rozšiřující karta -Expansion card

Příklad digitální rozšiřující I/O karty PCI využívající velký čtvercový čip od PLX Technology pro zpracování rozhraní sběrnice PCI
rozšiřující slot PCI
Altair 8800b z března 1976 s 18slotovou základní deskou S-100 , která obsahovala jak základní desku Intel 8080 , tak mnoho rozšiřujících desek
Rack s rozšiřujícími kartami standardního modulárního systému IBM v počítači IBM 1401 využívající 16pinový pozlacený okrajový konektor poprvé představen v roce 1959
Konfigurační DIP přepínače v 16pinovém pouzdru s průchozími otvory , které se často vyskytují na rozšiřujících kartách ISA z 80. let
Moderní SPI flash čip vhodný pro uložení firmwaru rozšiřující karty
Konektor Thunderbolt 3 představený společností Intel v prosinci 2015 multiplexuje až 4 linky PCIe 3.0 a 8 linek DisplayPort 1.2 a může podporovat externí dokovací stanici s jednou nebo více rozšiřujícími kartami s dostatečnou šířkou pásma pro řízení GPU střední třídy.

Ve výpočetní technice je rozšiřující karta (také nazývaná rozšiřující deska , adaptérová karta , periferní karta nebo doplňková karta ) deska s tištěnými spoji , kterou lze vložit do elektrického konektoru nebo rozšiřujícího slotu (označovaného také jako sběrnicový slot) na základní deska počítače (viz také backplane ) pro přidání funkčnosti do počítačového systému. Někdy design skříně počítače a základní desky zahrnuje umístění většiny (nebo všech) těchto slotů na samostatnou vyjímatelnou kartu. Obvykle se takové karty částečně označují jako stoupací karta , protože vyčnívají nahoru z desky a umožňují umístění rozšiřujících karet nad základní desku a paralelně s ní.

Rozšiřující karty umožňují rozšířit nebo doplnit schopnosti a rozhraní počítačového systému způsobem odpovídajícím úkolům, které bude plnit. Například vysokorychlostní vícekanálový systém sběru dat by nebyl k ničemu v osobním počítači používaném pro vedení účetnictví, ale mohl by být klíčovou součástí systému používaného pro řízení průmyslových procesů. Rozšiřující karty mohou být často instalovány nebo odstraněny v terénu, což umožňuje určitý stupeň přizpůsobení uživatele pro konkrétní účely. Některé rozšiřující karty mají podobu „dceřiných desek“, které se zapojují do konektorů na podpůrné systémové desce.

V oblasti osobních počítačů patří mezi významné rozšiřující sběrnice a standardy rozšiřujících karet sběrnice S-100 z roku 1974 spojená s operačním systémem CP/M , 50kolíkové rozšiřující sloty původního počítače Apple II z roku 1977 (unikátní pro Apple), průmysl IBM. Standardní architektura (ISA) představená s IBM PC v roce 1981, trubková rozšiřující sběrnice Acorn na BBC Micro také od roku 1981, patentovaná a proprietární architektura Micro Channel (MCA) IBM od roku 1987, která nikdy nezískala přízeň na trhu klonů , vylepšené PCI ( Peripheral Component Interconnect ), které nahradilo ISA v roce 1992, a PCI Express z roku 2003, které abstrahuje propojení do vysokorychlostních komunikačních „pruhů“ a odsouvá všechny ostatní funkce do softwarového protokolu.

Dějiny

Počítače na bázi elektronek měly modulární konstrukci, ale jednotlivé funkce pro periferní zařízení zaplňovaly skříň, nejen desku s plošnými spoji. Procesorové, paměťové a I/O karty se staly proveditelné s rozvojem integrovaných obvodů . Rozšiřující karty umožňují přizpůsobit procesorové systémy potřebám uživatele tím, že umožňují připojit různé typy zařízení, včetně I/O, přídavné paměti a volitelných funkcí (jako je jednotka s pohyblivou řádovou čárkou ) k centrálnímu procesoru. Minipočítače, počínaje PDP-8 , byly vyrobeny z více karet komunikujících přes pasivní backplane a napájené z něj .

První komerční mikropočítač s rozšiřujícími sloty byl Micral N v roce 1973. První společností, která vytvořila de facto standard , byl Altair s Altair 8800 , vyvinutý v letech 1974–1975, který se později stal standardem pro více výrobců, S-100. autobus . Mnoho z těchto počítačů bylo také pasivních backplane designů, kde všechny prvky počítače (procesor, paměť a I/O) byly zapojeny do klece karet, která pasivně distribuovala signály a energii mezi karty.

Proprietární implementace sběrnic pro systémy, jako je Apple II , koexistovaly se standardy různých výrobců.

IBM PC a potomci

IBM představilo to, co by se zpětně nazývalo sběrnice Industry Standard Architecture (ISA) s IBM PC v roce 1981. V té době se tato technologie nazývala sběrnice PC . IBM XT , představený v roce 1983, používal stejnou sběrnici (s malou výjimkou). Osmibitové PC a XT sběrnice byly rozšířeny s uvedením IBM AT v roce 1984. Toto využívalo druhý konektor pro rozšíření adresové a datové sběrnice přes XT, ale bylo zpětně kompatibilní; 8bitové karty byly stále použitelné v AT 16bitových slotech. Průmyslová standardní architektura (ISA) se stala označením pro sběrnici IBM AT poté, co byly vyvinuty další typy. Uživatelé sběrnice ISA museli mít hluboké znalosti o hardwaru, který přidávali, aby zařízení správně připojili, protože adresy paměti, adresy I/O portů a kanály DMA musely být nakonfigurovány pomocí přepínačů nebo propojek na kartě tak, aby odpovídaly. nastavení v softwaru ovladače.

Sběrnice IBM MCA , vyvinutá pro PS/2 v roce 1987, byla konkurentem ISA, také jejich design, ale upadl v nemilost kvůli širokému přijetí ISA a licencování MCA IBM. EISA, 32-bitová rozšířená verze ISA prosazovaná společností Compaq , byla používána na některých základních deskách PC až do roku 1997, kdy ji Microsoft prohlásil za „starší“ subsystém v průmyslovém dokumentu PC 97 . Proprietární místní sběrnice (qv Compaq) a poté VESA Local Bus Standard byly rozšiřující sběrnice z konce 80. let, které byly svázány, ale nikoli výhradně, se sběrnicí CPU 80386 a 80486 . Sběrnice PC/104 je vestavěná sběrnice, která kopíruje sběrnici ISA.

Intel uvedl své čipové sady PCI sběrnice spolu s procesory Pentium na bázi P5 v roce 1993. Sběrnice PCI byla představena v roce 1991 jako náhrada za ISA. Standard (nyní ve verzi 3.0) najdeme na základních deskách PC dodnes. Standard PCI podporuje přemostění sběrnic: bylo testováno až deset sériově zřetězených sběrnic PCI. Cardbus , využívající konektor PCMCIA , je formát PCI, který připojuje periferie k hostitelské sběrnici PCI přes PCI do PCI Bridge. Cardbus je nahrazen formátem ExpressCard .

Intel představil sběrnici AGP v roce 1997 jako specializované řešení pro akceleraci videa. Zařízení AGP jsou logicky připojena ke sběrnici PCI přes most PCI-PCI. Přestože se AGP nazývá sběrnice, obvykle podporuje pouze jednu kartu najednou ( problémy s podporou staršího systému BIOS ). Od roku 2005 PCI Express nahrazuje PCI i AGP. Tento standard, schválený v roce 2004, implementuje logický protokol PCI přes sériové komunikační rozhraní. PC/104(-Plus) nebo Mini PCI se často přidávají pro rozšíření na deskách malých rozměrů, jako je Mini-ITX .

Pro své modely 1000 EX a 1000 HX navrhl Tandy Computer rozšiřující rozhraní PLUS, adaptaci karet podporujících XT-bus menšího formátu. Protože je elektricky kompatibilní se sběrnicí XT (aka 8bitová ISA nebo XT-ISA), lze vyrobit pasivní adaptér pro připojení karet XT k rozšiřujícímu konektoru PLUS. Další vlastností PLUS karet je, že jsou stohovatelné. Další sběrnicí, která nabízela stohovatelné rozšiřující moduly, byla sběrnice „sidecar“ používaná IBM PCjr . To může být elektricky srovnatelné se sběrnicí XT; zcela jistě měl určité podobnosti, protože obě v podstatě odhalily adresové a datové sběrnice CPU 8088, s určitým ukládáním do vyrovnávací paměti a blokováním, přidáním přerušení a DMA poskytovanými přídavnými čipy Intel a několika linkami pro detekci chyb systému (Power Good, Memory Kontrola, kontrola I/O kanálu). Postranní vozíky PCjr opět nejsou technicky rozšiřující karty, ale rozšiřující moduly, pouze s tím rozdílem, že sajdkárou je rozšiřující karta uzavřená v plastové krabičce (s otvory odkrývajícími konektory).

Externí expanzní sběrnice

Notebooky obecně nejsou schopny přijmout většinu rozšiřujících karet určených pro stolní počítače. V důsledku toho bylo vyvinuto několik standardů kompaktního rozšíření.

Původní standard rozšiřující karty PC Card je v podstatě kompaktní verze sběrnice ISA. Standard rozšiřující karty CardBus je evolucí standardu PC karet, aby se stal kompaktní verzí sběrnice PCI. Původní standard ExpressCard se chová jako periferie USB 2.0 nebo zařízení PCI Express 1.x x1. ExpressCard 2.0 přidává SuperSpeed ​​USB jako další typ rozhraní, které může karta používat. Bohužel, CardBus a ExpressCard jsou zranitelné vůči DMA útoku , pokud notebook nemá IOMMU, který je nakonfigurován tak, aby tyto útoky mařil.

Jedna výrazná výjimka z výše uvedeného je zahrnutí jediného vnitřního slotu pro speciální zmenšenou verzi standardu pro stolní počítače. Nejznámějšími příklady jsou Mini-PCI nebo Mini PCIe . Takové sloty byly obvykle určeny pro konkrétní účel, jako je nabízení „vestavěných“ bezdrátových sítí nebo upgradování systému při výrobě pomocí samostatného GPU.

Jiné rodiny

Většina ostatních počítačových linek, včetně těch od Apple Inc. jako ( Apple II a Macintosh ), Tandy , Commodore , Amiga a Atari , nabízela své vlastní rozšiřující sběrnice. Amiga používala Zorro II . Apple používal proprietární systém se sedmi 50pinovými sloty pro periferní karty Apple II , později používal obě varianty na Processor Direct Slot a NuBus pro své řady Macintosh až do roku 1995, kdy přešli na sběrnici PCI.

Obecně řečeno, většina rozšiřujících karet PCI bude fungovat na jakékoli platformě CPU , která zahrnuje hardware sběrnice PCI za předpokladu, že pro tento typ existuje softwarový ovladač. Grafické karty PCI a jakékoli jiné karty, které obsahují vlastní BIOS nebo jinou ROM, jsou problematické, ačkoli pro sekundární monitory lze použít grafické karty vyhovující standardům VESA. Pracovní stanice DEC Alpha, IBM PowerPC a NEC MIPS používaly konektory sběrnice PCI. Zorro II i NuBus byly plug and play , nevyžadovaly žádnou hardwarovou konfiguraci uživatelem.

Jiné počítačové sběrnice byly použity pro průmyslové řízení, přístroje a vědecké systémy. Jedním konkrétním příkladem je HP-IB (nebo Hewlett Packard Interface Bus), který byl nakonec standardizován jako IEEE-488 (aka GPIB). Některé známé historické standardy zahrnují VMEbus , STD Bus , SBus (specifické pro SPARCStations Sun) a mnoho dalších.

Video herní konzole

Dokonce mnoho konzol videohry , takový jako Nintendo systém zábavy a Sega Genesis , zahrnoval sběrnice expanze v nějaké formě; Alespoň v případě Genesis byla expanzní sběrnice proprietární. Ve skutečnosti sloty pro kazety mnoha konzol založených na kazetách (nezahrnující Atari 2600 ) by se kvalifikovaly jako rozšiřující sběrnice, protože odhalily možnosti čtení i zápisu vnitřní sběrnice systému. Nicméně rozšiřující moduly připojené k těmto rozhraním, i když jsou funkčně stejné jako rozšiřující karty, nejsou technicky rozšiřujícími kartami kvůli jejich fyzické podobě.

Aplikace

Primárním účelem rozšiřující karty je poskytnout nebo rozšířit funkce, které nenabízí základní deska. Například původní IBM PC nemělo zabudovanou grafiku nebo pevný disk. V tomto případě grafická karta a řadič pevného disku ST-506 poskytovaly grafické možnosti a rozhraní pevného disku. Některé jednodeskové počítače nepočítaly s rozšiřujícími kartami a mohly mít na desce pouze IC zásuvky pro omezené změny nebo přizpůsobení. Vzhledem k tomu, že spolehlivé vícekolíkové konektory jsou relativně drahé, některé systémy na masovém trhu, jako jsou domácí počítače , neměly žádné rozšiřující sloty a místo toho používaly konektor na okraji základní desky, čímž se nákladná odpovídající zásuvka promítla do ceny periferie. přístroj.

V případě rozšíření možností na desce může základní deska poskytovat jeden sériový port RS232 nebo ethernetový port. Lze nainstalovat rozšiřující kartu, která nabízí více portů RS232 nebo více ethernetových portů s vyšší šířkou pásma. V tomto případě základní deska poskytuje základní funkce, ale rozšiřující karta nabízí další nebo vylepšené porty.

Fyzická konstrukce

Jeden okraj rozšiřující karty drží kontakty (konektor okraje nebo kolíkové záhlaví ), které zapadají do slotu. Navazují elektrický kontakt mezi elektronikou na kartě a na základní desce. Periferní rozšiřující karty mají obecně konektory pro externí kabely. V osobním počítači kompatibilním s PC byly tyto konektory umístěny v podpěrném držáku na zadní straně skříně. Průmyslové systémy backplane měly konektory namontované na horním okraji karty, naproti kolíkům backplane.

V závislosti na tvarovém faktoru základní desky a skříně lze do počítačového systému přidat přibližně jednu až sedm rozšiřujících karet. Do systémů propojovací desky lze nainstalovat 19 nebo více rozšiřujících karet. Když je do systému přidáno mnoho rozšiřujících karet, stávají se limitujícími faktory celková spotřeba energie a odvod tepla. Některé rozšiřující karty zabírají více než jeden slot. Například mnoho grafických karet na trhu od roku 2010 jsou grafické karty se dvěma sloty, které využívají druhý slot jako místo pro umístění aktivního chladiče s ventilátorem.

Některé karty jsou „nízkoprofilové“, což znamená, že jsou kratší než standardní karty a vejdou se do šasi počítače s nižší výškou. (Existuje standard „nízkoprofilové karty PCI“, který specifikuje mnohem menší plochu držáku a desky). Skupina rozšiřujících karet, které se používají pro externí připojení, jako jsou síťové , SAN nebo modemové karty, se běžně označují jako vstupní/výstupní karty (nebo I/O karty).

Základní deska

Zvuková karta s připojenou dceřinou deskou MIDI
Dceřiná deska pro serverovou platformu Inventec , která funguje jako řadič RAID založený na čipové sadě LSI 1078

Dceřiná deska , dceřiná karta , mezaninová deska nebo piggyback deska je rozšiřující karta, která se připojuje přímo k systému. Dceřiné desky mají často zástrčky, zásuvky, kolíky nebo jiné nástavce pro jiné desky. Dceřiné desky mají často pouze vnitřní připojení v rámci počítače nebo jiných elektronických zařízení a obvykle přistupují k základní desce přímo, nikoli prostřednictvím počítačové sběrnice . Tyto desky se používají buď ke zlepšení různých kapacit paměti počítače, k tomu, aby se počítač mohl připojit k určitým druhům sítí, ke kterým se dříve nemohl připojit, nebo k tomu, aby uživatelé mohli přizpůsobit své počítače pro různé účely, jako je hraní her.

Dceřiné desky jsou někdy používány v počítačích, aby umožnily rozšiřujícím kartám, aby seděly paralelně k základní desce, obvykle kvůli zachování malého tvaru . Této formě se také říká riser card nebo risers. Dceřiné desky se také někdy používají k rozšíření základní funkčnosti elektronického zařízení, například když má určitý model přidané funkce a je vydán jako nový nebo samostatný model. Namísto úplného přepracování prvního modelu může být dceřiná deska přidána ke speciálnímu konektoru na hlavní desce. Ty se obvykle vejdou na desku a jsou s ní rovnoběžné, oddělené distančními vložkami nebo distančními sloupky a někdy se jim říká karty mezipatra , protože jsou naskládány jako mezipatro divadla . Wavetable karty (karty syntézy založené na vzorcích ) se často montují na zvukové karty tímto způsobem.

Jednodeskový počítač Raspberry PI 4B s připojenou kartou "TV Hat" (pro příjem televize DVB-T/T2).

Některé standardy rozhraní mezzaninových karet zahrnují 400 pin FPGA Mezzanine Card (FMC); 172kolíková karta High Speed ​​Mezzanine Card (HSMC); karta PCI Mezzanine Card ( PMC); mezipatra XMC; Advanced Mezzanine Card ; IndustryPacks (VITA 4), moduly GreenSpring Computers Mezzanine ; atd.

Příklady rozšiřujících karet ve stylu dceřiné desky zahrnují:

  • Prkno s vylepšeným grafickým adaptérem , přidává paměť nad 64 KB, až 256 KB
  • Deska s rozšířenou pamětí , přidává další paměť k některým deskám EMS a EEMS
  • PŘIDAT dceřinou desku
  • Dceřiná deska RAID
  • Dceřiná deska řadiče síťového rozhraní (NIC).
  • Dceřiná deska CPU Socket
  • Bluetooth dceřiná deska
  • Dceřiná deska modemu
  • AD/DA/DIO dceřiná karta
  • Komunikační dceřiná deska (CDC)
  • Dceřiná deska pro správu serveru (SMDC)
  • Dceřiná deska s konektorem Serial ATA
  • Robotická dceřiná deska
  • Dceřiná deska seznamu řízení přístupu
  • Dceřiné desky Arduino "shield" .
  • Dceřiná deska Beaglebone "cape".
  • Raspberry Pi "přídavná deska HAT"
  • Síťová dceřiná deska (NDB). Běžně integruje: logiku sběrnicových rozhraní, LLC , PHY a Magnetics na jednu desku.

Normy

Viz také

Reference

externí odkazy