PCI

در کامپيوتر از عناصر سخت افزاری متفاوتی استفاده می گردد. تمامی عناصر فوق نيازمند ارتباط سريع با يکديگر می باشند. در صورتيکه عناصر سخت افزاری موجود که دارای پتانسيل های اختصاصی خود می باشند، قادر  به ايجاد ارتباط با يکديگر نباشند، عملا" از امکانات  موجود استفاده درستی نخواهد شد. گذرگاه (Bus) با نيت کمک به هدف فوق ارائه شده اند. گذرگاه ، کانال و يا مسيری است که بين عناصر کامپيوتر قرار گرفته و دارای انواع متفاوتی است . گذرگاه PCI)Peripheral Component Interconnect)  يکی ازنمونه های فوق است .

مبانی گذرگاه ها
معماری  بکار گرفته شده  در گذرگاه ها(Bus) طی ساليان اخير بسرعت تغيير نموده است ..هدف از اعمال تغييرات ،  افزايش کارآئی کامپيوتر است .  اغلب کامپيوترهائی که امروزه بفروش می رسند ، هنوز دارای يک گذرگاه از نوع ISA)Industry Standard Architecture) می باشند.  در طراحی گذرگاه ها همواره می بايست  سازگاری بين  سخت افزارها ی توليد شده توسط توليد کنندگان، لحاظ گردد.قبل از مطرح شدن امکانات چند رسانه ای ،  تجهيزات جانبی تاکيد قابل ملاحظه ای  در زابطه با  سرعت گذرگاه ها نداشتند.
يک کامپيوتر شخصی دارای دو نوع گذرگاه است : نوع اول را " گذرگاه سيستم " و يا " گذرگاه محلی " می گويند. گذرگاه فوق پردازنده و حافظه را به يکديگر مرتبط می نمايد. ساير گذرگاه ها نظير گذرگاه های PCI  و ISA از طريق يک پل( گذرگاه) ارتباطی به " گذرگاه سيستم " مرتبط می گردند.
همزمان با افزايش سرعت پردازند ه  و حافظه ، ضرورت ايزوله کردن سرعت بين پردازنده و حافظه بيشتر احساس گرديد. بدين منظور گذرگاه DIB)Dual Independent Bus)  بعنوان جايگزينی مطمين برای گذرگاه سيستم مطرح گرديد. تکنولوژی 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 های مربوط به پردازنده و حافظه است .

نوع دوم  "گذرگاه  اشتراکی" ناميده می شود. از گذرگاه فوق برای ارتباط عناصر اضافی ديگر به کامپيوتر استفاده می گردد. گذرگاه فوق به علت فراهم نمودن امکان دستيابی چندين دستگاه از يک مسير يکسان به حافظه و پردازنده " اشتراکی " ناميده می شود. دستگاه هائی نظير : مودم ، هارد، کارت صدا، کارت گرافيک ، کارت کنترل کننده  و اسکنر نمونه هائی در اين زميه می باشند.
اولين گذرگاه کامپيوترهای شخصی هشت بيتی 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 بيتی با سرعت 8 مگاهرتز مطرح گرديد. گذرگاه فوق ISA نامگذاری گرديد. طراحی گذرگاه فوق بگونه ای بود که امکان ارسال داده را با سرعت 16 مگا بايت در هر ثانيه فراهم  می کرد. در ادامه استاندارهای ديگری در رابطه با گذرگاه ها مطرح گرديد . گذرگاه های EISA)Extendede Industry Standard Architecture )  (سی و دو بيتی و سرعت 8 مگا هرتز )  VL-BUS)Vesa Local Bus)  نمونه هائی در اين زمينه می باشند.

 گذرگاه PCI
در سال 1990 شرکت اينتل، استاندارد جديدی با نام PCI را  معرفی کرد. در گذرگاه فوق دستگاهها قادر به  دستيابی مستقيم به حافظه سيستم می باشند. . برای ارتباط با پردازنده  از يک " پل ارتباطی " جهت  ارتباط گذرگاه فوق، با گذرگاه FrontSide استفاده می گردد.
 PCI قادر به اتصال حداکثر پنج عنصر  خارجی است . هر يک از عناصر خارجی می توانند با دو دستگاه ثابت بر روی برد اصلی جايگزين گردند.  تراشه " پل ارتباطی " PCI ، سرعت مناسب برای گذرگاه را مستقل از سرعت پردازنده تنظيم می نمايد.  گذرگاه های PCI در ابتدا 32 بيتی و دارای سرعت 33 مگاهرتز بودند. درادامه با اعمال تغييرات سرعت آنها به 66 مگاهرتز و 64 بيتی شدند. اخيرا" نيز سرعت گذرگاه فوق تغيير و به 133 مگاهرتز رسيده است.( در چنين حالتی سرعت ارسال داده به يک گيگا بايت در ثانيه خواهد رسيد ).
کارت های PCI دارای 47 پين می باشند. گذرگاه PCI قادر به انجام وظايف مربوطه  با تعداد اندکی پين است( چون از ويژگی مالتی پلکسينگ استفاده می نمايد). در اين حالت دستگاه مورد نظر بيش از يک سيگنال را از طريق پين ارسال می دارد. PCI امکان استفاده دستگاههای 5 ولت و 3/3 را فراهم می نمايد..

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

Plug&Play
مفهوم Plug&Play )PNP)  به اين معنی است که، می توان يک دستگاه و يا يک کارت را به کامپيوتر متصل و سيستم بصورت خودکار قادر به تشخيص و پيکربندی آن  می گردد. PNP دارای يک مفهوم ساده است ولی در زمان مطرح شدن تاثيرات فراوانی در صنعت کامپيوتررا  ايجاد نمود. پس از استاندارد شدن PNP  ، در طراحی PCI  لحاظ و از آن استفاده گرديد. همزمان با معرفی PNP تقاضا برای کامپيوترهای PCI افزايش يافت .

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

• PNP BIOS هسته اوليه برای فعال شدن PNP و تشخيص دستگاههای PNP

• Extended System Configuration Data)ESCD) . يک فايل متنی که حاوی اطلاعاتی در رابطه با دستگاه های PNP نصب شده است.

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

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

• Interrup Request)IRQ) . يک IRQ ( وقفه سخت افزاری ) توسط اغلب بخش های کامپيوتر استفداه می گردد. هر يک از بخش های فوق از سيگنال فوق  برای جلب توجه پردازنده استفاده می نمايند. مثلا" موس هر زمان که بسمت راست هدايت می گردد ، يک IRQ را برای پردازنده ارسال تا واکنش مناسب انجام گيرد. قبل از PCI هر يک از عناصر سخت افزاری دارای تنظيمات اختصاصی مجزا برای IRQ بودند. همزمان با عرضه PCI امکان مديريت وقفه های سخت افزاری ( در نقطه ارتباطی گذرگاه ) فراهم می گردد .بدين ترتيب از يک IRQ برای چندين دستگاه PCI استفاده خواهد شد.

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

•  Memory Addresses . دستگاههای زيادی بخش خاص و محدودی از حافظه را برای استفاده خود در نظر گرفته و آن را برای خود رزو می نمايند. با تامين حافظه فوق،  دستگاهها به اين اطمينان خواهند رسيد که همواره  عمليات خود را بدرستی انجام خواهند داد.

• Input/OutPut Configuration . پورت های مورد نياز دستگاه برای ارسال و دريافت اطلاعات را مشخص می نمايد.

با اينکه  PNP نصب آسان دستگاه ها  در کامپيوتر را بدنبال خواهد داشت  ولی به علت وجود و استفاده از روتين های نرم افزاری 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 مشکلاتی 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 يکی از اسلات های آزاد PCI قرار دهيد.

• کيس کامپيوتر را بسته و سيستم را روشن نمائيد.

• BIOS سيستم اقدام به مقداردهی اوليه PNP BIOS می نمايد.

• PNP BIOS عمليات جستجوی گذرگاه های PCI را به منظور سخت افزار جديد انجام می دهد. بدين منظور برای هر دستگاه سيگنالی ارسال و از او می خواهد که خود را معرفی نمايد.

• کارت صدا ( در اين مثال خاص ) اقدام به معرفی خود می نمايد . مشخصه (ID) دستگاه از طريق گذرگاه برای BIOS برگردانده می شود.

• PNP BIOS محتويات ESCD را به منظور آگاهی از وجود اطلاعات لازم برای پيکربندی کارت صدا بررسی می نمايد. با توجه به اينکه کارت صدا تازه نصب شده است اطلاعات ESCD برای آن وجود ندارد.

•  PNP BIOS تنظيمات و مقدار دهی لازم برای 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 می گردد. عمليات بررسی محتويات ESCD و گذرگاه PCI انجام می گيرد. سيستم عامل تشخيص خواهد داد که آيا کارت صدا جديدا" نصب شد ه است؟ ( يک دستگاه جديد) در اين حالت پنجره ای نمايش داده شده و در آن اعلام می 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 افزاری که باعث فعال شدن دستگاه برای ارتباط با سيستم عامل خواهد شد ) آغاز می گردد . در ادامه ممکن است سيستم عامل درخواست ديسک حاوی درايور را داشته باشد . در صورتيکه ويندوز قادر به تشخيص نوع سخت افزار جديد  نگردد با ارائه يکه جعبه محاوره ای از شما می خواهد که نوع سخت افزار را مشخص نمائيد.

• پس از نصب درايور، دستگاه نصب شده برای استفاده آماده خواهد بود. پس از نصب درايور برخی دستگاهها ،لازم است سيستم راه اندازی مجدد گردد.

• فرض کنيد قصد ذخيره کردن برخی فايل ها ی صوتی موجود بر روی يک نوار کاست را داشته باشيد. نرم افزار مربوط به ضبط صدا را فعال و عمليات ضبط آغاز می گردد( از نوار کاست که درون ضبط صوت است به کامپيوتر )

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

•  داده ها ی صوتی ديجيتال از طريق کارت صدا و بکمک  گذرگاه PCI  برای کنترل کننده گذرگاه ارسال خواهند شد. کنترل کننده گذرگاه اولويت دستگاه ارسال کننده ،  به منظور ارسال اطلاعات  برای پردازنده را مشخص می نمايد.بررسی 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 بالائی را برای آن در نظر خواهد گرفت . بدين ترتيب داده های موجود بر روی گذرگاه ارتباطی ، برای گذرگاه سيستم ارسال خواهند شد.

• گذرگاه سيستم، داده ها را در حافظه سيستم ذخيره خواهد کرد. پس از اتمام ضبط صدا می توان تصميم لازم را در خصوص داده های ارسالی کارت صدا  اتخاذ نمود. در صورت تمايل می توان آنها را بر روی يک رسانه ذخيره سازی دائم نظير هارد ذخيره و يا به منظور تکميل پردازش های لازم ، همچنان در حافظه باقی خواهند ماند.