Внутренний мир Автор: Сергей Озеров.

Внутренний мир

Автор: Сергей Озеров.

© 2004, Издательский дом | http://www.computerra.ru/

Журнал «Домашний компьютер» | http://dk.compulenta.ru/

Этот материал Вы всегда сможете найти по его постоянному адресу: /2006/121/280019/

Нет предела совершенству. Казалось бы: сколько уже изобрели всевозможных компьютерных технологий — и все равно каждый год появляются все новые и новые программы и железки, обещающие нечто принципиально недостижимое ранее. «Устаревшие» компьютерные компоненты тоже впрочем сдаваться не собираются, и в результате сегодня невозможно купить «просто жесткий диск» или «просто быструю видеокарту» — требуется обязательно уточнять, на какой способ подключения (интерфейс) она должна быть рассчитана. Производители нередко стараются сохранить возможность выбора между комплектующими, рассчитанными на разные интерфейсы, но несложно столкнуться с тем, что свежеприобретенную дорогостоящую вещь невозможно подключить к старому (или, наоборот, слишком новому) компьютеру. В этой статье попробуем разобраться, откуда есть пошли все эти шины компьютерные, и во что все это вылилось. А поскольку про внешние интерфейсы рассказано в предыдущей статье «Советника», я ограничусь только внутренними шинами, с которыми на практике можно столкнуться в современном «железном друге».

Само слово «шина» когда-то давно пришло в русский язык из немецкого и успело изрядно обрусеть, приобретя устойчивую ассоциацию с шинами автомобильными. Но на самом деле немецкий оригинал имеет не столько дорожно-транспортные корни (автомобильная шина по-немецки называется Autoreifen), сколько медицинские — шина как используемая при переломах конструкция, надежно фиксирующая и соединяющая сломанные кости. В этом своем «скрепительно-соединительном» смысле в начале XX века «шина» перешла в электротехнику, где ею стали называть мощные электрические провода и кабели, по которым распределялась электроэнергия, а позднее — просто любые пучки проводов, передающих энергию и информацию между разными устройствами. Ну а так как Германия начала-середины XX века была, пожалуй, научно-техническим лидером в мире, не стоит удивляться, что перенимавшие в эпоху индустриализации опыт немецких соседей советские инженеры стали использовать именно этот термин. Интересно, что после падения Третьего Рейха, когда научный потенциал и авторитет разгромленной Германии сильно пошатнулся, немцы для компьютерных технологий в итоге позаимствовали англоязычное слово bus, а вот в СССР и постсоветской России, где компьютеры и инженеры долгое время были практически неразделимы, «автобус» так и не сумел прижиться.

Итак, компьютерная шина — это нечто такое, что связывает в единое целое разные устройства. На заре компьютерной эры, когда едва ли не каждый компьютер был чем-то уникальным, их было великое множество. Но по мере того, как количество ЭВМ начинало исчисляться не десятками, а тысячами и даже десятками тысяч, а их возможности и требования к шинам росли, индустрия потихоньку стала делать шажки в сторону использования из всего этого «зоопарка» лишь наиболее удачных решений. Впрочем, разработать свой вариант компьютерной шины в те времена не составляло особенного труда, да и каких-то особенно четких стандартов все равно никто не придерживался, так что без профессиональных познаний в компьютерной области и навыков владения паяльником в те времена обойтись было трудно. Многое изменилось с приходом на сцену первых персональных компьютеров — IBM PC, в которых IBM применила одну из распространенных в то время шин для промышленных компьютеров — ISA, Industrial Standard Architecture, «индустриальный стандарт архитектуры шины». Как стандарт, ISA в силу своей простоты, к слову сказать, жива и поныне, но нас интересует немного другое, а именно — то, что в результате взрывообразного роста рынка IBM PC совместимых компьютеров ISA вскоре получила широчайшее распространение. Пожалуй, почти любая шина в современном компьютере ведет от нее свою родословную.

Конечно, нельзя сказать, что в компьютере конца прошлого века все комплектующие соединялись друг с другом по шине ISA. По мере выпуска все большего количества оборудования, слабые места ISA становились все очевиднее. Вставали и новые задачи. А потому на свет появились модифицированные и специализированные для конкретных целей варианты этой шины — специализированный и слегка упрощенный гибкий шлейф (P)ATA / IDE для подключения жестких дисков; шина PCI, повысившая быстродействие и позволившая спустя какое-то время забыть о необходимости вручную заниматься «тонкой механикой» шин — распределением прерываний, адресных пространств и тому подобных хитростей; сильно упрощенная LPC (Low-Pin Count), заменившая на современных материнских платах шину ISA, с помощью которой и поныне подключаются не требовательные к пропускной способности устройства, такие как контроллеры флоппи-дисков, PS/2, COM— и LPT-порты. Продолжая постоянно совершенствоваться, все эти шины обзавелись множеством различных вариантов и дополнительных специализаций, но, по большому счету, все они были более или менее совместимы. Появился универсальный стандарт интерфейса для карты расширения, жесткого диска, видеокарты, и, за исключением отдельных случаев, покупка новой «железки» не вызывала большого труда. Пройдя длинный путь, параллельные интерфейсы достигли пика своего развития, им на смену пришли последовательные интерфейсы.

Мы, к сожалению, пока живем в «переходном периоде», когда между первыми и вторыми приходится выбирать, а зачастую — и оплачивать компьютерный прогресс, выбрасывая старые комплектующие на свалку только потому, что к новой, во всем «последовательной» материнской плате их просто невозможно подключить.

Итак, из чего же нам предстоит выбирать сегодня?

Интерфейсы для подключения карт расширения PCI и PCI Express

Первое, пожалуй, что стоит упомянуть — это шину PCI (Peripheral Component Interconnect, то есть шина для соединения периферийных компонентов). Изначально создававшаяся как основная шина для всевозможных карт расширения, сильно упрощавшая процедуру добавления подобной карты в компьютер (Plug amp;Play — вставил карточку и она сразу же заработала), PCI получила очень широкое распространение в 1995-96 годах, и за несколько лет практически вытеснила всех конкурентов, причем не только из IBM PC, но и из других ПК (Macintosh), серверов и ноутбуков. Внутренние ТВ-тюнеры, звуковые карты, мультикарты с портами FireWire, USB, COM, LPT, карты оцифровки видео и подавляющее большинство иных карт расширения, вплоть до свежевыпущенных физических ускорителей PhysX от Ageia, выпускаются именно с этим интерфейсом. Раньше в формате PCI также производились всевозможные контроллеры жестких дисков и локальной сети, но по мере совершенствования встроенных контроллеров на материнской плате, надобность в них практически отпала, и потому подобные карты расширения сейчас стали в основном сугубо профессиональными и задействующими профессиональные же интерфейсы, которые уже не всегда допускают установку в старые разъемы.

Существует довольно много разных вариантов шины PCI. Но на практике уже в базовый стандарт 1995 года (версию 2.1) оказался заложен такой запас прочности, что и сегодня его возможностей хватает для большинства устройств, и потому найти в обычных персоналках что-либо кроме «просто PCI» очень сложно. Но в серверах и рабочих станциях можно встретить и очень похожую шину PCI 66 МГц, которая внешне выглядит почти так же, но отличается вдвое большим быстродействием, и «длинные» слоты, которые примерно в полтора раза длиннее и в 2-16 раз быстрее обычной PCI (старые версии назывались PCI 64, более новые — PCI-X). Теоретически все они между собой совместимы, но на практике, если уж доведется столкнуться со столь редкими «железками» и слотами, стоит учесть, что существуют «старые», 5V-карты и «новые», на 3 вольта, причем классические PCI-карты и PCI-64 — «старые», а все остальные (PCI 66 МГц и PCI-X) — «новые». Установить «новую» карту в «старый» слот нельзя, равно как нельзя сделать и наоборот — это просто не позволит специальный выступ на слоте расширения. У «старых», традиционных слотов он расположен дальше от края платы, у «новых» — ближе, соответственно, у карт, допускающих установку в «старые» слоты PCI и PCI-64, на той части карты, которая вставляется в слот, если смотреть с лицевой стороны карты, есть выемка справа, а у карт, допускающих установку в новые PCI-66 и PCI-X — слева. Бывают и универсальные карты, их можно установить куда угодно — у них две выемки. У длинных карт (PCI-64 и PCI-X) еще всегда присутствует «технологическая» выемка, отделяющая крайнюю правую часть разъема от основной части — в старых системах через эту выемку проходит конец «слишком короткого» для них слота PCI. Впрочем, еще раз повторю, что если вы не собираете сервер или рабочую станцию, то вряд ли столкнетесь с подобными тонкостями.

А вот с чем вам наверняка доведется встречаться, так это с шиной PCI Express (PCI-E). От PCI она заимствовала лишь название и некоторые технические соглашения. PCI — параллельнная шина, а PCI-E — последовательная, со всеми ее достоинствами и недостатками. Основное достоинство — разъемы для подключения карт этого стандарта очень маленькие и компактные, но обеспечивают при этом значительно большее быстродействие, чем стандартные слоты PCI. Основной же недостаток — это то, что создавать карты расширения для PCI-E гораздо сложнее, а потому большим количеством оборудования, поддерживающего этот интерфейс, PCI-E, увы, похвастаться не может. Сегодня слоты PCI Express используются в основном для одной цели — установки одной или нескольких видеокарт.

Впрочем, если все-таки вам попадет в руки плата расширения с интерфейсом PCI-E, то знать про нее стоит следующее. Существует несколько вариантов PCI-E, отличающихся друг от друга, по сути, только длиной разъема. Чем длиннее разъем — тем быстрее он работает. Измеряется эта длина «в кратах», начиная от однократного PCI-E и заканчивая шестнадцатикратным. Самые маленькие слоты и карты используют крошечный слотик PCI-E x1, более мощные — вдвое более длинный PCI-E x4, серверы — PCI-E x8, видеокарты и особенно мощные и профессиональные железяки — PCI-E x16, по размерам почти совпадающий с классическим PCI. Собственно, только соображениями чисто физического плана («влезет» ли плата в слот) совместимость и ограничена — при желании можно (хотя я настоятельно не советую этого делать) в буквальном смысле аккуратно отпилить не помещающийся в слот кусок разъема, или пропилить щель для карты в самом разъеме, и если выдающийся конец карты не будет ни во что упираться на плате — все будет прекрасно работать! Кстати, некоторые производители применяют подобный фокус в промышленных масштабах, а потому не удивляйтесь пропилам в коротких слотах PCI-E на «особенно продвинутых» материнских платах, позволяющих установить, например, две видеокарты на плату, которая, по идее, поддерживать сразу две видеокарты не должна. Торчащие наружу контакты в этом случае — совершенно нормальное явление. Только не пытайтесь «подпиливать» старые платы PCI, чтобы заставить их работать в слотах PCI-E: это невозможно.

Остается добавить только, что почти на всех современных материнских платах есть как разъемы PCI, так и PCI-E x1. При покупке, с учетом замечания об отсутствии практического применения для последних, приоритет лучше отдать большему количеству и удобному расположению «устаревших» слотов PCI: штучки две-три их вам в любом случае смогут пригодиться.

Интерфейсы для подключения видеокарты

С разъемами для подключения видеокарты все, увы, далеко не так приятно, как с предназначенными для подключения относительно медленной периферии. К сожалению, здесь в принципе нет возможности выбора. Существует два взаимоисключающих типа видеокарт и соответствующих разъемов, и весьма вероятно, что при покупке новой видеокарты вам придется менять практически весь компьютер.

А история здесь следующая. Первые, тогда еще не самые притязательные видеокарты предназначались для той самой «всеобщей прабабушки» ISA (надо сказать, с тех самых пор даже сохранившие за собой особую привилегию при восстановлении системы, которой все остальные карты лишены). Позднее, когда вся индустрия перешла на PCI, перешли на эту шину и видеокарты. Появившиеся чуть позже трехмерные ускорители поначалу работали на шине PCI, но довольно скоро превратились в такую обузу для последней, так что для них пришлось выделить специальный слот PCI в более быстрой версии — PCI 66 МГц. Назвали все это Accelerated Graphic Port, AGP. Чтобы в этот слот нельзя было установить обычную карту PCI 66 МГц, разъем AGP слегка сместили относительно PCI «в глубь» материнской платы, где он и обрел свою постоянную прописку в непосредственной близости к процессору и обеспечивающему его работу северному мосту чипсета. AGP довольно долго совершенствовали, повышая скорость его работы и вводя дополнительные возможности — вслед AGP x1 и x2 появились x4 и x8, но было это все настолько давно, что найти какую-нибудь до-GeForce-ную карту Riva 128, которая не будет работать в современном компьютере с разъемом AGP, сегодня решительно невозможно. Так что можно смело считать, что существует «просто» AGP, а уж какая там кратность — 4x или 8x — совершенно неважно. Что, вне всякого сомнения, весьма удобно для обычного пользователя. Увы, желая сделать и без того хороший стандарт AGP еще лучше, в какой-то момент компания Intel в рамках все того же перехода от параллельных шин к последовательным предложила всем пользователям дружным шагом перебираться с AGP на уже упоминавшийся неспециализированный, но все равно очень быстрый слот PCI-E x16. Конечно, у нового разъема — больше скорость работы, больше возможностей по обеспечению видеокарты электропитанием, существует возможность одновременной установки хоть десятка карт (при наличии достаточного числа разъемов на материнской плате), но есть и один большой минус: поскольку и AGP, и PCI-E x16 — очень сложные с технической точки зрения конструкции, то обеспечивать их одновременное существование на одной материнской плате, в отличие от PCI и PCI-E, оказалось слишком сложно и дорого. В схватке не на жизнь, а на смерть, предпочтение, естественно, отдали новому стандарту — в результате все без исключения новые чипсеты и новые видеокарты больше, к сожалению, AGP не поддерживают. Старую видеокарту сегодня не поставить в новый компьютер и наоборот, новую видеокарту — в старый. Имейте это в виду, если планируете апгрейд компьютера. Для старого ПК с интерфейсом AGP подойдет только AGP же видеокарта; для нового, с интерфейсом PCI-E, — только PCI-E.

Самим производителям материнских плат, переход, впрочем, тоже дался не очень легко. Ведь желание клиента иметь, скажем, две видеокарты PCI-E или возможность поставить в совершенно новый компьютер старую карту AGP — это закон, а как соблюсти закон, если технических возможностей для этого не существует? Производители стали по-всякому выкручиваться, в результате родилось целых два некрасивых рекламных трюка. Первый — это когда укороченный (и потому медленный) разъем PCI-E x4 или даже x2 выдается за полноразмерный разъем x16 (большая часть проводков в котором просто-напросто ни к чему не подключена). Благо, что PCI-E такие «вольности» позволяет. Установленная в подобный «недоделанный» слот видеокарта начинает работать заметно медленнее, чем должна бы. Способ не попасться на эту удочку, если есть желание установить в компьютер не одну, а пару видеокарт, очень прост — нужно использовать только те материнские платы, для чипсетов которых поддержка SLI или CrossFire официально сертифицирована (о чем обязательно будет гордо заявлять надпись на коробке с материнской платой). Второй подход — еще неприятнее. Пользуясь тем, что прародителем AGP послужила шина PCI, производители нередко балуются тем, что чисто механически маскируют один из PCI-слотов под слот AGP. Работать в таком «якобы AGP» согласится далеко не каждая видеокарта, а те, что согласятся — будут работать очень медленно, и, по некоторым сообщениям, недолго. Так что не гоняйтесь за двумя зайцами сразу, полноценные AGP и PCI-E на одной материнской плате сегодня, к сожалению, — полная утопия.

Интерфейсы для подключения жестких дисков

Жесткие диски, или HDD, появились почти одновременно с первыми персональными компьютерами. Только поначалу они не были чем-то самостоятельным — на месте современного диска размещалась только «глупая», как мы бы сейчас сказали, механика, а всяческая электроника, ею управлявшая, находилась на отдельной плате расширения, подключавшейся к компьютеру. Это разделение электроники и механики было довольно неудобным, а потому довольно скоро были предприняты попытки это искоренить. Например, появились платы, в которых жесткий диск был прикреплен к плате контроллера, а сама эта плата, вместе с «подвешенным» на ней диском, вставлялась в стандартный слот шины ISA. Такая вот своеобразная «карта расширения» — жесткий диск. По многим причинам это было неудобно, а платить за специально разработанные ранее для подключения жестких дисков интерфейсы, такие как доживший до наших дней в профессиональных решениях SCSI, производителям и покупателям не хотелось, в результате была придумана специальная разновидность шины ISA, использовавшая не намертво припаянный к материнской плате разъем, а гибкий шлейф-кабель, сделавший возможным привычное нам сегодня размещение жестких дисков в специальной корзине в корпусе компьютера и их подключение к материнской плате гибкими соединениями. По названию компьютера, в котором применили эту схему — IBM PC XT/AT, подобную схему назвали ATA (AT Attachment, подключение типа AT). Поскольку теперь контроллер диска составлял единое целое с самим диском, эту же самую технологию стали называть IDE (Integrated Drive Electronics, электроника, интегрированная на диск). Позднее, когда помимо жестких дисков таким же способом стали подключать оптические накопители и прочую экзотику вроде магнитооптики, стандарт оказался несколько узок и его расширили, назвав (почти для всего того же самого) — ATAPI. Длительное время ATA-IDE-ATAPI совершенствовался, повышая быстродействие и возможность подключения все более и более емких жестких дисков и, по названию соответствующих быстрых режимов работы шины, получил четвертое имя — UltraDMA (в этой аббревиатуре указана возможность прямого доступа к системной памяти, которую получил интерфейс, DMA (Direct Memory Access), а цифирки после UltraDMA показывают скорость работы соответствующей версии). И наконец, когда параллельная ATA-IDE-ATAPI-UltraDMA (все эти названия — практически синонимы) получила последовательного конкурента, тоже ATA, то, во избежание путаницы, к этому вороху определений стали иногда добавлять уточнение Parallel: Parallel ATA (сокращенно PATA). Такое вот многоплановое понятие.

Все IDE-устройства подключаются к кабелю и материнской плате посредством стандартного 39-контактного разъема. У старичка Quantum на 400 Мбайт и нового монстрообразного Seagate на 750 Гбайт он один и тот же. К сожалению, проектировщики стандарта ATA заложили в него просто удивительное количество разнообразных «граблей» в виде разноплановых ограничений по максимальной емкости накопителя, поддерживаемого данным интерфейсом, а потому, если старый диск будет признан новой системой «своим», почти всегда — если не автоматически, то хоть в ручном режиме, — новые жесткие диски рискуют столкнуться с «жестоким непониманием», когда компьютер, в лучшем случае, увидит лишь часть их настоящей емкости. В умеренно старых компьютерах это затруднение можно попытаться разрешить обновлением BIOS и почти всегда — обновлением версии Windows (так, Windows 98 «официально» не умеет работать с дисками объемом более 137 Гбайт), но на совсем древних машинах зачастую сделать это невозможно.

Хотя сами разъемы IDE стандартны, кабели, их соединяющие, могут сильно различаться. Традиционно для этих целей использовался плоский 40-жильный кабель, но для современных, быстрых вариантов UltraDMA 66, 100, 133, по которым работают современные жесткие диски, требуется специальный, более качественный 80-жильный. Ленты этого кабеля довольно громоздки и мешают нормальной вентиляции в корпусе компьютера, поэтому отдельные производители предлагают подобные кабели «скатанными» в круглые жгуты. Работать с ними несколько приятнее и удобнее, но разница не столь принципиальна, а вот гарантий, что такой кабель будет работать совершенно надежно, увы, нет. Подобные «вольности» обычным стандартом не предусмотрены. Также следует помнить, что если к одному кабелю подключено два устройства — одно быстрое, другое медленное, — то при одновременной работе двух устройств скорость работы интерфейса IDE будет определяться самым медленным, и никакие специальные 80-жльные кабели эту ситуацию не исправят. Поэтому не рекомендуется подключать жесткий диск (быстрое устройство) и оптический накопитель (медленное) на один и тот же кабель.

Одним словом — чего уж греха таить — в стандарте IDE есть довольно много неприятных мелочей. Чего стоит одна необходимость конфигурировать вручную диски на Master/ Slave (привет от шины ISA)! Поэтому, как и в случаях с другими интерфейсами, уже несколько лет привычному и дешевому UltraDMA противостоит «последовальный» тезка — Serial ATA (сокращенно SATA). В интерфейсе SATA «скелетов в шкафу» нет, он стройнее, быстрее, элегантнее; даже, впервые со времен «недорогой альтернативы SCSI», замахивается на реализацию еще недавно эксклюзивных профессиональных технологий. Но, к сожалению, диски с интерфейсом SATA до сих пор стоят дороже своих альтернативных собратьев, да и отношение к ним — слегка настороженное (первые SATA-диски нередко «не виделись», например, Linux и другими ОС). Правда, сегодня разница в цене — порядка $3, а проблемы совместимости в основном более или менее решены, так что, пожалуй, брать жесткие диски стандарта IDE для нового компьютера — достаточно непрактично. Производители чипсетов потихоньку начинают стимулировать переход на SATA, сокращая число каналов PATA до одного (на который вешаются оптические накопители), а то и вовсе убирая их (Intel считает необходимым стимулировать переход производителей оптических накопителей на SATA, а оплачивать его, увы, в конце концов, придется нам, покупателям).

Существует два основных варианта «старого» ATA и два варианта «нового». Никакой принципиальной разницы или несовместимостей между ними нет: UltraATA 133 чуть быстрее UltraATA 100; SATA 300 (она же SATA II) — чуть быстрее SATA 150 (она же просто SATA), но разница эта не настолько заметна, чтобы стоило за нею гоняться. Сегодня это, скорее, бесплатный бонус.

Все стандарты хороши, выбирай на вкус?

Так что же выбрать, PCI-E или AGP, PATA или SATA? Выбирайте в первую очередь то, что поддерживает ваш компьютер, и особенно не гонитесь за новинками. Все новые революционные шины и интерфейсы по своим потребительским возможностям лишь неспешное эволюционное продолжение существовавших ранее стандартов.