ВП" . ArtOfHacking.com . Проверено 17 ноября 2012 .
- ^ "NX586" . ArtOfHacking.com . Проверено 17 ноября 2012 .
- ^ "ЛЕОПАРД 486SLC2 РЕД. B" . ArtOfHacking.com . Проверено 17 ноября 2012 .
- ^ "Материнские платы" . Artofhacking.com . Проверено 17 ноября 2012 .
- ^ «PCI Mechanical Working Group ECN: Low Profile PCI Card» (PDF) . Pcisig.com . Проверено 17 ноября 2012 .
- ^ IEEE Std. 100 Авторитетный словарь терминов стандартов IEEE, седьмое издание , IEEE, 2000, ISBN 0-7381-2601-2 , стр. 284
- ^ Йенс Крёгер. «Передача данных на высоких скоростях через Kapton Flexprints для эксперимента Mu3e» . 2014. с. 43-44.
- ^ Альтера. «Спецификация высокоскоростной мезонинной карты (HSMC)» . п. 2-3.
- ↑ Рынок смотрит на EGA как на стандарт де-факто, InfoWorld , 19 августа 1985 г.
- ^ Сравнение продуктов: 16-битная память EMS, InfoWorld , 7 сентября 1987 г.
- ^ "Дополнительные доски и шляпы" . GitHub . Фонд Raspberry Pi . Проверено 19 июня 2020 .
Внешние ссылки [ править ]
- Список слотов расширения компьютера и распиновка
