ГЕОРГИЙ БАШИЛОВ,
Опубликовано: 1.12.1998
Мне хорошо запомнились апгрейды начала 90-х годов. Зачастую сама возможность размещения громоздкой, ужасающе длинной платы в небольшом на вид системном блоке вызывала у меня некоторые сомнения (надо сказать, небезосновательные - решающую роль могли сыграть компоновка материнской платы, глубина ее установки в системном блоке и множество других факторов). За прошедшее время, в полном соответствии с законом Мура, плотность интеграции элементов значительно выросла, а стало быть, уменьшились и продолжают уменьшаться размеры плат расширения. Более того, если взглянуть на современные сетевые адаптеры (и некоторые другие платы расширения), можно обнаружить, что зачастую они состоят из пары микросхем и разъема, обеспечивающего необходимые межсоединения с системной платой. Для конструкторов представляет довольно серьезную проблему обеспечить необходимую длину межсоединения: экономя площадь платы адаптера, они стараются сделать ее как можно уже или даже срезают углы (не исключено, что длина контактного поля была одним из критериев в соревновании VL-BUS и PCI).
Точно так же не вечны полноразмерные PCI- и AGP-платы расширения. На смену им уже готовятся другие стандарты, находящие пока, в силу малой распространенности и тесно связанной с этим дороговизны, применение в системах авионики, промышленной автоматики и другой, далекой от конечного потребителя техники.
| Тип устройства | Размеры карточки, мм | Толщина, мм |
| PC Card | 85,6х54 | 3,3/5/10 |
| Card-PC | 85,6х54 | 5-12,7 |
| CompactFlash | 43х36 | 3,3-5 |
| SmartMedia | 45,0x37,0 | 0,76 |
Таблица 1
Из двух моделей апгрейда, add-in и add-on, мне всегда была милее первая. Отдельные коробочки, блоки и провода питания, кабели межсоединений - это вечный риск что-то перепутать (или - хуже, недосчитаться). То ли дело - открыл системный блок, установил все, что нужно, закрыл, включил (выключил). Конечно, эти операции требовали хотя бы элементарного представления о внутреннем устройстве компьютера и некоторой сноровки. И потому зачастую были недоступны массовому пользователю.
Положение стало меняться с появлением PC-карт, часто называемых также PCMCIA-адаптерами - по имени Personal Computer Memory Card International Association (www.pcmcia.org), организации, ответственной за разработку стандарта.
Стандарт PCMCIA появился на свет в 1990 году и первоначально описывал карты памяти для карманных и мобильных компьютеров - по замыслу разработчиков, они должны были сменить гибкие диски.
Судьба распорядилась иначе. Идея съемного модуля, который на ходу, не выключая напряжения питания (hot-pluggable), можно было бы вставить в работающий компьютер (причем эта операция была по силам рядовому пользователю), оказалась настолько хороша, что перечень устройств, поддерживающих этот стандарт, стал быстро расширяться. Появились модемы, сетевые адаптеры, жесткие диски, TV-тюнеры, системы идентификации, разграничения доступа и шифрования, глобальной навигации (Global Positioning System) и радиопейджинга - всего, пожалуй, не перечислить (тем более что карточки вскоре проникли на вертикальные корпоративные рынки и в медицинские учреждения). И все эти устройства - размером с кредитку и толщиной 3,3 (Type I), 5 (Type II) или 10 мм (Type III). Общая стоимость карточек, находящихся во владении конечного пользователя, стала достигать половины стоимости ноутбука (www.apresearch.com/exebrief.htm).
Тем временем, стандарт развивался. Наиболее значительные изменения он претерпел, пожалуй, в 1995 году, получив сразу: новое название - PC Card Standard; новую, 32-разрядную шину ввода/вывода - CardBus; поддержку режимов прямого доступа к памяти (DMA), захвата шины (bus-mastering) и управления энергосбережением (APM). И - возможность реализации в одной карточке нескольких разных устройств (Multiple Function Cards).
CardBus использует разъем, стандартный для PC-карточек. Правда, высокая рабочая частота шины, равная 33 МГц, потребовала принятия специальных мер по экранированию, зато результат налицо: пиковая пропускная способность достигает 132 Мбайт/с (табл. 2).
| PCI | CardBus | |
| Разрядность шины адреса/данных, бит | 32/64 | 32 |
| Максимальная тактовая частота, МГц | 33/66 | 33 |
| Пиковая пропускная способность, Мбайт/с | 132/264/528 | 132 |
| Захват шины (bus-mastering) | Есть | Есть |
| Напряжение питания, В | 5/3,3 | 3,3 |
| Разъем | 120-контактный, неэкранированный | 68-контактный, экранированный |
| Аппаратный мост (развязка адресного пространства и т. д.) | Нет | Есть |
Таблица 2
Сравнение с PCI не случайно - она послужила основой при разработке CardBus, и по ряду характеристик устройство на шине CardBus аналогично устройству на внутренней системной шине.
За отличиями присматривает мост PCI/CardBus, в функции которого входит обеспечение электрической развязки (busisolation buffers), трансляция (mapping) адресов устройств карточки в системную память и адресные пространства ввода/вывода, управление регистрами конфигурации карточки и т. д.
Многофункциональные карточки довели до логического завершения модель с использованием компонентов add-in. Ранее, в силу малости конструктива, требовались специальные кабели или дополнительные add-on-компоненты для обеспечения внешних интерфейсов1. Теперь, сэкономив на числе карточек, можно искусственно увеличить толщину оставшейся до 10 мм (Type III)2 и использовать стандартные сетевые и телефонные шнуры (рис. 1). В результате можно сэкономить на кабелях, времени подключения, а заодно - повысить свою мобильность3.
Рис. 1. "Швейцарский нож" от Xircom.
Еще одним аргументом в пользу PC-карт является то, что некоторые устройства в другом конструктиве уже и не выпускаются. Как произошло, например, с беспроводными RadioEthernet-адаптерами WaveLan компании Lucent. Нет, вы, конечно, можете купить и ISA-адаптер. Но на плате этого адаптера будет установлена PC-карточка. И преобразователь интерфейса ISA/PC Card-16. Видимо, радиочастотный тракт проще реализовать в небольшой экранированной коробочке. Хотя не исключено и другое объяснение: ISA-вариант не пользуется большим спросом, и разрабатывать для него другой конструктив просто не выгодно.
И в заключение этого раздела: область применения PC-карточек неуклонно расширяется. От ноутбуков - к наладонным компьютерам, мобильным телефонам, сетевым компьютерам, игровым и телевизионным приставкам. Появились и специальные устройства (card readers) для десктопов, как внутренние, так и внешние, ценой около 100 долларов. Некоторые модели позволяют повесить на один десктоп до восьми карточек.
Рис. 2. Card-PC и его внутреннее устройство.
Конструктив PC-карты (жесткий закрытый металлический корпус) оказался настолько удачным, что послужил прототипом для нового класса устройств - Card-PC. Вот только их создатели, сочтя, что 68 ножек маловато будет, увеличили их число до 236, разместили вдоль не короткой, а длинной стороны карточки и заодно умудрились вместить в нее полноценный компьютер, с параллельным и последовательными портами, ROM, RAM, BIOS, видеоадаптером, контроллером клавиатуры, внешней ISA-шиной и, разумеется, процессором, 486 или даже Pentium (www.epson.co.jp; www.cellcomputing.com). Карточка соединяется с внешними устройствами через стандартный интерфейс EASI (Embedded All-in-one System Interface).
Пока такие устройства выглядят скорее как диковинки, хотя используют самые передовые достижения микроэлектроники: многокристальные микросборки, бескорпусная сборка, специальные методы монтажа, устраняющие пузырьки воздуха из припоя - оставим эти секреты на совести технологов. Но тенденции рынка микропроцессоров (стремительное увеличение тактовых частот, уменьшение проектных норм и напряжений питания) таковы, что могут сделать такие сборки (пусть и с другими, более скоростными интерфейсами) актуальными и для самых массовых устройств.
Как известно, история повторяется дважды4. Не стали исключением и PC-карты. По стопам PCMCIA последовала Compact Flash Association (www.compactflash.org), основанная двенадцатью компаниями в октябре 1995 и насчитывающая ныне 117 участников. Цель этой некоммерческой организации - стандартизация ультрамалых устройств хранения и транспортировки цифровых данных, звука и видеоизображений. Задуманный для хранения и перемещения данных, стандарт CompactFlash повторяет в своем развитии PC Card Standard: несколько месяцев назад принята новая спецификация - CF+ Type II (толщина карточки, как вы уже догадались, 5 мм), реализующая функции ввода/вывода (факс-модем, Ethernet, пейджеры, дисководы и т. д.). Хотя CF-карточки используют хорошо зарекомендовавший себя в PC-картах разъем, число контактов уменьшено до пятидесяти, поэтому вряд ли разработчикам удастся реализовать скорости передачи, сопоставимые с CardBus, не меняя кардинально интерфейсы обмена данными.
Рис. 3. CompactFlash: Жесткий диск и сетевой адаптер.
Появились и первые устройства, соответствующие этой спецификации. Так, компания Pretec в октябре этого года заявила о выпуске 10BaseT Ethernet-адаптера (с встроенным разъемом RJ45) и карты последовательного интерфейса, позволяющей подключать, например, внешние сканеры штрих-кодов. На очереди - факс-модем на 56 кбит/с и карта параллельного порта.
Но больше всех удивила, наверное, компания IBM, анонсировавшая в сентябре этого года жесткие диски в формате CF Type II. Емкость малюток, выпуск которых должен начаться во второй половине следующего года, составит 170 и 340 Мбайт. А внутри будет все, как у больших: например, скорость вращения диска составит 4500 об./мин. IBM обещает, что стоимость хранения информации будет гораздо ниже, чем у твердотельной памяти этого же форм-фактора. Ну, поживем - увидим.
Рис. 4. Так устроена SmartMedia.
Тем временем, гонки продолжаются. Эстафету на этот раз подхватил форум SSFDC (Solid State Floppy Disk Card, www.ssfdc.or.jp/english). Круг его задач - создание и продвижение компактной твердотельной альтернативы гибкому диску - ясен из названия. Карточки, впрочем, вскоре были переименованы, получив более благозвучное название - SmartMedia. В основе каждой карточки - кристалл NAND флэш-памяти. Способ доступа к памяти - поблочный, как и у гибкого диска. Напряжения питания 3,3 или 5 В. Объем памяти от 2 до 8 Мбайт, хотя уже сейчас продаются адаптеры карточек, рассчитанные на емкость до 128 Мбайт. Объемы производства пока нарастают в геометрической прогрессии: месяц назад фирма Toshiba объявила о преодолении рубежа по выпуску 500 тыс. карточек памяти в месяц, на 40 процентов больше, чем весной этого года. А общий объем продаж в этом году ожидается на уровне 5 млн. карточек - по данным аналитической компании Data Supply, на работу с карточками SmartMedia были рассчитаны 40 процентов цифровых фотокамер, выпущенных в прошлом году.
Пока не ясно, последуют ли SmartMedia-карточки по пути расширения функциональности, уже проторенному двумя описанными ранее стандартами. Но полностью исключать такую возможность, видимо, нельзя.
Рис. 5. Электрический интерфейс карточки SmartMedia.
Цифровые фотокамеры, сделав технологии цифровой обработки изображений доступными для массового пользователя, стали, пожалуй, одним из первых "стирателей границ" между бытовой аппаратурой и домашними же компьютерами. Появление DVD, цифрового видео и телевидения ставит еще более весомую задачу - интеграцию всего домашнего видео-, компьютерного и звукового оборудования в единый, слаженно работающий комплекс.
Не исключено, что "клеем" для add-on-объединения этой техники станут последовательные интерфейсы - USB и 1394 (FireWire)5. Скорость передачи данных первого - до 12 Мбит/с, второго - 400 Мбит/с и выше. Недавнее соглашение между производителями бытовой электроники и оборудования для кабельного телевидения утвердило 1394 в качестве стандартного интерфейса между цифровыми телевизорами и телевизионными приставками.
Впечатляющий образец такого единения был продемонстрирован на "Comdex/Fall '98" (www.guidetohometheater.com/shownews.cgi?298). Вообще, можно сделать вывод, что сейчас происходит абсолютизация двух этих последовательных интерфейсов (хотя, на мой взгляд, Ethernet и FiberChannel ничем не хуже).
В свете этих событий представляются не такими уж и плохими перспективы еще одного стандарта (последняя редакция которого датирована 6 ноября этого года) - Device Bay (www.device-bay.org). По этому стандарту мобильные "внутрикомпьютерные" компоненты (или, если следовать принятой в статье терминологии, компоненты add-in) могут вставляться в отдельно стоящий модуль, который сам подключается (add-on) к компьютеру по интерфейсам USB или 1394.
А производители перечисленных выше карт памяти тем временем радостно потирают руки: c появлением компьютеров класса iMac (опции расширения которого - кроме памяти - доступны только через add-on-интерфейс USB) открывается еще один рынок сбыта - рынок считывателей (cardreader) компьютерных карточек.
Рис. 6. Card-reader.
Как знать, может быть, примерно так будет выглядеть персональный компьютер (вернее, лишь один из элементов распределенной вычислительной системы) нашего недалекого будущего?
1 Известные мне альтернативы, в том числе разнообразные выдвижные гнезда, довольно хрупки и требуют бережного обращения.
2 Как это, например, сделала компания Xircom, умудрившаяся вдобавок запатентовать свою конструкцию.
3 На меня наводят тоску долгие сборы обладателей ноутбуков. Сравните: выдернул съемный винчестер из системного блока - и уже в пути. А еще лучше - карточку. Но цены пока кусаются.
4 Первый раз трагедия, а второй - фарс.
5 А кирпичиками - описанные в этой статье функциональные модули.