Карта расширения - Expansion card

Пример PCI карта расширения цифрового ввода / вывода с использованием большой квадратной микросхемы от Технология PLX для обработки интерфейса шины PCI
Слот расширения PCI
Альтаир 8800b с марта 1976 г. с 18-слотовым С-100 объединительная плата, на которой размещались Intel 8080 материнская плата и множество плат расширения
Стойка Стандартная модульная система IBM карты расширения в IBM 1401 компьютер с 16-контактным позолоченным краевым разъемом, впервые представленный в 1959 г.
Конфигурация DIP-переключатели в 16-контактном сквозное отверстие пакет, как часто встречается в ЭТО карты расширения 1980-х годов
Современный EEPROM микросхема, подходящая для электронного хранения конфигурации карты расширения
Thunderbolt 3 разъем введен Intel в декабре 2015 мультиплексирует до 4 полос PCIe 3.0 и 8 полос DisplayPort 1.2 и может поддерживать внешний Док-станция размещение одной или нескольких карт расширения с достаточной пропускной способностью для работы в среднем диапазоне GPU


В вычисление, карта расширения, также известная как плата расширения, плата адаптера или дополнительная плата, представляет собой печатная плата которые можно вставить в электрический разъем, или Слот расширения, на компьютере материнская плата, объединительная плата или стояк добавить функциональность в компьютерную систему через шина 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 пользователю настраивать их для определенных целей. Некоторые карты расширения имеют форму «дочерних плат», которые подключаются к разъемам на поддерживающей системной плате.

В персональный компьютер, известные стандарты расширения шин и карт расширения включают Автобус С-100 с 1974 г. связан с CP / M Операционная система, 50-контактные слоты расширения оригинального Яблоко II компьютер 1977 года (уникальный для Apple), IBM Стандартная отраслевая архитектура (ISA) представлена ​​с IBM PC в 1981 г., Желудь с шина расширения трубки на BBC Micro также с 1981 г. запатентованные и проприетарные IBM Архитектура Micro Channel (MCA) с 1987 года, который никогда не снискал популярности клон рынок, значительно улучшенный Подключение периферийных компонентов (PCI), которая вытеснила ISA в 1992 году, и PCI Express с 2003 года, который абстрагирует межсоединение до высокоскоростных коммуникационных «дорожек» и переводит все остальные функции в программный протокол.


История

Основная статья: Автобус (вычисления) § История

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 интегральные схемы. Карты расширения позволяли адаптировать процессорную систему к потребностям пользователя, позволяя варьировать типы подключенных устройств, добавлять к памяти или дополнительные функции центрального процессора (например, блок с плавающей запятой ). Миникомпьютеры, начиная с PDP-8, были сделаны из нескольких карт, все питались и общались через пассивный объединительная плата.

Первый рекламный ролик микрокомпьютер слотами расширения было Микрал Н, в 1973 году. Первая компания, основавшая де-факто стандарт был Альтаир с Альтаир 8800, разработанная в 1974–1975 годах, которая позже стала стандартом для многих производителей, Автобус С-100. Многие из этих компьютеров также были конструкциями 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.

Проприетарный автобус реализации для таких систем, как Яблоко II сосуществовали со стандартами нескольких производителей.

IBM PC и потомки

IBM ввел то, что задним числом называлось бы Стандартная отраслевая архитектура (ISA) с IBM PC в 1981 году. В то время технология называлась Шина ПК. В 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 разъем 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 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.

IBM MCA bus, разработанный для PS / 2 в 1987 году, был конкурентом ISA, также как и их дизайн, но потерял популярность из-за широкого признания ISA в отрасли и лицензирования IBM MCA. EISA, 32-битная расширенная версия ISA, отстаиваемая Compaq, использовалась на некоторых материнских платах ПК до 1997 года, когда Microsoft объявила ее "устаревшей" подсистемой в ПК 97 отраслевой технический документ. Фирменные местные автобусы (q.v. Compaq), а затем Местный автобус VESA Стандартными были автобусы расширения конца 1980-х годов, которые были связаны, но не исключительно, с 80386 и 80486. ЦПУ автобус.[1][2][3] В PC / 104 автобус встроенный автобус, который копирует шину ISA.

Intel запустила свои Шина PCI чипсеты вместе с P5 -на основании Pentium Процессоры в 1993 году. PCI Автобус был представлен в 1991 году как замена 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, с использованием PCMCIA разъем - это формат PCI, который подключает периферийные устройства к главной шине PCI через мост PCI-PCI. Cardbus вытесняется ExpressCard формат.

Intel представил AGP bus 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 только одну карту за раз (Наследие BIOS вопросы поддержки). С 2005 года PCI-Express заменяет PCI и AGP. Этот стандарт, утвержденный[Как кого? ] в 2004 году реализует логический протокол PCI через интерфейс последовательной связи. PC / 104 (-Plus) или Мини PCI часто добавляются для расширения на платах малого форм-фактора, таких как Mini-ITX.

Для них 1000 EX и 1000 HX В моделях Tandy Computer разработали интерфейс расширения PLUS, адаптированный для 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 прерывает и DMA предоставлены дополнительными микросхемами Intel и несколькими системными вина линии обнаружения (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

Большинство других компьютерных линий, в том числе от Apple Inc. (Яблоко II, Macintosh ), Тэнди, Коммодор, Amiga, и Atari, предложили собственные автобусы расширения. В Amiga используемый Зорро II. Apple использовала проприетарную систему с семью 50-контактными слотами для Периферийные карты Apple II, затем позже использовал NuBus для своей серии Macintosh до 1995 года, когда они перешли на шину PCI. Как правило, карты расширения PCI работают на любом ЦПУ платформа, если есть программный драйвер для этого типа. Видеокарты PCI и другие карты, содержащие BIOS проблематичны, 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 были подключи и играй, не требующий настройки оборудования пользователем.

Даже многие игровые приставки, такие как Sega Genesis, включены шины расширения; по крайней мере, в случае с Genesis шина расширения была проприетарной, и на самом деле слоты для картриджей многих консолей на основе картриджей (не включая Atari 2600 ) будут квалифицироваться как шины расширения, поскольку они предоставляют возможности чтения и записи внутренней шины системы. 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. Некоторые из этих стандартов были VMEbus, Автобус STD, и другие.

Шины внешнего расширения

Ноутбуки обычно не поддерживают большинство карт расширения. Было разработано несколько компактных стандартов расширения. Оригинал Карта ПК Стандарт карты расширения - это, по сути, компактная версия шины ISA. В CardBus Стандарт карты расширения - это эволюция стандарта карты PC Card, которая превратилась в компактную версию шины PCI. Оригинал ExpressCard Стандарт 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 атака если на портативном компьютере нет модуля IOMMU, настроенного для предотвращения этих атак.

Приложения

Основная цель карты расширения - предоставить или расширить функции, не предлагаемые материнской платой. Например, оригинал IBM PC не имел встроенной графики или возможности жесткого диска. В этом случае видеокарта и ST-506 карта контроллера жесткого диска обеспечивает графические возможности и интерфейс жесткого диска соответственно. Немного одноплатные компьютеры не предусмотрены карты расширения, и 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 платы на краю основной платы, что добавляло дорогостоящий соответствующий разъем в стоимость периферийного устройства.

В случае расширения возможностей платы материнская плата может обеспечить один последовательный порт RS232 или Ethernet порт. Можно установить карту расширения, чтобы обеспечить несколько портов RS232 или несколько и более высокую пропускную способность. Ethernet порты. В этом случае материнская плата обеспечивает базовую функциональность, но карта расширения предлагает дополнительные или улучшенные порты.

Физическая конструкция

Один край платы расширения удерживает контакты (крайний разъем или контактный заголовок ), которые вставляются в слот. Они устанавливают электрический контакт между электроникой на карте и на материнской плате. Платы периферийного расширения обычно имеют разъемы для внешних кабелей. В PC-совместимый персональный компьютер, эти разъемы находились в опорном кронштейне на задней стенке корпуса. В промышленных системах объединительной платы разъемы устанавливались на верхнем крае карты, напротив контактов объединительной платы.

В зависимости от фактор формы материнской платы и кейс, 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 на рынке с 2010 года представлены двухслотовые видеокарты, второй слот используется как место для установки активного радиатор с веером.

Некоторые карты являются «низкопрофильными», что означает, что они короче стандартных карт и подходят для корпуса компьютера меньшей высоты. (Существует стандарт «низкопрофильная PCI-карта»[5] что указывает на гораздо меньшую площадь кронштейна и платы). Группа карт расширения, которые используются для внешнего подключения, например сеть, SAN или модем карты, обычно называемые ввод, вывод карты (или карты ввода / вывода).

Дочерняя плата

Звуковая карта с присоединенной дочерней платой MIDI
Дочерняя плата для Inventec серверная платформа, выполняющая роль RAID-контроллера на базе чипсета LSI 1078

А дочерняя плата, дочерняя карта, антресоль или контрейлерная доска это 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 компьютерный автобус.

Дочерние платы иногда используются в компьютерах, чтобы карты расширения могли устанавливаться параллельно материнской плате, обычно для поддержания небольшого размера. фактор формы. Эта форма также называется переходные карты, или стояки. 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. Обычно они устанавливаются поверх доски и параллельно ей, разделены проставки или стойки, и иногда их называют мезонинные карты из-за того, что они сложены, как антресоль из театр. Таблица волн открытки (синтез на основе образцов карты) часто установленный на звуковые карты таким образом.

Одноплатный компьютер Raspberry PI 4B с подключенной платой "TV Hat" (для приема телевидения DVB-T / T2).

Некоторые стандарты интерфейса мезонинных карт включают 400-контактный Мезонинная плата FPGA (FMC); 172-контактная высокоскоростная мезонинная плата (HSMC);[7][8]то Мезонинная карта PCI (PMC); мезонины XMC; Продвинутая мезонинная карта; IndustryPacks (VITA 4), GreenSpring Computers Мезонинные модули;так далее.

Примеры плат расширения в виде дочерней платы:

  • Усовершенствованный графический адаптер дополнительная плата, добавляет память сверх 64 КБ, до 256 КБ[9]
  • Расширенная память дополнительная плата, добавляет дополнительную память некоторым платам EMS и EEMS[10]
  • ДОБАВИТЬ дочернюю плату
  • Дочерняя плата RAID
  • Контроллер сетевого интерфейса (NIC) дочерняя плата
  • 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
  • Ардуино "щит" дочерние платы
  • Дочерняя плата Beaglebone "cape"
  • Raspberry Pi "Дополнительная плата для шляпы"[11]
  • Сетевая дочерняя плата (NDB). Обычно объединяет: логику шинных интерфейсов, ООО, PHY и Magnetics на одной доске.

Стандарты

Основные статьи: Список интерфейсов компьютерной шины и Список скоростей передачи данных устройства § Компьютерные шины

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ «МБ-54ВП». ArtOfHacking.com. Получено 2012-11-17.
  2. ^ «NX586». ArtOfHacking.com. Получено 2012-11-17.
  3. ^ "ЛЕОПАРД 486SLC2 РЕД. B". ArtOfHacking.com. Получено 2012-11-17.
  4. ^ "Материнские платы". Artofhacking.com. Получено 2012-11-17.
  5. ^ "PCI Mechanical Working Group ECN: Низкопрофильная PCI-карта" (PDF). Pcisig.com. Получено 2012-11-17.
  6. ^ IEEE Std. 100 авторитетный словарь терминов стандартов IEEE, седьмое издание, IEEE, 2000,ISBN  0-7381-2601-2, стр. 284
  7. ^ Йенс Крёгер.«Передача данных с высокой скоростью через Kapton Flexprints для эксперимента Mu3e».2014.p. С 43 по 44.
  8. ^ Альтера.«Спецификация высокоскоростной мезонинной карты (HSMC)».п. 2-3.
  9. ^ Рынок рассматривает EGA как стандарт де-факто, InfoWorld, 19 августа 1985 г.
  10. ^ Сравнение продуктов: 16-битная память EMS, InfoWorld, 7 сен 1987
  11. ^ «Дополнительные доски и шляпы». GitHub. Фонд Raspberry Pi. Получено 19 июн 2020.

внешние ссылки