Многогранный PC Card

Экскурс по «неизвестным» интерфейсам современных ноутбуков

Сергей Назаров

PCMCIA как некорректное название

Особенности стандарта PC Card и шина CardBus

Zoomed Video и Thermal Ratings

Назначение и устройство порта Zoomed Video

Small PC Card — куда уж меньше?

PCMCIA как некорректное название

PCMCIA — это аббревиатура от полного названия Personal Computer Memory Card International Association (http://www.pc-card.com) — организации, ведущей разработку стандартов на шины и разъемы для подключения внешних устройств к портативным компьютерам. На сегодняшний день в ее состав входит около 500 компаний. По названию организации и получил свое имя первый разработанный ею стандарт PCMCIA, а соответствующие этому стандарту устройства также стали называть PCMCIA-карты.

Уже по названию можно догадаться, что с самого начала PCMCIA-карты разрабатывались только как модули расширения памяти. Позднее стандарт был существенно переработан и сейчас обеспечивает поддержку большого количества устройств, различных по своему функциональному назначению. История стандарта PCMCIA берет начало в 1990 году, когда была утверждена его первая версия: PCMCIA Standard Release 1.0, в которой была определена спецификация только на карты памяти. После этого стандарт достаточно активно развивался, и в 1992 году была принята версия PCMCIA Standard Release 2.01, в которую вошла спецификация на ATA-карты, что позволило начать выпуск жестких ATA-дисков с интерфейсом PCMCIA. В этой же версии появилась спецификация на карты с форм-фактором Type III. Последний вариант собственно стандарта PCMCIA (почему «собственно», станет ясно немного позднее) был принят в 1993 году — PCMCIA Standard Release 2.1.

Следует заметить, что PCMCIA-интерфейс разрабатывался на основе спецификации ISA-шины, так что у них много общего. Так, в ранних версиях стандарта были определены спецификации на 8- и 16-битную PCMCIA-шину с тактовой частотой 8 МГц и напряжением на шине в 5 В.

Очередная версия стандарта PCMCIA была принята в 1995 году. В новую версию были внесены существенные изменения, а сам стандарт переименован в PC Card — было очевидно, что фраза Memory Card в названии противоречит наличию разнообразия устройств, выпускаемых в «карточном» типоразмере. Но новое название так окончательно и не прижилось. И по сей день название PCMCIA-карта употребляется гораздо чаще, чем PC Card, причем даже в фирменной документации на соответствующие устройства.

Особенности стандарта PC Card и шина CardBus

Так что же нового появилось в стандарте PC Card по сравнению с PCMCIA? Самое главное заключалось в появлении новой шины CardBus — 32-битного интерфейса с тактовой частотой 33 МГц и поддержкой режима Bus Mastering. Не правда ли, все это очень напоминает PCI? Так оно и есть. Шина CardBus была разработана на основе спецификации PCI-интерфейса и унаследовала характерные черты последнего, а работа CardBus-интерфейса и CardBus-устройств сильно напоминает работу их PCI-аналогов. Вследствие этого шина CardBus легко интегрируется с PCI-подсистемой компьютера. Впрочем, CardBus может также сочетаться и с другими системными шинами.

CardBus была разработана с целью увеличения производительности по сравнению со старым 16-битным интерфейсом (который теперь получил название PC Card-16) и имеет пиковую пропускную способность в 132 Мбайт/с. Кроме того, напряжение на шине было понижено до 3,3 В, что снизило энергопотребление CardBus-карт по сравнению с PCMCIA-картами. Помимо этого CardBus поддерживает Bus Mastering. Это означает, что CardBus-устройства сами могут становиться «мастер-устройствами» CardBus-шины и брать на себя управление потоком данных, передаваемых по ней. В этом заключается еще одно отличие CardBus-устройств от устройств PC Card-16, которые всегда управляются системными «мастер-устройствами».

Кроме того, в спецификации на шину CardBus предусмотрена поддержка DMA (Direct Memory Access), APM (Advanced Power Management, интерфейс управления энергопотреблением) и многофункциональных карт, когда, например, одна и та же карта может работать или как сетевой адаптер, или как модем.

В стандарте PC Card предусмотрено три варианта физического исполнения карт: Type I, II и III. Карты всех трех типов имеют 68-контактный разъем, одинаковую длину и ширину, но разную толщину. Помимо этого карты различного типа используются для изготовления устройств вполне определенного назначения: например, Type I характерен для карт памяти, Type II — для модемов и сетевых адаптеров, Type III — для жестких дисков. Коль скоро карты разного типа физически отличаются только толщиной, то в слот для более толстой карты всегда можно установить более тонкую: например, в слот Type III можно установить карту Type I, но не наоборот. Если быть более точным, то в отсек Type II помещается две карты Type I, а в отсек Type III — одновременно по одной карте Type II и Type I.

Zoomed Video и Thermal Ratings

Следующая версия стандарта PC Card была утверждена в 1997 году. Из всех нововведений, появившихся в ней, наиболее значительными стоит признать три: спецификации Flash Translation Layer (FTL), Thermal Ratings и Zoomed Video (ZV) Interface. Flash Translation Layer — это спецификация на формат данных, хранящихся в накопителях формата PC Card, изготовленных с использованием флэш-технологии.

Thermal Ratings представляет собой систему мер, направленных на предупреждение перегрева PC Card-карты. Смысл ее заключается в следующем: каждой карте и каждому компьютеру присваивается специфический показатель, называемый «температурным рейтингом» (thermal rating). Для этого сначала исследуется рабочий температурный режим карты, на основании чего вычисляется ее температурный рейтинг, который по сути является показателем степени нагрева карты во время ее работы. Значение температурного рейтинга хранится в самой PC Card-карте. Далее вычисляется значение температурного рейтинга для компьютера. В этом случае смысл его несколько другой: он фактически указывает на то, насколько хорошо поглощается компьютером тепло, генерируемое картой, установленной в его слот PC Card, и каков максимально допустимый уровень тепловой мощности, рассеиваемой этой PC Card-картой, при котором она еще остается работоспособной. Для измерения температурного рейтинга компьютера в его слот PC Card устанавливается эталонный нагреватель, размеры которого совпадают с размерами стандартной карты. После этого остается только изучить температурный режим нагревателя (а фактически слота PC Card) в зависимости от изменения рассеиваемой им (нагревателем) тепловой мощности и рассчитать температурный рейтинг компьютера. Тогда во время работы «реальной» PC Card-карты, установленной в этот слот, можно измерить потребляемую ею суммарную электрическую мощность. Зная последнюю, а также температурные рейтинги компьютера и карты, можно точно предсказать, перегреется карта или нет, и если да, то как скоро.

Третья радикальная инновация стандарта PC Card — Zoomed Video (ZV) Interface. Это специальный интерфейс, который в последнее время широко используется в PC Card-картах, обрабатывающих видеоданные. Карта с таким интерфейсом имеет специальный порт — Zoomed Video (ZV) Port, через который видеоданные от PC Card-карты напрямую передаются в фрейм-буфер VGA-контроллера. Таким образом, ZV-порт обеспечивает прямое соединение между PC Card-картой и VGA-контроллером. При этом видеоданные передаются без задержки, в реальном времени и без какой-либо буферизации со стороны PC Card-карты. В свою очередь, это избавляет ее от необходимости работать в режиме Bus Мastering и брать на себя функции управления шиной (bus arbitration logic), как это было бы в случае с PCI-шиной или какой-либо еще системной шиной, так как видеоданные передаются по выделенной ZV-шине (ZV bus).

Назначение и устройство порта Zoomed Video

Почему же потребовалась дополнительная шина? Дело в том, что во время работы подавляющего большинства мультимедийных приложений системе приходится обрабатывать поток видеоданных, полученных в результате аппаратного или программного декодирования (например, при проигрывании видеоролика). Такой поток может существенно загрузить PCI-шину, что приводит как к снижению общей производительности системы, так и к ухудшению качества видеопотока (например, к выпадению кадров). Проблему можно было бы решить, добавив в систему вторую PCI-шину для передачи мультимедийных данных, но это увеличивает стоимость. Другой вариант — использовать дополнительную дешевую шину для разгрузки PCI-шины. ZV-шина — именно такое альтернативное дешевое решение проблемы.

Достаточно интересен механизм «включения» ZV-порта. В спецификации на ZV Port определен специальный мультимедийный режим (multimedia mode или ZV Port mode) работы карты PC Card. При переключении в этот режим изменяется назначение контактов («распиновка») на разъеме карты. В стандарте содержится подробное описание, каким образом ZV Port PC Card-карта переключается из режима работы «как карта памяти» (memory mode, режима по умолчанию для всех PC Card) в режим ZV Port. Стандарт PC Card содержит также спецификации как на аппаратный, так и на программный интерфейс для ZV Port PC Card-карт. Эти спецификации обеспечивают совместимость карт ZV Port PC Card с другими PC Card-картами, так что multimedia mode PC Card-карты соответствуют всем требованиям power-on и hot plug-in для «обычных» карт. В тот момент, когда ZV-карта устанавливается в слот и переключается в multimedia mode, тут же изменяется ее «распиновка». Если же в слот устанавливается не ZV PC Card-карта, то хост-адаптер не переключается в специальный multimedia-режим и PC Card-карта ведет себя как обычно. Поясним, что здесь под host adapter понимается слот, в который устанавливается карта; на самом деле это не «простой» разъем, а действительно адаптер с некоторым интеллектом; host означает «головной», «ведущий» — по отношению к PC Card-карте.

Таким образом, Zoomed Video Port — это недорогое решение, альтернативное традиционному методу вывода видеоинформации, которое обеспечивает недорогой и, что называется, full frame-rate-видеоканал для таких приложений и аппаратных средств, как MPEG-декодеры (видеоролики, игры, MPEG-адаптеры), TV-тюнеры, программные пакеты для ввода «живого» видео и видеозахвата. Плюс ко всему использование ZV-порта позволяет разгрузить PCI-шину.

Что же касается интеграции PC Card-подсистемы с другими системными устройствами в современных компьютерах с PC-архитектурой, то для этого используется специальный CardBus-контроллер, который напрямую соединяется с PCI-шиной и графическим адаптером, а также с контроллером, выполняющим функции South Bridge, — через ISA-шину. Таким образом, CardBus-контроллер выполняет три функции: моста между 32-битными CardBus-устройствами и PCI-шиной, моста между CardBus-устройствами с ZV Port’ом и графическим адаптером, а также моста между 16-битными PC Card-картами и Southbridge-контроллером.

Small PC Card — куда уж меньше?

Последней утвержденной на сегодняшний день версией стандарта PC Card является спецификация PC Card Standard Release 7.0, в которую была включена поддержка стандарта управления энергопотреблением PCI Power Management, а также спецификация на карты нового типа — Small PC Card.

Карты Small PC Card имеют 16-битный интерфейс и ту же функциональность, что и обычные карты PC Card, но меньше последних по размеру. Предполагается, что карты Small PC Card будут широко использоваться в переносных цифровых устройствах: цифровых камерах, handheld-компьютерах, диктофонах и сотовых телефонах. Разъем у карт Small PC Card имеет те же 68 контактов, что и у карт PC Card, но с меньшим расстоянием между контактами, так что, например, карту Small PC Card типа Type I нельзя непосредственно установить в слот для карт PC Card этого же типа — Type I. Однако устройства типа Small PC Card все же можно устанавливать и в полноразмерные слоты PC Card, но для этого нужен специальный адаптер-переходник.

Что же касается использования PC Card-карт в реальной работе, то в настоящее время производится огромное количество карт этого формата самого разного функционального назначения, включая ISDN-модемы, радио-LAN-адаптеры, GPS-карты (Global Positioning System, система спутниковой координации), карты для подключения сотовых телефонов, накопители на жестких магнитных дисках, накопители на модулях памяти и флэш-картах, карты для подключения внешних дисководов CD-ROM, карты-расширители с инфракрасными портами для беспроводной коммуникации, карты-расширители для подключения устройств с параллельным интерфейсом (например, принтеров), карты-расширители для подключения устройств с последовательным интерфейсом (например, модемов или мышей), интерфейсы для подключения джойстиков, устройства шифрования данных и предотвращения несанкционированного доступа к компьютеру, аналого-цифровые преобразователи и другие устройства (датчики) для сбора данных.

Типы карт стандарта PC Card

Габаритные размеры карт стандарта Small PC Card

Более подробную информацию о выпускаемых на сегодня PC Card-картах и их производителях можно найти на сайте PC Card Resource Directory (http://pcmcia.oaktree.com/).

КомпьютерПресс 9'1999