PC Werkstatt Ausgabe 2000- P52 pdf

Bild 10.5: Future I/O verwendet auch Switching-Technologie auf der Board-Ebene Beides ist jedoch noch Zukunftsmusik und wird zunächst in Serverumgebungen eingesetzt werden, wobei es nich

Daten Konventionelle PCI-Karten PCI-X-Karten

universal universal universal universal

66 MHz 66 MHz

66 MHz

66 MHz

66 MHz

Tabelle 10.2: Die Kombinationsmöglichkeiten der verschiedenen PCI-Standards Bei 133-MHz-Takt sind

ein Slot, bei 100 MHz zwei Slots und bei 66 MHz vier Slots laut der PCI-X-Spezifikation vorgesehen

Die Firmen Intel, Dell, Fujitsu und einige andere haben hierfür Next Generation

I/O (NGIO) definiert, während die andere Fraktion, bestehend aus Firmen wie Compaq,

IBM und Hewlett-Packard, Future I/O als neuen Standard durchsetzen will Gemein

ist beiden Konzepten, dass ausschließlich mit Punkt-zu-Punkt-Verbindungen

gear-beitet wird, d.h., es handelt sich nicht wie bei PCI um einen Shared-Bus, dessen

Bandbreite sich die einzelnen Einheiten untereinander teilen müssen Die

Einhei-ten werden über serielle Links verbunden, denen jeweils die volle DaEinhei-tenübertragungs-

Datenübertragungs-rate zur Verfügung steht Die zahlreichen parallelen Verbindungen, die den Aufbau kompliziert und auch teuer machen, sind damit nicht mehr nötig

Bild 10.4: Das NGIO-Prinzip geht von einem Host-Channel-Adapter (HCA) aus, der mit einem

zen-tralen Switch kommuniziert, an den die einzelnen Controller via Target-Channel-Adapter (TCA) angeschlossen sind

Die Funktionsweise ist mit einem Switch in einem Netzwerk vergleichbar und wird

auch als Switched Fabric bezeichnet Die wesentlichen Unterschiede zwischen NGIO

und Future I/O sind, dass NGIO sehr umfassende Spezifikationen beinhaltet, die fast alle Aspekte eines SANs (Storage Area Networks) umfassen, während Future I/O nur die grundlegenden Dinge (Target Switches, Target Devices) dieser neuen Architektur definiert

Future I/O gibt als maximale Datenübertragungsrate für jeden Link 1066 Mbyte/s

an, zeitgleich in beiden Richtungen, und NGIO demgegenüber nur 2,5 GBit/s (200

Mbyte/s) Außerdem ist NGIO in erster Linie für die Kommunikation zwischen ei-genständigen Geräten (Chassis-zu-Chassis) vorgesehen, während Future I/O sich auch auf die Boardebene bezieht (Chip-zu-Chip)

Bild 10.5: Future I/O verwendet auch Switching-Technologie auf der Board-Ebene

Beides ist jedoch noch Zukunftsmusik und wird zunächst in Serverumgebungen eingesetzt werden, wobei es nicht ausgeschlossen ist, dass beide Versionen einen gemeinsamen Weg beschreiten werden, was die notwendige Standardisierung si-cher auch beschleunigen würde

10.2 Der PC-Slot

Ein PC mit einem 8088/86-Prozessor verfügt je nach Hersteller üblicherweise über

2 bis 6 Steckplätze für Einsteckkarten Diese Steckverbindung wird gemeinhin als

Slot bezeichnet und besitzt 62 Kontakte, die in zwei Reihen zu je 31 Kontakten

aufgeteilt sind

Ein Teil des Systembus steht an diesen Kontakten zur Verfügung Das sind der 8-Bit-Datenbus, der 20-Bit-Adressbus, DMA- und Interruptleitungen sowie einige Steuer-leitungen Die Grafikkarte, der Laufwerkscontroller und die Schnittstellenkarte wer-den beispielsweise über diese Verbindung im PC integriert

Dieses Slotkonzept macht sicher auch den Erfolg des PCs aus, denn es lässt eine individuelle Ausstattung zu Je nach Bedarf kann eine Karte ausgetauscht oder nachgerüstet werden und der Computer kann damit den Bedürfnissen des Anwen-ders individuell angepasst werden Die Komponenten auf dem Mainboard, die ei-nen Teil der PC-Ressourcen belegen, ergeben zusammen mit deei-nen, die über die Slots im System integriert werden, erst einen funktionsfähigen PC

10.2.1 Kontaktbeschreibung des PC-Slots

Die PC-Slots sind in ihrer Kontaktbelegung immer identisch Die einzelnen Leitun-gen sind jeweils parallel an alle Slots geführt Daher spielt es im Prinzip keine Rolle, in welchen Slot die Karten gesteckt werden Es kommt jedoch vor, dass das Netzteil die Grafikkarte stört oder zwei benachbarte Karten sich gegenseitig nega-tiv beeinflussen, was nicht am Slot selbst liegt, sondern an der Einsteckkarte, die

in derartigen Fällen in einen anderen Slot zu stecken ist Die Grafikkarte sollte auch immer möglichst in einem vom Netzteil weit entfernten Slot eingesetzt wer-den

Beim PC-Slot ist der Datenbus (D0-D7) 8 Bit breit und mit den Adressleitungen A0-A19 lässt sich ein Speicher von maximal 1 Mbyte adressieren Hierzu werden die Signale /MEMW und /MEMR (Low aktiv) als Steuersignale für das Lesen oder das Schreiben verwendet

Gehäuserückwand Pin Nr Signal PC-Bus Pin Nr Signal

Fortsetzung der Tabelle:

Pin Nr Signal PC-Bus Pin Nr Signal

Lötseite Bauteilseite

Tabelle 10.3: Die Signale am PC-Slot

Der Bus wird entweder vom Mikroprozessor oder vom DMA-Controller (Direct Memory Access, direkter Speicherzugriff) gesteuert Eine Peripherieeinheit sendet durch ein High auf der entsprechenden DRQ-Leitung eine DMA-Anforderung (DMA-Request, DRQ) an den DMA-Controller, der wiederum über die korrespondierende /DACK-Leitung (DMA-Acknowledge) die Bestätigung für den Empfang der Anforderung ausgibt Wenn der DMA-Controller die Kontrolle über den Systembus besitzt, führt die AEN-Leitung ein High

Ist das AEN-Signal hingegen Low, hat der Mikroprozessor die Kontrolle Über den Anschluss T/C (Terminal Count) kann festgestellt werden, ob die DMA-Übertragung abgeschlossen ist In diesem Fall liegt dann an T/C ein High-Pegel an

Zur Ansteuerung des I/O-Bereiches (E/A-Bereich = Ein-/Ausgabe), über den bei-spielsweise die Schnittstellen wie für RS232 oder Centronics angesprochen werden und der quasi parallel zum Speicherbereich liegt, dienen die Signale /IOW und /

IOR Liegt am Anschluss /IO Channel Check ein Low-Pegel an, signalisiert eine

Einsteckkarte damit eine Fehlfunktion wie beispielsweise einen Paritätsfehler,

wäh-rend durch einen Low-Pegel an IO Channel Ready der aktuelle Buszyklus – für

langsame Peripherieelemente – verlängert wird

Alle am Res-Drv-Pin angeschlossenen Einheiten werden mit diesem Reset-Signal

zurückgesetzt Der Oszillatortakt (14,318 MHz), der auf dem Mainboard beispiels-weise als Takt für den Interrupt-Controller dient, liegt am Anschluss OSC und das Signal am Anschluss BCLK dient als Bustakt Die Ausführung einer Interrupt-Verar-beitung wird durch eine ansteigende Flanke an einem der IRQ-Anschlüsse eingeleitet Auch wenn sich der PC-Bus im Prinzip als veraltet darstellt, ist auch auf neueren PCI-Mainboards oftmals noch ein entsprechender Slot in dieser Ausführung zu

fin-den, der auch als 8-Bit-ISA-Slot bezeichnet wird und von der Belegung her dem

(leicht abgewandelten) ISA-Design entspricht

Die PC-Bussignale

>

> /IO CH CK, Pin Nr.: A1, Eingang

Input/Output Channel Check Eingabe/Ausgabeprüfung Mit Low wird dem

Mainboard ein Fehler von einer Erweiterungskarte mitgeteilt Dies kann bei-spielsweise ein Paritätsfehler sein, der daraufhin einen Non-Maskable-Interrupt (NMI) auslöst

>

> D7-D0, Pin Nr.: A2-A9, Eingang/Ausgang

Die Datenleitungen D0 ist das niedrigstwertige Bit (LSB) und D7 ist das höchst-wertige Bit (MSB)

>

> I/O CH RDY, Pin Nr.: A10, Eingang

Input/Output Check Ready Verlängern der I/O- oder Speicherzyklen Mit

ei-nem Low wird dem Prozessor oder dem DMA-Controller von einer Einheit si-gnalisiert, zusätzliche Wartezyklen einzufügen

>

> AEN, Pin Nr.: A11, Ausgang

Address Enable Bei einem High hat der DMA-Controller die Kontrolle über den

Systembus, bei einem Low der Prozessor

>

> A19-A0, Pin Nr.: A12-A31, Ausgänge

Die Adressenleitungen A0 ist das niedrigstwertige Bit (LSB), A19 ist das höchst-wertige Bit (MSB) Hiermit erfolgt die Adressierung bis zu einer Speichergröße von maximal 1 Mbyte Die Signale werden vom Prozessor oder vom DMA-Controller erzeugt Die Leitungen A0-A9 werden außerdem für die I/O-Adressierung verwendet

>

> GND Pin Nr.: B1, B10, B31

Der Masseanschluss des Netzteils

>

> RES DRV, Pin Nr.: B2, Ausgang

Reset-Signal Bei einem High werden alle Komponenten des Mainboards und alle Einsteckkarten, die dieses Signal verarbeiten, zurückgesetzt, d.h in ihren Ausgangszustand gebracht

>

> 5 V, Pin Nr.: B3, B29, Ausgang

Die 5-V-Spannung des Netzteils

> IRQ2, Pin Nr.: B4, Eingang

Interrupt Request 2, Interruptanforderung Dem Mainboard wird durch ein High

(genauer Low-High-Flanke) mitgeteilt, dass von einer Einsteckkarte eine Inter-ruptverarbeitung angefordert wird Im PC (8088/8086-CPU) ist IRQ2 in der Regel nicht belegt, während Kanal 0 vom Timer und der Kanal 1 von der Tasta-tur verwendet werden Diese beiden Interrupt-Leitungen gelangen demnach auch nicht an den PC-Slot

>

> -5 V, Pin Nr.: B5 , Ausgang

Die negative Spannung von -5 V des Netzteils

>

> DRQ2, Pin Nr.: B6, Eingang

DMA Request, DMA-Anforderung Mit einem High meldet eine

Erweiterungs-karte die Übertragung von Daten über den DMA-Kanal 2 an Dieser Kanal wird oft für die Diskettenlaufwerke verwendet und sollte daher nicht für andere Karten reserviert werden

>

> -12 V, Pin Nr.: B7, Ausgang

Die negative Spannung von -12 V des Netzteils

>

> /CARD SELECT, Pin Nr.: B8

Beim Original IBM-PC wird dieses Signal zur Selektierung einer speziellen Ein-steckkarte im Slot Nr 8 verwendet Üblicherweise wird dieses Signal bei

ande-ren Herstellern nicht eingesetzt, so dass der Kontakt dann mit Reserviert

be-zeichnet ist

>

> +12 V, Pin Nr.: B9, Ausgang

Die 12-V-Spannung des Netzteils

>

> /MEMW, Pin Nr.: B11, Ausgang

Memory Write, Speicher schreiben Mit einem Low wird den Einsteckkarten

mitgeteilt, dass entweder der DMA-Controller oder der Prozessor Daten in den adressierten Speicher (1 Mbyte) schreiben will

>

> /MEMR, Pin Nr.: B12, Ausgang

Memory Read, Speicher lesen Mit einem Low wird den Einsteckkarten

mitge-teilt, dass entweder der DMA-Controller oder der Prozessor Daten aus dem adressierten Speicher (1 Mbyte) lesen will

>

> /IOW, Pin Nr.: B13, Ausgang

Input Output Write, Daten schreiben Mit einem Low wird den Einsteckkarten

mitgeteilt, dass entweder der Prozessor oder der DMA-Crontoller Daten in den adressierten I/O-Port schreiben will Die auf dem Datenbus anliegenden Daten sollen an den I/O-Port übergeben werden

>

> /IOR, Pin Nr.: B14, Ausgang

Input Output Read, Daten lesen Mit einem Low wird den Einsteckkarten

mit-geteilt, dass entweder der Prozessor oder der DMA-Controller Daten aus dem adressierten Port lesen will Die auf dem Datenbus anliegenden Daten sollen vom I/O-Port übernommen werden

>

> /DACK3, Pin Nr.: B15, Ausgang

DMA Acknowledge, DMA-Bestätigung Durch ein Low vom DMA-Controller wird

der Empfang des DRQ3-Signals bestätigt und die Datenübertragung kann da-raufhin beginnen

> DRQ3, Pin Nr.: B16, Eingang

DMA Request, DMA-Anforderung Mit einem High meldet eine

Erweiterungs-karte die Übertragung von Daten über den DMA-Kanal 3 an In einem PC (8088/ 8086-CPU) wird dieser Kanal für den Festplattencontroller verwendet

>

> /DACK1, Pin Nr.: B17, Ausgang

DMA Acknowledge, DMA-Bestätigung Durch ein Low wird vom DMA-Controller

der Empfang des DRQ1-Signals bestätigt, woraufhin die Datenübertragung be-ginnen kann

>

> DRQ1, Pin Nr.: B18, Eingang

DMA Request, DMA-Anforderung Mit einem High meldet eine

Erweiterungs-karte die Übertragung von Daten über den DMA-Kanal 1 an Der Kanal ist in den meisten Fällen noch nicht vom System belegt

>

> /REFRESH, Pin Nr.: B19, Ausgang

Durch ein Low werden die dynamischen RAMs des Speichers aufgefrischt (Refresh).

>

> BCLK, Pin Nr.: B20; Ausgang

Bus Clock Der Bustakt, der im Original-IBM-PC 4,7 MHz beträgt und als

ISA-Bustakt mit 8,3 MHz definiert ist

>

> IRQ7-IRQ3, Pin Nr.: B21-B25, Eingänge

Interrupt Request-3-7, Interruptanforderung Dem Mainboard wird durch ein

High mitgeteilt, dass von einer Einsteckkarte eine Interruptverarbeitung an-gefordert wird Die höchste Priorität hat der Kanal 0, die niedrigste der Kanal

7 Der Kanal 3 ist für die zweite serielle Schnittstelle, der Kanal 4 für die erste vorgesehen Kanal 5 ist im PC (8088/8086-CPU) für den Festplattencontroller zuständig Der Controller für die Diskettenlaufwerke verwendet IRQ6 und die erste parallele Schnittstelle verwendet IRQ7

>

> /DACK2, Pin Nr.: B26, Ausgang

DMA Acknowledge, DMA-Bestätigung Durch ein Low vom DMA-Controller wird

der Empfang des DRQ2-Signals bestätigt, woraufhin die Datenübertragung be-ginnen kann Die Datenübertragung der Diskettenlaufwerke wird meist über diesen Kanal ausgeführt, so dass er nicht für andere Einsteckkarten verwendet werden kann

>

> T/C, Pin Nr.: B27, Ausgang

Terminal Count Ein High-Impuls wird ausgegeben, wenn der programmierte

Zählerstand für eine DMA-Übertragung erreicht worden ist Die DMA-Übertra-gung ist damit abgeschlossen

>

> ALE, Pin Nr.: B28, Ausgang

Address Latch Enable wird auch als BALE (Bus Address Latch Enable)

bezeich-net Mit diesem Signal werden die vom 8088- oder 8086-Prozessor gemultiplexten Adressen/Daten durch ein Latch voneinander getrennt Auf dem Mainboard und am Slot stehen damit die Adressen und Daten separat zur Verfügung Ist das Signal High, steht eine gültige Adresse auf dem Bus an

>

> OSC, Pin Nr.: B30, Ausgang

Oszillatortakt An diesem Anschluss liegt immer ein Taktsignal von 14,31818 MHz

an, das als Referenztakt für den Timer und auch für die Grafikkarte verwendet wird

10.3 Der ISA-Slot

Für die Erweiterungen, die ein AT-Computer (ab 286-CPU) gegenüber dem einfa-chen PC erfahren hat, ist der PC-Slot um 36 Kontakte ergänzt worden Der AT-Slot besteht demnach aus dem PC-Slot, der (fast) unverändert übernommen wurde, um auch PC-Karten in einem AT betreiben zu können, und einer zweiten Steckver-bindung, die zusätzliche Kontakte für den Betrieb von 16-Bit-Einsteckkarten zur Verfügung stellt

Der AT-Slot hat nach einigen Jahren eine nachträgliche Normung erfahren, die leider nicht sehr streng definiert ist, so dass das Timing beispielsweise nicht ein-deutig festgelegt ist Daher kann es durchaus zu Unverträglichkeiten zwischen dem Mainboard und den Einsteckkarten kommen

Diese genormte Verbindung trägt die Bezeichnung ISA-Bus (Industry Standard Archi-tecture) und ist auch heute noch, trotz PCI-Bus, sehr verbreitet Der Bustakt ist laut Norm auf lediglich 8,33 MHz festgelegt und hierin ist auch der Grund zu sehen, warum selbst schnelle PCs besonders unter Windows eine eher gemächliche Geschwindigkeit für den Bildschirmaufbau an den Tag legen, wenn sie auf ISA basieren Es müssen von der CPU zahlreiche Wartezyklen eingelegt werden, bis die Daten über den ISA-Bus zur Grafikkarte hin transportiert worden sind

Allerdings ist es bei vielen ISA-PCs durchaus möglich, den Bustakt auf 10 MHz oder sogar 16 MHz im BIOS-Setup festzulegen, was einerseits eine beachtliche Steige-rung der Geschwindigkeit zur Folge haben kann, andererseits kommen nicht alle Karten mit einem zu hohen Bustakt klar und der PC bleibt möglicherweise hängen oder es funktioniert auch gar nichts mehr

10.3.1 Kontaktbeschreibung des ISA-Slots

Je nach Mainboard-Hersteller stehen in einem PC mehrere AT-Slots und meist noch ein PC-Slot zur Verfügung, in den meist die Schnittstellenkarte eingesteckt wird Die Kontaktbeschreibung des PC-Bus ist im vorigen Kapitel angegeben, so dass hier nur auf die Änderungen oder Erweiterungen demgegenüber eingegangen wird

Bild 10.6: Das Layout einer ISA-Karte zeigt, dass sich die Signale der AT-Bus-Erweiterung von

denen des PC-Bus am Slotanschluss abgesetzt (Einkerbung) befinden

Die beim PC-Slot mit »Reserviert« bezeichnete Leitung »B8« dient bei ISA der Kom-munikation mit (damals schnellen) Speichern, welche ohne Wartezyklen (Waitstates) arbeiten können, wenn sich dieses Signal auf Low befindet (/0WS) Die Leitung IRQ2 (Pin B4) wurde beim ISA-Slot in IRQ9 umbenannt, da ab einem AT mit dem Interrupt 2 der zweite Interrupt-Controller angesprochen (Kaskadierung) und der

»alte« Interrupt 2 auf den Interrupt 9 umgelenkt wird

Des Weiteren werden nunmehr zwei Arten von Schreiben- und

Speicher-Lese-Leitungen (/MEMW, /MEMR) unterschieden Die Leitungen am alten (PC-)Slot

werden für die Kommunikation mit dem kleinen Speicher (1 Mbyte, PC-Betrieb) verwendet Daher werden diese Leitungen auch mit einem vorangestellten »S« für

»small« gekennzeichnet Die entsprechenden Leitungen auf der AT-Sloterweiterung dienen der Adressierung des Speichers bis maximal 16 Mbyte

Gehäuserückwand

Pin Nr Signal ISA-Bus Pin Nr Signal

❚ ❚

Fortsetzung der Tabelle:

Gehäuserückwand Pin Nr Signal ISA-Bus Pin Nr Signal

Einkerbung

Lötseite Bauteilseite

Tabelle 10.4: Der ISA-Bus setzt sich aus dem PC-Bus und den Signalen der AT- Sloterweiterung zusammen