Плата расширения, плата адаптера или дополнительная плата — это печатная плата, которая может быть вставлена в электрический разъем или слот расширения на материнской плате компьютера, задней панели или вертикальной плате, чтобы добавить функциональность в компьютерную систему через шину расширения.
Пример платы расширения цифрового ввода-вывода PCI
Слот расширения PCI
Шина расширения — это компьютерная шина, которая перемещает информацию между внутренним оборудованием компьютерной системы (включая процессор и ОЗУ ) и периферийными устройствами. Это набор интерфейсов и протоколов, который позволяет расширять возможности компьютера компьютер.
История
Даже компьютеры на базе вакуумной трубки имели модульную конструкцию, но отдельные функции для периферийных устройств заполнял шкаф, а не только печатную плату. Процессы, память и карты ввода / вывода стали возможными при разработке интегральных схем. Карты расширения позволяли адаптировать процессорную систему к потребностям пользователя, позволяя изменять типы подключенных устройств, дополнения к памяти или дополнительные функции для центрального процессора (например, блок с плавающей точкой ). Миникомпьютеры, начиная с PDP-8 , были сделаны из нескольких карт, все из которых питались и сообщались через пассивную объединительную плату .
Первым коммерческим микрокомпьютером, в котором были установлены слоты расширения, был Micral N в 1973 году. Первой компанией, установившей стандарт де-факто, был Altair 8800 , разработанный в 1974-1975 годах, который позже стал стандартом для многих производителей S-100 . Многие из этих компьютеров были также пассивными проектами объединительной платы, где все элементы компьютера (процессор, память и ввод-вывод) подключались к каркасу, который пассивно распределял сигналы и мощность между картами.
Проприетарные реализации шин для таких систем, как Apple II, сосуществовали со стандартами нескольких производителей.
IBM PC и потомки
IBM представила то, что ретроактивно можно назвать шиной стандартной архитектуры (ISA) с IBM PC в 1981 году. В то время эта технология называлась компьютерной шиной. IBM XT , представленная в 1983 году, использовала ту же шину (с небольшим исключением). 8-битная шина PC и XT была расширена благодаря внедрению IBM AT в 1984 году. В ней использовался второй соединитель для расширения адреса и шины данных по сравнению с XT, но был обратно совместим 8-битные карты по-прежнему можно было использовать в 16-разрядных слотах AT. Промышленная стандартная архитектура (ISA) стала обозначением для шины IBM AT после разработки других типов. Пользователи шины ISA должны были иметь глубокое знание оборудования, 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 обеспечении драйвера.
Шина IBM MCA , разработанная для PS / 2 в 1987 году, была конкурентом ISA, а также их дизайном, но оказалась не в пользу благодаря принятию ISA в масштабах всей отрасли и лицензированию IBM MCA. EISA, 32-битная расширенная версия ISA, отстаиваемая Compaq , использовалась на некоторых материнских платах до 1997 года, когда Microsoft объявила ее «старой» подсистемой в промышленном документе PC 97. Собственные локальные шины (qv Compaq), а затем и стандарт VESA Local Bus Standard, были концевыми шинами расширения 1980-х годов, которые были привязаны, но не были эксклюзивны для шины процессора 80386 и 80486. Шина PC / 104 представляет собой встроенную шину, которая копирует шину ISA.
В 1993 году Intel запустила чипсеты для шины PCI вместе с процессорами Pentium на базе процессоров P5 в 1993 году. Шина PCI была представлена в 1991 году в качестве замены ISA. Стандарт (теперь в версии 3.0) находится на материнских платах ПК по сей день. Стандарт PCI поддерживает шинный мост: тестировано до десяти шин с шиной PCI. Cardbus, используя разъем PCMCIA , представляет собой формат PCI, который подключает периферийные устройства к шине Host PCI через PCI-PCI Bridge.
Intel представила шину AGP в 1997 году как специальное решение для ускорения видео. Устройства AGP логически подключены к шине PCI через мост PCI-to-PCI. Будучи названным шиной, AGP обычно поддерживает только одну карту одновременно (проблемы с поддержкой Legacy BIOS ). С 2005 года PCI-Express заменяет как PCI, так и AGP. Этот стандарт, одобренный в 2004 году, реализует логический PCI-протокол через последовательный интерфейс связи. PC / 104 (-Plus) или Mini PCI часто добавляются для расширения на досках с малым форм-фактором, таких как Mini-ITX .
Для своих моделей 1000 EX и 1000 HX Tandy Computer разработала интерфейс расширения PLUS, адаптирующий карты поддержки XT-шины меньшего форм-фактора. Поскольку он электрически совместим с шиной XT (также 8-разрядной ISA или XT-ISA), можно подключить пассивный адаптер для подключения карт XT к разъему расширения PLUS. Еще одна особенность карт PLUS заключается в том, что они являются штабелируемыми. Еще одной шиной, предлагающей наращиваемые модули расширения, была шина «sidecar», используемая IBM PCjr. Возможно, это было электрически сопоставимо с шиной XT. Это, безусловно, имело некоторое сходство, поскольку оба существенно разоблачили адресные шины и шины данных 8088 с некоторой буферизацией и фиксацией, добавлением прерываний и DMA, предоставляемыми чипами Intel, и несколькими линиями обнаружения сбоев системы (Power Good, Memory Проверка, проверка канала ввода / вывода). Опять же, PCjr sidecars — это не карты с техническими расширениями, а модули расширения, с той лишь разницей, что PCjr представляет собой карту расширения, заключенную в пластиковую коробку (с отверстиями, открывающими разъемы).
Другие семейства
Большинство других компьютерных линий, в том числе Apple Inc. ( Apple II , Macintosh ), Tandy , Commodore , Amiga и Atari , предложили свои собственные шины расширения. Амига использовала Зорро II. Apple использовала проприетарную систему с семью 50-контактными слотами для периферийных плат Apple II , а затем использовала NuBus для своей серии Macintosh до 1995 года, когда они переключились на PCI-шину. Как правило, платы расширения PCI будут работать на любой платформе ЦП, если для этого типа есть программный драйвер. PCI-карты и другие карты, содержащие BIOS, являются проблематичными, хотя видеокарты, соответствующие стандартам VESA, могут использоваться для вторичных мониторов. На рабочих станциях DEC Alpha, IBM PowerPC и NEC MIPS используются разъемы шины PCI. Оба Zorro II и NuBus были подключены и воспроизводятся , не требуя аппаратной конфигурации пользователем.
Даже многие игровые консоли, такие как Sega Genesis , включали в себя шины расширения, по крайней мере, в случае с Genesis шина расширения была запатентованной, и на самом деле слоты для картриджей на многих консолях с картриджами (не включая Atari 2600 ) могли бы квалифицироваться как шины расширения, поскольку они отображали возможности чтения и записи системы внутренней шины. Тем не менее, модули расширения, прикрепленные к этим интерфейсам, хотя функционально такие же, как карты расширения, не являются технически расширительными картами из-за их физической формы.
Другие компьютерные шины использовались для промышленного контроля, приборов и научных систем. Некоторые из этих стандартов были VMEbus , STD Bus и другие.
Внешние шины расширения
Обычно ноутбуки не могут принимать большинство плат расширения. Были разработаны несколько компактных стандартов расширения. Первоначальный стандарт платы PC Card — это компактная версия шины ISA. Стандарт карты CardBus — это эволюция стандарта PC Card, чтобы превратить его в компактную версию шины PCI. Первоначальный стандарт ExpressCard действует как периферийное устройство USB 2.0 или устройство PCI Express 1.x x1. ExpressCard 2.0 добавляет SuperSpeed USB в качестве другого типа интерфейса, который может использовать карта. К сожалению, CardBus и ExpressCard уязвимы для атаки DMA, если ноутбук не имеет IOMMU, который настроен на предотвращение этих атак.
Устройства
Основная цель карты расширения — предоставить или расширить функции, не предлагаемые материнской платой. Например, оригинальный IBM PC не имеет встроенной графики или жесткого диска. В этом случае графическая карта и плата контроллера жесткого диска ST-506 обеспечивали графическую возможность воспроизведения и интерфейс жесткого диска соответственно. На некоторых одноплатных компьютерах не предусматривалось слоты карт расширения, и на них могут быть предусмотрены только разъемы IC для ограниченных изменений или настройки. Поскольку надежные многоконтактные разъемы являются относительно дорогостоящими, некоторые системы массового рынка, такие как домашние компьютеры, не имеют слотов расширения и вместо этого используют разъем для карт на краю основной платы, в результате чего дорогостоящее соответствующее гнездо входит в стоимость периферийного устройства устройство.
В случае расширения встроенных возможностей материнская плата может предоставить один последовательный порт RS232 или порт Ethernet. Плата расширения может быть установлена, чтобы предлагать несколько портов RS232 или несколько портов Ethernet с более высокой пропускной способностью. В этом случае материнская плата обеспечивает базовые функции, но карта расширения предлагает дополнительные или улучшенные порты.
Физическая конструкция
На одном краю карты расширения находятся контакты ( краевой разъем или штыревой разъем ), которые вставляются в гнездо. Они устанавливают электрический контакт между электроникой на плате и на материнской плате. Карты периферийного расширения обычно имеют разъемы для внешних кабелей. В PC-совместимый персональный компьютер, эти разъемы находились в опорном кронштейне на задней стенке корпуса. Промышленные системы объединительной платы имели разъемы, установленные на верхнем крае карты, напротив штырей задней панели.
В зависимости от форм-фактора материнской платы и корпуса в компьютерную систему можно добавить от одной до семи карт расширения. В объединительной плате могут быть установлены 19 или более плат расширения. Когда к системе добавляется много плат расширения, общее потребление энергии и тепловыделение становятся ограничивающими факторами. Некоторые карты расширения занимают более одного слота. Например, многие видеокарты на рынке по состоянию на 2010 год представляют собой двухслотовые графические карты, используя второй слот в качестве места для размещения активного радиатора с вентилятором.
Некоторые карты являются «низкопрофильными» картами, что означает, что они короче стандартных карт и подходят к компьютерному шасси меньшей высоты. (Существует стандарт «низкопрофильной PCI-карты», который определяет гораздо меньшую площадь кронштейна и платы). Группа карт расширения, которые используются для внешних подключений, таких как сетевые , SAN или модемные карты, обычно называются картами ввода / вывода.
Дополнения
Звуковая карта с присоединенной дочерней доской MIDI
Дочерняя плата для платформы Inventec, которая работает как RAID-контроллер на основе набора микросхем LSI 1078
Дочерняя плата, дочерняя карта, мезонинная плата или коннекторная плата — это карта расширения, которая напрямую подключается к системе. В дочерних домах часто имеются разъемы, гнезда, штыри или другие вложения для других плат. У дочерних плат часто есть только внутренние соединения внутри компьютера или других электронных устройств и обычно доступ к материнской плате напрямую, а не через компьютерную шину.
Дочерние компьютеры иногда используются на компьютерах, чтобы обеспечить возможность расширения карт расширения параллельно материнской плате, как правило, для поддержания небольшого форм-фактора. Эта форма также называется стояками или стояками. Кроме того, дочерние платы используются для расширения основных функций электронного устройства, например, когда у определенной модели есть функции, добавленные к ней, и выпущена как новая или отдельная модель. Вместо того, чтобы полностью перепроектировать первую модель, дочерняя плата может быть добавлена к специальному разъему на основной плате. Они обычно подходят сверху и параллельно доске, разделенные прокладками или противостояниями, и иногда называются мезонинные карты из-за того, что они сложены как мезонин театра. Таким образом, на звуковых картах часто устанавливаются карты Wavetable (карточки для синтеза на основе выборок ).
Некоторые стандарты интерфейса мезонинных карт включают в себя 400-контактную карту мезонинов FPGA (FMC); 172-контактная высокоскоростная мезонинная карта (HSMC); Мезонины XMC; расширенная мезонинская карта; IndustryPacks (VITA 4), модули мезонинов GreenSpring Computers ; etc. и т.п.