PCI 작동 방식

수십 년 전에 데스크탑 컴퓨터가 처음 개발된 이후로 컴퓨터 구성 요소의 성능과 속도는 꾸준한 속도로 증가했습니다. 소프트웨어 제조업체는 최신 프로세서 속도 와 하드 드라이브 용량 을 활용할 수 있는 새로운 응용 프로그램을 만들고 하드웨어 제조업체는 고급 소프트웨어의 요구 사항을 충족하기 위해 구성 요소를 개선하고 새로운 기술을 설계하기 위해 서두릅니다.

그러나 종종 눈에 띄지 않는 한 가지 요소가 있습니다 . 바로 bus 입니다. 기본적으로 버스는 컴퓨터 구성 요소 간의 채널 또는 경로 입니다. 고속 버스를 보유하는 것은 자동차에서 좋은 전송을 갖는 것만큼 중요합니다. 저렴한 변속기와 결합된 700마력 엔진이 있다면 그 모든 힘을 도로에 전달할 수 없습니다. 다양한 종류의 버스가 있습니다.

버스의 개념은 간단합니다. 구성 요소를 컴퓨터 프로세서에 연결할 수 있습니다. 연결하려는 구성 요소에는 하드 디스크 , 메모리, 사운드 시스템, 비디오 시스템 등이 있습니다. 예를 들어, 컴퓨터가 무엇을 하는지 보기 위해 일반적으로 CRT 또는 LCD 화면을 사용합니다. 화면을 구동하려면 특수 하드웨어가 필요하므로 화면은 그래픽 카드로 구동됩니다 . 그래픽 카드는 버스에 연결하도록 설계된 작은 인쇄 회로 기판입니다. 그래픽 카드는 컴퓨터의 버스를 통신 경로로 사용하여 프로세서와 통신합니다.

버스의 장점은 부품을 더 쉽게 교환할 수 있다는 것입니다. 더 나은 그래픽 카드를 얻으려면 버스에서 기존 카드를 뽑고 새 카드를 연결하기만 하면 됩니다. 컴퓨터에 두 개의 모니터가 필요하면 두 개의 그래픽 카드를 버스에 연결합니다. 등등.

이 기사에서는 이러한 버스 중 일부에 대해 알아볼 것입니다. PCI(Peripheral Component Interconnect)로 알려진 버스에 집중할 것입니다. PCI가 무엇인지, 어떻게 작동하며 어떻게 사용되는지에 대해 이야기하고 버스 기술의 미래를 살펴보겠습니다.

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내용물

1. 시스템 버스 대 PCI 버스
2. PCI 역사
3. 전면 버스, 후면 버스 및 PCI 카드
4. 플러그 앤 플레이
5. PCI 장치 추가
6. PCI 표준 및 PCI 익스프레스

20~30년 전에는 프로세서가 너무 느려서 프로세서와 버스가 동기화되었습니다. 버스는 프로세서와 동일한 속도로 실행되었으며 시스템에는 하나의 버스가 있었습니다. 오늘날 프로세서는 매우 빠르게 실행되어 대부분의 컴퓨터 에는 두 개 이상의 버스가 있습니다. 각 버스는 특정 유형의 교통을 전문으로 합니다.

오늘날 일반적인 데스크탑 PC에는 두 가지 주요 버스가 있습니다.

기술적으로 다른 버스도 있습니다. 예를 들어 USB (범용 직렬 버스 )는 카메라, 스캐너 및 프린터와 같은 것을 컴퓨터에 연결하는 방법입니다. 가는 와이어를 사용하여 장치에 연결하며 많은 장치가 해당 와이어를 동시에 공유할 수 있습니다. Firewire 는 오늘날 대부분 비디오 카메라와 외장 하드 드라이브에 사용되는 또 다른 버스입니다.

다음으로 PCI 버스의 역사에 대해 알아보십시오.

원래 IBM PC(1982년경)의 원래 PC 버스는 16비트 폭이었고 4.77MHz에서 작동했습니다. 공식적으로 ISA 버스로 알려지게 되었습니다. 이 버스 디자인은 최대 9MBps(초당 메가바이트) 정도의 속도로 데이터를 전달할 수 있으며, 이는 오늘날의 많은 애플리케이션에서도 충분히 빠릅니다.

몇 년 전만 해도 ISA 버스는 여전히 많은 컴퓨터에서 사용되었습니다 . 이 버스는 1980년대 초에 원래 IBM PC용으로 개발된 컴퓨터 카드를 수용했습니다. ISA 버스는 이를 대체할 수 있는 고급 기술이 등장한 후에도 계속 사용되었습니다.

수명이 긴 데에는 몇 가지 주요 이유가 있습니다.

기술이 발전하고 ISA 버스가 따라가지 못하자 다른 버스가 개발되었습니다. 그 중 핵심은 8MHz에서 32비트인 EISA(Extended Industry Standard Architecture)와 VL-Bus(Vesa Local Bus)였습니다. VL-Bus(표준을 만든 Video Electronics Standards Association, VESA의 이름을 따서 명명됨)의 멋진 점은 너비가 32비트이고 일반적으로 프로세서 자체의 속도인 로컬 버스의 속도로 작동한다는 것입니다. VL-Bus는 본질적으로 CPU에 직접 연결됩니다. 이것은 단일 장치 또는 두 대의 장치에서 정상적으로 작동했습니다. 그러나 VL-Bus에 두 개 이상의 장치를 연결하면 CPU 성능에 간섭이 발생할 가능성이 있습니다. 이 때문에 VL-Bus는 일반적으로 그래픽 카드 연결용으로만 사용되었습니다. , CPU에 대한 고속 액세스의 이점을 실제로 누리는 구성 요소입니다.

1990년대 초반에 인텔은 PCI( Peripheral Component Interconnect ) 버스 를 고려하여 새로운 버스 표준을 도입했습니다 . PCI는 ISA와 VL-Bus 간의 하이브리드를 제공합니다. 연결된 장치의 시스템 메모리에 대한 직접 액세스를 제공하지만 브리지를 사용하여 전면 버스에 연결하고 따라서 CPU에 연결합니다. 기본적으로 이것은 CPU와의 간섭 가능성을 제거하면서 VL-Bus보다 훨씬 더 높은 성능을 낼 수 있음을 의미합니다.

다음 페이지에서 PCI 버스 및 PCI 카드 개발에 대해 자세히 알아보십시오.

전면 버스는 실제로 프로세서를 주 메모리( RAM ), 하드 드라이브 및 PCI 슬롯을 비롯한 컴퓨터 의 다른 구성 요소 대부분에 연결하는 물리적 연결입니다 . 오늘날 프런트사이드 버스는 일반적으로 400MHz에서 작동하고 최신 시스템은 800MHz에서 작동합니다.

후면 버스는 프로세서와 레벨 2 캐시 사이의 별도 연결 입니다. 이 버스는 일반적으로 프로세서와 동일한 속도로 전면 버스보다 빠른 속도로 작동하므로 모든 캐싱이 가능한 한 효율적으로 작동합니다. 백사이드 버스는 수년에 걸쳐 발전해 왔습니다. 1990년대에 후면 버스는 메인 프로세서를 오프칩 캐시에 연결하는 와이어였습니다. 이 캐시는 실제로 값비싼 메모리가 필요한 별도의 칩이었습니다. 그 이후로 레벨 2 캐시가 메인 프로세서에 통합되어 프로세서를 더 작고 저렴하게 만들었습니다. 캐시가 이제 프로세서 자체에 있기 때문에 어떤 면에서 후면 버스는 더 이상 실제로는 버스가 아닙니다.

PCI는 최대 5개의 외부 구성 요소인 VL-Bus보다 더 많은 장치를 연결할 수 있습니다. 외부 구성 요소용 커넥터 5개는 각각 마더보드 에 있는 고정 장치 2개로 교체할 수 있습니다 . 또한 거의 수행되지 않지만 동일한 컴퓨터에 둘 이상의 PCI 버스가 있을 수 있습니다. PCI 브리지 칩은 CPU의 속도와 독립적으로 PCI 버스의 속도를 조절합니다 . 이것은 더 높은 수준의 신뢰성을 제공하고 PCI 하드웨어 제조업체가 설계 대상을 정확히 알도록 합니다.

PCI는 원래 32비트 폭 경로를 사용하여 33MHz에서 작동했습니다. 표준 개정에는 속도를 33MHz에서 66MHz로 늘리고 비트 수를 64로 두 배로 늘리는 내용이 포함됩니다. 현재 PCI-X는 놀라운 1GBps(초당 기가바이트)에 대해 133MHz의 속도로 64비트 전송을 제공합니다. 이체율!

PCI 카드는 47핀을 사용하여 연결합니다(마스터링 카드의 경우 49핀, CPU 개입 없이 PCI 버스를 제어할 수 있음). PCI 버스는 하드웨어 다중화로 인해 매우 적은 수의 핀으로 작동할 수 있습니다. 이는 장치가 단일 핀을 통해 둘 이상의 신호를 전송한다는 것을 의미합니다. 또한 PCI는 5볼트 또는 3.3볼트를 사용하는 장치를 지원합니다.

Intel은 1991년 PCI 표준을 제안했지만 Windows 95(1995년)가 출시될 때까지는 인기를 얻지 못했습니다. PCI에 대한 이러한 갑작스러운 관심은 Windows 95가 플러그 앤 플레이 (PnP) 라는 기능을 지원했기 때문 입니다. 이에 대해서는 다음 섹션에서 설명하겠습니다.

플러그 앤 플레이(PnP)는 장치를 연결하거나 컴퓨터에 카드를 삽입할 수 있고 자동으로 인식되고 시스템에서 작동하도록 구성됨을 의미합니다. PnP는 단순한 개념이지만 이를 실현하기 위해서는 컴퓨터 업계의 공동 노력이 필요했습니다. 인텔은 PnP 표준을 만들어 PCI용 설계에 통합했습니다. 그러나 주류 운영 체제인 Windows 95가 PnP에 대한 시스템 수준 지원을 제공한 것은 몇 년 후였습니다. PnP의 도입은 PCI가 있는 컴퓨터에 대한 수요를 가속화하여 버스로 선택되는 ISA를 매우 빠르게 대체했습니다.

PnP를 완전히 구현하려면 다음 세 가지가 필요합니다.

PnP BIOS - PnP 를 활성화하고 PnP 장치를 감지하는 핵심 유틸리티입니다. BIOS는 또한 기존 PnP 장치에 대한 구성 정보에 대해 ESCD를 읽습니다.

ESCD(Extended System Configuration Data) - 설치된 PnP 장치에 대한 정보가 포함된 파일입니다.

PnP 운영 체제 - Windows XP와 같이 PnP를 지원하는 모든 운영 체제입니다. 운영 체제의 PnP 처리기는 각 PnP 장치에 대해 BIOS에서 시작한 구성 프로세스를 완료합니다. PnP는 일반적으로 수동으로 또는 하드웨어 제조업체에서 제공하는 설치 유틸리티를 사용하여 수행했던 몇 가지 주요 작업을 자동화합니다. 이러한 작업에는 다음 설정이 포함됩니다.

PnP를 사용하면 컴퓨터에 장치를 훨씬 쉽게 추가할 수 있지만 오류가 없는 것은 아닙니다.

PnP BIOS 개발자, PCI 장치 제조업체 및 Microsoft 에서 사용하는 소프트웨어 루틴의 변형으로 인해 많은 사람들이 PnP를 "Plug and Pray "라고 부릅니다 . 그러나 PnP의 전반적인 효과는 새 장치를 추가하거나 기존 장치를 교체하기 위해 컴퓨터를 업그레이드하는 프로세스를 크게 단순화한 것입니다.

PCI 대 AGP

PCI 버스는 대부분의 사용자가 연결하고자 하는 모든 주변 장치에 충분한 대역폭을 제공하여 수년 동안 적절했습니다. 그래픽 카드를 제외한 모든 것. 1990년대 중반, 그래픽 카드는 점점 더 강력해지고 3D 게임은 더 높은 성능을 요구했습니다. PCI 버스는 메인 프로세서와 그래픽 프로세서 사이를 통과하는 모든 정보를 처리할 수 없었습니다. 그 결과 인텔은 가속 그래픽 포트(AGP)를 개발했습니다. AGP는 그래픽 카드 전용 버스입니다. AGP 버스의 대역폭은 다른 구성 요소와 공유되지 않습니다. PCI가 대부분의 주변 장치에서 계속해서 선택되는 버스이지만 AGP는 그래픽 처리의 특수 작업을 인수했습니다. 그러나 AGP의 종말을 고할 수도 있는 새로운 버스 기술이 시장을 강타했습니다. 이에 대한 자세한 내용은 기사 뒷부분에서 계속 지켜봐 주십시오.

Windows XP 컴퓨터에 새로운 PCI 기반 사운드 카드 를 추가했다고 가정해 보겠습니다 . 다음은 작동 방식의 예입니다.

프로세서 속도가 GHz 범위에서 꾸준히 증가함에 따라 많은 회사에서 차세대 버스 표준을 개발하기 위해 열심히 노력하고 있습니다. 많은 사람들은 이전의 ISA와 마찬가지로 PCI가 할 수 있는 일의 상한선에 빠르게 접근하고 있다고 생각합니다.

제안된 모든 새 표준에는 공통점이 있습니다. 그들은 PCI에서 사용되는 공유 버스 기술을 없애고 지점 간 스위칭 연결로 이동할 것을 제안 합니다 . 이것은 버스의 두 장치(노드)가 서로 통신하는 동안 직접 연결이 설정됨을 의미합니다. 기본적으로 이 두 노드가 통신하는 동안 다른 장치는 해당 경로에 액세스할 수 없습니다. 여러 직접 링크를 제공함으로써 이러한 버스는 여러 장치가 서로 속도를 늦추지 않고 통신할 수 있도록 합니다.

AMD(Advanced Micro Devices, Inc.)에서 제안한 표준인 HyperTransport는 AMD가 PCI에서 자연스럽게 발전한 것이라고 선전합니다. 노드 간의 각 세션에 대해 두 개의 지점 간 링크를 제공합니다. 각 링크의 너비는 2비트에서 32비트로, 초당 최대 6.4GB의 전송 속도를 지원합니다. HyperTransport는 이동식 드라이브와 같은 외부 장치를 연결하기 위한 것이 아니라 내부 컴퓨터 구성 요소를 서로 연결하기 위해 특별히 설계되었습니다. 브리지 칩의 개발로 PCI 장치가 HyperTransport 버스에 액세스할 수 있습니다.

Intel에서 개발한 PCI-Express (이전에는 3GIO 또는 3세대 I/O로 알려짐)는 버스 기술의 "차세대 대작"으로 보입니다. 처음에는 고급 서버용으로 더 빠른 버스가 개발되었습니다. 이것을 PCI-X와 PCI-X 2.0이라고 했으나 PCI-X로 마더보드 를 만드는 데 비용이 많이 들었기 때문에 가정용 컴퓨터 시장에는 적합하지 않았습니다 .

PCI-Express는 완전히 다른 제품입니다. 가정용 컴퓨터 시장을 겨냥한 제품으로 컴퓨터 성능뿐만 아니라 가정용 컴퓨터 시스템의 형태와 형태에도 혁명을 일으킬 수 있습니다. 이 새로운 버스는 PCI보다 더 빠르고 더 많은 대역폭을 처리할 수 있을 뿐만 아니라 PCI-Express는 더 나은 성능을 제공하고 마더보드 제조를 더 저렴하게 만들 수도 있는 지점 간 시스템입니다. PCI-Express 슬롯은 구형 PCI 카드도 수용하므로 모든 PCI 구성 요소가 갑자기 무용지물이 된 경우보다 더 빨리 대중화되는 데 도움이 됩니다.

또한 확장 가능합니다. 기본 PCI-Express 슬롯은 1x 연결입니다. 이것은 고속 인터넷 연결 및 기타 주변 장치에 충분한 대역폭을 제공합니다. 1x는 데이터를 전송하는 하나의 레인이 있음을 의미합니다. 구성 요소에 더 많은 대역폭이 필요한 경우 PCI-Express 2x, 4x, 8x 및 16x 슬롯을 마더보드에 구축하여 더 많은 레인을 추가하고 시스템에서 연결을 통해 더 많은 데이터를 전송할 수 있습니다. 실제로 일부 마더보드 의 AGP 그래픽 카드 슬롯 대신 PCI-Express 16x 슬롯을 이미 사용할 수 있습니다 . PCI-Express 16x 비디오 카드는 현재 가격이 500달러가 넘는 최첨단 제품입니다. 가격이 내려가고 최신 카드를 처리하도록 제작된 마더보드가 더 보편화됨에 따라 AGP는 역사 속으로 사라질 수 있습니다.

PCI 및 관련 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.

PCI 익스프레스와 미래

PCI-Express는 더 빠른 컴퓨터 이상을 의미할 수 있습니다. 기술이 발전함에 따라 컴퓨터 제조업체는 특수 케이블에 연결되는 PCI-Express 커넥터가 있는 마더보드를 설계할 수 있습니다. 이것은 홈 스테레오 시스템과 같은 완전한 모듈식 컴퓨터 시스템을 허용할 수 있습니다. 마더보드와 프로세서, 일련의 PCI-Express 연결 잭이 있는 작은 상자가 있습니다. 외장 하드 드라이브는 USB 2.0 또는 PCI-Express를 통해 연결할 수 있습니다. 사운드 카드, 비디오 카드 및 모뎀이 포함된 작은 모듈도 연결할 수 있습니다. 하나의 큰 상자 대신 컴퓨터를 원하는 대로 배열할 수 있으며 필요한 구성 요소만큼만 크기가 커집니다.

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출처