PCI

در کامپيوتر از عناصر سخت افزاري متفاوتي استفاده مي گردد. تمامي عناصر فوق نيازمند ارتباط سريع با يکديگر مي باشند. در صورتيکه عناصر سخت افزاري موجود که داراي پتانسيل هاي اختصاصي خود مي باشند، قادر به ايجاد ارتباط با يکديگر نباشند، عملا از امکانات موجود استفاده درستي نخواهد شد. گذرگاه (Bus) با نيت کمک به هدف فوق ارائه شده اند. گذرگاه ، کانال و يا مسيري است که بين عناصر کامپيوتر قرار گرفته و داراي انواع متفاوتي است . گذرگاه PCI) P eripheral C omponent I nterconnect) يکي ازنمونه هاي فوق است .

مباني گذرگاه ها

معماري بکار گرفته شده در گذرگاه ها(Bus) طي ساليان اخير بسرعت تغيير نموده است ..هدف از اعمال تغييرات ، افزايش کارآئي کامپيوتر است . اغلب کامپيوترهائي که امروزه بفروش مي رسند ، هنوز داراي يک گذرگاه از نوع ISA) I ndustry S tandard A rchitecture) مي باشند. در طراحي گذرگاه ها همواره مي بايست سازگاري بين سخت افزارها ي توليد شده توسط توليد کنندگان، لحاظ گردد.قبل از مطرح شدن امکانات چند رسانه اي ، تجهيزات جانبي تاکيد قابل ملاحظه اي در زابطه با سرعت گذرگاه ها نداشتند.

يک کامپيوتر شخصي داراي دو نوع گذرگاه است : نوع اول را گذرگاه سيستم و يا گذرگاه محلي مي گويند. گذرگاه فوق پردازنده و حافظه را به يکديگر مرتبط مي نمايد. ساير گذرگاه ها نظير گذرگاه هاي PCI و ISA از طريق يک پل( گذرگاه) ارتباطي به گذرگاه سيستم مرتبط مي گردند.

همزمان با افزايش سرعت پردازند ه و حافظه ، ضرورت ايزوله کردن سرعت بين پردازنده و حافظه بيشتر احساس گرديد. بدين منظور گذرگاه DIB) D ual I ndependent B us) بعنوان جايگزيني مطمين براي گذرگاه سيستم مطرح گرديد. تکنولوژي DIB ، گذرگاه سيستم را تغيير و آن را به دو گذرگاه ديگر FrontSide و BackSide تبديل کرد. هدف گذرگاه BackSide ارائه يک کانال مستقيم وسريع بين پردازنده و حافظه Level2 Cache است . گذرگاه FrontSide مسئول ارتباط حافظه ( از طريق کنترل کننده حافظه ) با پردازنده و ساير گذرگاه هاي مربوط به پردازنده و حافظه است .

نوع دوم گذرگاه اشتراکي ناميده مي شود. از گذرگاه فوق براي ارتباط عناصر اضافي ديگر به کامپيوتر استفاده مي گردد. گذرگاه فوق به علت فراهم نمودن امکان دستيابي چندين دستگاه از يک مسير يکسان به حافظه و پردازنده اشتراکي ناميده مي شود. دستگاه هائي نظير : مودم ، هارد، کارت صدا، کارت گرافيک ، کارت کنترل کننده و اسکنر نمونه هائي در اين زميه مي باشند.

اولين گذرگاه کامپيوترهاي شخصي هشت بيتي و با سرعت 4077 مگاهرتز(ميليون سيکل در هر ثانيه ) بود. گذرگاه فوق قادر به ارسال هشت بيت داده در هر سيکل بود. در سال 1982 گذرگاه فوق تغيير وبصورت شانزده بيتي با سرعت 8 مگاهرتز مطرح گرديد. گذرگاه فوق ISA نامگذاري گرديد. طراحي گذرگاه فوق بگونه اي بود که امکان ارسال داده را با سرعت 16 مگا بايت در هر ثانيه فراهم مي کرد. در ادامه استاندارهاي ديگري در رابطه با گذرگاه ها مطرح گرديد . گذرگاه هاي EISA) E xtendede I ndustry S tandard A rchitecture ) (سي و دو بيتي و سرعت 8 مگا هرتز ) VL-BUS) V esa Local Bus) نمونه هائي در اين زمينه مي باشند.

گذرگاه PCI

در سال 1990 شرکت اينتل، استاندارد جديدي با نام PCI را معرفي کرد. در گذرگاه فوق دستگاهها قادر به دستيابي مستقيم به حافظه سيستم مي باشند. . براي ارتباط با پردازنده از يک پل ارتباطي جهت ارتباط گذرگاه فوق، با گذرگاه FrontSide استفاده مي گردد.

PCI قادر به اتصال حداکثر پنج عنصر خارجي است . هر يک از عناصر خارجي مي توانند با دو دستگاه ثابت بر روي برد اصلي جايگزين گردند. تراشه پل ارتباطي PCI ، سرعت مناسب براي گذرگاه را مستقل از سرعت پردازنده تنظيم مي نمايد. گذرگاه هاي PCI در ابتدا 32 بيتي و داراي سرعت 33 مگاهرتز بودند. درادامه با اعمال تغييرات سرعت آنها به 66 مگاهرتز و 64 بيتي شدند. اخيرا نيز سرعت گذرگاه فوق تغيير و به 133 مگاهرتز رسيده است.( در چنين حالتي سرعت ارسال داده به يک گيگا بايت در ثانيه خواهد رسيد ).

کارت هاي PCI داراي 47 پين مي باشند. گذرگاه PCI قادر به انجام وظايف مربوطه با تعداد اندکي پين است( چون از ويژگي مالتي پلکسينگ استفاده مي نمايد). در اين حالت دستگاه مورد نظر بيش از يک سيگنال را از طريق پين ارسال مي دارد. PCI امکان استفاده دستگاههاي 5 ولت و 3/3 را فراهم مي نمايد..

با اينکه شرکت اينتل استاندارد PCI را در سال 1991 ارائه کرده بود ولي تا زمان عرضه ويندوز 95 ( در سال 1995 )، استاندارد فوق عموميت نيافته بود. سيستم عامل فوق اولين بار از ويژگي Plug Play استفاده مي کرد. جدول زير انواع گذرگاه ها بهمراه ويژگي هر يک را نشان مي دهد.

Plug Play

مفهوم Plug Play )PNP) به اين معني است که، مي توان يک دستگاه و يا يک کارت را به کامپيوتر متصل و سيستم بصورت خودکار قادر به تشخيص و پيکربندي آن مي گردد. PNP داراي يک مفهوم ساده است ولي در زمان مطرح شدن تاثيرات فراواني در صنعت کامپيوتررا ايجاد نمود. پس از استاندارد شدن PNP ، در طراحي PCI لحاظ و از آن استفاده گرديد. همزمان با معرفي PNP تقاضا براي کامپيوترهاي PCI افزايش يافت .

به منظور پياده سازي کامل PNP به سه امکان زير نياز است .

PNP BIOS هسته اوليه براي فعال شدن PNP و تشخيص دستگاههاي PNP

E xtended S ystem C onfiguration D ata ) ESCD ) . يک فايل متني که حاوي اطلاعاتي در رابطه با دستگاه هاي PNP نصب شده است.

سيستم عامل PNP . هر نوع سيستم عاملي که امکان PNP را دارا باشد.( ويندوز 95 98 و ... )

PNP چندين عمليات را بصورت اتوماتيک انجام خواهد داد. عمليات قوق در گذشته بصورت دستي و يا از طريق نرم افزارهاي ارائه شده بهمراه هر يک از سخت افزارها، انجام مي گرديد..عملياتي که PNP بصورت اتوماتيک انجام مي دهد بشرح زير مي باشند:

Interrup Request)IRQ ) . يک IRQ ( وقفه سخت افزاري ) توسط اغلب بخش هاي کامپيوتر استفداه مي گردد. هر يک از بخش هاي فوق از سيگنال فوق براي جلب توجه پردازنده استفاده مي نمايند. مثلا موس هر زمان که بسمت راست هدايت مي گردد ، يک IRQ را براي پردازنده ارسال تا واکنش مناسب انجام گيرد. قبل از PCI هر يک از عناصر سخت افزاري داراي تنظيمات اختصاصي مجزا براي IRQ بودند. همزمان با عرضه PCI امکان مديريت وقفه هاي سخت افزاري ( در نقطه ارتباطي گذرگاه ) فراهم مي گردد .بدين ترتيب از يک IRQ براي چندين دستگاه PCI استفاده خواهد شد.

Direct Memory Access ) DMA ) . امکان دستيابي مستقيم دستگاهها به حافظه، بدون اخذ مشاوره اوليه از پردازنده است.

Memory Addresses . دستگاههاي زيادي بخش خاص و محدودي از حافظه را براي استفاده خود در نظر گرفته و آن را براي خود رزو مي نمايند. با تامين حافظه فوق، دستگاهها به اين اطمينان خواهند رسيد که همواره عمليات خود را بدرستي انجام خواهند داد.

Input/OutPut Configuration . پورت هاي مورد نياز دستگاه براي ارسال و دريافت اطلاعات را مشخص مي نمايد.

با اينکه PNP نصب آسان دستگاه ها در کامپيوتر را بدنبال خواهد داشت ولي به علت وجود و استفاده از روتين هاي نرم افزاري متفاوت توسط PNP BIOS ، محصولات توليد شده PCI توسط سازندگان متفاوت و ... همواره اين احتمال وجود خواهد داشت که در زمان نصب يک کارت جديد با مشکلاتي مواجه گرديد

نحوه عملکرد PCI

مراحل نصب يک کارت جديد PCI ( کارت صدا ) بشرح زير است :

کيس کامپيوتر را باز کرده و کارت صدا رادر يکي از اسلات هاي آزاد PCI قرار دهيد.

کيس کامپيوتر را بسته و سيستم را روشن نمائيد.

BIOS سيستم اقدام به مقداردهي اوليه PNP BIOS مي نمايد.

PNP BIOS عمليات جستجوي گذرگاه هاي PCI را به منظور سخت افزار جديد انجام مي دهد. بدين منظور براي هر دستگاه سيگنالي ارسال و از او مي خواهد که خود را معرفي نمايد.

کارت صدا ( در اين مثال خاص ) اقدام به معرفي خود مي نمايد . مشخصه (ID) دستگاه از طريق گذرگاه براي BIOS برگردانده مي شود.

PNP BIOS محتويات ESCD را به منظور آگاهي از وجود اطلاعات لازم براي پيکربندي کارت صدا بررسي مي نمايد. با توجه به اينکه کارت صدا تازه نصب شده است اطلاعات ESCD براي آن وجود ندارد.

PNP BIOS تنظيمات و مقدار دهي لازم براي IRQ ، DMA ،Memory Address و I/O را انجام داده و نتايج عمليات خود را در ESCD ثبت خواهد کرد.

سيستم عامل مربوطه ( مثلا ويندوز 98 ) فعال مي گردد. عمليات بررسي محتويات ESCD و گذرگاه PCI انجام مي گيرد. سيستم عامل تشخيص خواهد داد که آيا کارت صدا جديدا نصب شد ه است؟ ( يک دستگاه جديد) در اين حالت پنجره اي نمايش داده شده و در آن اعلام مي گردد که ويندوز يک سخت افزار جديد را پيدا کرده است . در اين حالت هويت سخت افزار جديد مشخص خواهد شد.

در صورتيکه سيستم عامل قادر به تشخيص نوع دستگاه باشد، نوع دستگاه کشف شده ! اعلام و عمليات نصب درايور ( نرم افزاري که باعث فعال شدن دستگاه براي ارتباط با سيستم عامل خواهد شد ) آغاز مي گردد . در ادامه ممکن است سيستم عامل درخواست ديسک حاوي درايور را داشته باشد . در صورتيکه ويندوز قادر به تشخيص نوع سخت افزار جديد نگردد با ارائه يکه جعبه محاوره اي از شما مي خواهد که نوع سخت افزار را مشخص نمائيد.

پس از نصب درايور، دستگاه نصب شده براي استفاده آماده خواهد بود. پس از نصب درايور برخي دستگاهها ،لازم است سيستم راه اندازي مجدد گردد.

فرض کنيد قصد ذخيره کردن برخي فايل ها ي صوتي موجود بر روي يک نوار کاست را داشته باشيد. نرم افزار مربوط به ضبط صدا را فعال و عمليات ضبط آغاز مي گردد( از نوار کاست که درون ضبط صوت است به کامپيوتر )

صدا از طريق يک کانکتور خارجي صدا که ضبط صوت را به کارت صدا متصل نموده است وارد کامپيوتر خواهد شد. کارت صدا سيگنا ل هاي آنالوگ را به ديجيتال تبديل خواهد کرد

داده ها ي صوتي ديجيتال از طريق کارت صدا و بکمک گذرگاه PCI براي کنترل کننده گذرگاه ارسال خواهند شد. کنترل کننده گذرگاه اولويت دستگاه ارسال کننده ، به منظور ارسال اطلاعات براي پردازنده را مشخص مي نمايد.بررسي خواهد شد که آيا داده ها قصد استقرار مستقيم در حافظه را داشته و يا به کمک پردازنده نياز دارند.

با توجه به اينکه کارت صدا در حالت ضبط است کنترل کننده گذرگاه، اولويت بالائي را براي آن در نظر خواهد گرفت . بدين ترتيب داده هاي موجود بر روي گذرگاه ارتباطي ، براي گذرگاه سيستم ارسال خواهند شد.

گذرگاه سيستم، داده ها را در حافظه سيستم ذخيره خواهد کرد. پس از اتمام ضبط صدا مي توان تصميم لازم را در خصوص داده هاي ارسالي کارت صدا اتخاذ نمود. در صورت تمايل مي توان آنها را بر روي يک رسانه ذخيره سازي دائم نظير هارد ذخيره و يا به منظور تکميل پردازش هاي لازم ، همچنان در حافظه باقي خواهند ماند.