Expansionskort -Expansion card

Exempel på ett PCI digitalt I/O-expansionskort som använder ett stort fyrkantigt chip från PLX Technology för att hantera PCI-bussgränssnittet
PCI expansionsplats
Altair 8800b från mars 1976 med ett S-100- bakplan med 18 platser som rymde både Intel 8080- moderkortet och många expansionskort
Rack med expansionskort för IBM Standard Modular System i en IBM 1401 -dator med en 16-stifts guldpläterad kantkontakt som introducerades först 1959
Konfiguration DIP-switchar i ett 16-stifts genomgående hålspaket som ofta finns i ISA expansionskort från 1980 -talet
Modernt SPI-flashchip lämpligt för lagring av expansionskortsfirmware
Thunderbolt 3 -kontakt som introducerades av Intel i december 2015 multiplexerar upp till 4-banor av PCIe 3.0 och 8-banor av DisplayPort 1.2 och kan stödja en extern dockningsstation som innehåller ett eller flera expansionskort med tillräckligt med bandbredd för att driva en mellanklass- GPU

Inom datorer är ett expansionskort (även kallat expansionskort , adapterkort , kringutrustningskort eller tillbehörskort ) ett tryckt kretskort som kan sättas in i en elektrisk kontakt eller expansionskortplats (även kallad en bussplats) på en datorns moderkort (se även bakplan ) för att lägga till funktionalitet till ett datorsystem. Ibland innebär utformningen av datorns hölje och moderkort att de flesta (eller alla) av dessa kortplatser placeras på ett separat, borttagbart kort. Vanligtvis hänvisas sådana kort till som ett stigkort delvis eftersom de skjuter ut uppåt från kortet och tillåter att expansionskort placeras ovanför och parallellt med moderkortet.

Expansionskort gör att funktionerna och gränssnitten i ett datorsystem kan utökas eller kompletteras på ett sätt som är lämpligt för de uppgifter som det kommer att utföra. Till exempel skulle ett höghastighets flerkanaligt datainsamlingssystem inte vara till någon nytta i en persondator som används för bokföring, utan kan vara en nyckeldel av ett system som används för industriell processkontroll. Expansionskort kan ofta installeras eller tas bort i fält, vilket möjliggör en viss grad av användaranpassning för särskilda ändamål. Vissa expansionskort har formen av "dotterkort" som ansluts till kontakter på ett stödjande systemkort.

Inom persondatorer inkluderar anmärkningsvärda expansionsbussar och expansionskortsstandarder S-100-bussen från 1974 associerad med CP/M - operativsystemet , 50-stifts expansionskortplatserna i den ursprungliga Apple II -datorn från 1977 (unik för Apple), IBMs industri Standard Architecture (ISA) introducerades med IBM PC 1981, Acorns tubexpansionsbuss på BBC Micro också från 1981, IBMs patenterade och proprietära Micro Channel-arkitektur (MCA) från 1987 som aldrig vann nåd på klonmarknaden , den enorma förbättrad Peripheral Component Interconnect (PCI) som ersatte ISA 1992, och PCI Express från 2003 som abstraherar sammankopplingen till höghastighetskommunikations-"banor" och förvisar alla andra funktioner till mjukvaruprotokoll.

Historia

Huvudartikel: Buss (datorer) § Historia

Vakuumrörbaserade datorer hade en modulär konstruktion, men individuella funktioner för kringutrustning fyllde ett skåp, inte bara ett kretskort. Processor, minne och I/O-kort blev genomförbara med utvecklingen av integrerade kretsar . Expansionskort gör processorsystem anpassningsbara till användarens behov genom att göra det möjligt att ansluta olika typer av enheter, inklusive I/O, extra minne och valfria funktioner (som en flyttalsenhet ) till den centrala processorn. Minidatorer, som börjar med PDP-8 , var gjorda av flera kort som kommunicerade genom och drevs av ett passivt bakplan .

Den första kommersiella mikrodatorn med expansionsplatser var Micral N 1973. Det första företaget som etablerade en de facto - standard var Altair med Altair 8800 , utvecklad 1974–1975, som senare blev en standard för flera tillverkare, S-100 buss . Många av dessa datorer var också passiva bakplansdesigner, där alla delar av datorn (processor, minne och I/O) kopplades in i en kortbur som passivt fördelade signaler och kraft mellan korten.

Proprietära bussimplementeringar för system som Apple II samexisterade med standarder för flera tillverkare.

IBM PC och ättlingar

IBM introducerade vad som retroaktivt skulle kallas ISA-bussen ( Industry Standard Architecture ) med IBM PC 1981. Då kallades tekniken PC-bussen . IBM XT , som introducerades 1983, använde samma buss (med ett litet undantag). 8-bitars PC- och XT-bussen utökades med introduktionen av IBM AT 1984. Denna använde en andra kontakt för att utöka adress- och databussen över XT, men var bakåtkompatibel; 8-bitars kort var fortfarande användbara i AT 16-bitars kortplatser. Industry Standard Architecture (ISA) blev beteckningen för IBM AT-bussen efter att andra typer utvecklats. Användare av ISA-bussen var tvungna att ha djupgående kunskaper om hårdvaran de lade till för att kunna ansluta enheterna korrekt, eftersom minnesadresser, I/O-portadresser och DMA-kanaler måste konfigureras av switchar eller byglar på kortet för att matcha inställningarna i drivrutinsprogramvaran.

IBM:s MCA - buss, utvecklad för PS/2 1987, var en konkurrent till ISA, även deras design, men föll i onåd på grund av ISA:s branschövergripande acceptans och IBM:s licensiering av MCA. EISA, den utökade 32-bitarsversionen av ISA som förespråkas av Compaq , användes på vissa PC-moderkort fram till 1997, då Microsoft förklarade att det var ett "legacy" undersystem i PC 97 -industrins vitbok. Proprietära lokala bussar (qv Compaq) och sedan VESA Local Bus Standard, var expansionsbussar från slutet av 1980-talet som var knutna men inte exklusiva till 80386 och 80486 CPU -bussen. PC /104 -bussen är en inbyggd buss som kopierar ISA-bussen.

Intel lanserade sina PCI- busschipset tillsammans med de P5 -baserade Pentium - processorerna 1993. PCI -bussen introducerades 1991 som en ersättning för ISA. Standarden (nu i version 3.0) finns på PC-moderkort än i dag. PCI-standarden stöder bussbryggning: så många som tio seriekopplade PCI-bussar har testats. Cardbus , som använder PCMCIA -kontakten, är ett PCI-format som ansluter kringutrustning till värd-PCI-bussen via PCI till PCI-brygga. Cardbus ersätts av ExpressCard -format.

Intel introducerade AGP -bussen 1997 som en dedikerad videoaccelerationslösning. AGP-enheter är logiskt anslutna till PCI-bussen över en PCI-till-PCI-brygga. Även om det kallas en buss, stöder AGP vanligtvis bara ett enda kort åt gången ( problem med Legacy BIOS - support). Från 2005 har PCI Express ersatt både PCI och AGP. Denna standard, som godkändes 2004, implementerar det logiska PCI-protokollet över ett seriellt kommunikationsgränssnitt. PC/104(-Plus) eller Mini PCI läggs ofta till för expansion på små formfaktorkort som Mini-ITX .

För deras 1000 EX och 1000 HX- modeller designade Tandy Computer PLUS-expansionsgränssnittet, en anpassning av XT-bus-stödkorten med en mindre formfaktor. Eftersom den är elektriskt kompatibel med XT-bussen (alias 8-bitars ISA eller XT-ISA) kan en passiv adapter göras för att ansluta XT-kort till en PLUS expansionskontakt. En annan egenskap hos PLUS-kort är att de är staplingsbara. En annan buss som erbjöd stapelbara expansionsmoduler var "sidecar"-bussen som användes av IBM PCjr . Detta kan ha varit elektriskt jämförbart med XT-bussen; den hade säkert vissa likheter eftersom båda i huvudsak exponerade 8088-processorns adress- och databussar, med viss buffring och låsning, tillägg av avbrott och DMA från Intel-tilläggschips, och några systemfelsdetekteringslinjer ( Power Good, Memory Kontrollera, I/O-kanalkontroll). Återigen, PCjr sidvagnar är inte tekniskt expansionskort, utan expansionsmoduler, med den enda skillnaden är att sidovagnen är ett expansionskort inneslutet i en plastlåda (med hål som exponerar kontakterna).

Externa expansionsbussar

Bärbara datorer kan i allmänhet inte acceptera de flesta expansionskort avsedda för stationära datorer. Följaktligen utvecklades flera kompakta expansionsstandarder.

Den ursprungliga standarden för PC Card- expansionskort är i huvudsak en kompakt version av ISA-bussen. CardBus expansionskortstandard är en vidareutveckling av PC-kortstandarden för att göra den till en kompakt version av PCI-bussen. Den ursprungliga ExpressCard- standarden fungerar som om den antingen är en USB 2.0-tillbehör eller en PCI Express 1.x x1-enhet. ExpressCard 2.0 lägger till SuperSpeed ​​USB som en annan typ av gränssnitt som kortet kan använda. Tyvärr är CardBus och ExpressCard sårbara för DMA-attacker om inte den bärbara datorn har en IOMMU som är konfigurerad för att motverka dessa attacker.

Ett anmärkningsvärt undantag från ovanstående är införandet av en enda intern plats för en speciell version med reducerad storlek av skrivbordsstandarden. De mest kända exemplen är Mini-PCI eller Mini PCIe . Sådana slots var vanligtvis avsedda för ett specifikt syfte som att erbjuda "inbyggt" trådlöst nätverk eller uppgradera systemet vid produktion med en diskret GPU.

Andra familjer

De flesta andra datorlinjer, inklusive de från Apple Inc. som ( Apple II och Macintosh ), Tandy , Commodore , Amiga och Atari , erbjöd sina egna expansionsbussar. Amigan använde Zorro II . Apple använde ett proprietärt system med sju 50-stiftsplatser för Apple II kringutrustningskort , och använde senare båda varianterna på Processor Direct Slot och NuBus för sin Macintosh-serie fram till 1995, då de bytte till en PCI Bus.

Generellt sett kommer de flesta PCI-expansionskort att fungera på alla CPU- plattformar som innehåller PCI-busshårdvara förutsatt att det finns en mjukvarudrivrutin för den typen. PCI-grafikkort och andra kort som innehåller sin egen BIOS eller annan ROM är problematiska, även om grafikkort som överensstämmer med VESA-standarder kan användas för sekundära bildskärmar. DEC Alpha, IBM PowerPC och NEC MIPS arbetsstationer använde PCI-busskontakter. Både Zorro II och NuBus var plug and play , vilket inte kräver någon hårdvarukonfiguration av användaren.

Andra datorbussar användes för industriell styrning, instrument och vetenskapliga system. Ett specifikt exempel är HP-IB (eller Hewlett Packard Interface Bus) som slutligen standardiserades som IEEE-488 (aka GPIB). Några välkända historiska standarder inkluderar VMEbus , STD Bus , SBus (specifik för Suns SPARCStations) och många andra.

Videospelskonsoler

Även många videospelskonsoler , som Nintendo Entertainment System och Sega Genesis , inkluderade expansionsbussar i någon form; Åtminstone i fallet med Genesis var expansionsbussen proprietär. I själva verket skulle kassettplatserna på många kassettbaserade konsoler (inte inklusive Atari 2600 ) kvalificera sig som expansionsbussar, eftersom de exponerade både läs- och skrivförmågan hos systemets interna buss. Expansionsmodulerna som är anslutna till dessa gränssnitt, även om de är funktionellt desamma som expansionskort, är dock inte tekniskt expansionskort, på grund av sin fysiska form.

Ansökningar

Det primära syftet med ett expansionskort är att tillhandahålla eller utöka funktioner som inte erbjuds av moderkortet. Till exempel hade den ursprungliga IBM PC :n inte inbyggd grafik eller hårddiskkapacitet. I så fall gav ett grafikkort och ett ST-506 hårddiskkontrollkort grafikkapacitet respektive hårddiskgränssnitt. Vissa enkortsdatorer gjorde inga bestämmelser för expansionskort och kan bara ha försett IC-uttag på kortet för begränsade ändringar eller anpassning. Eftersom tillförlitliga flerstiftskontakter är relativt dyra, hade vissa massmarknadssystem som hemdatorer inga expansionsplatser och använde istället en kortkantskontakt i kanten av huvudkortet, vilket satte det kostsamma matchande uttaget i kostnaden för kringutrustningen enhet.

I fallet med expansion av inbyggd kapacitet kan ett moderkort tillhandahålla en enda seriell RS232-port eller Ethernet- port. Ett expansionskort kan installeras för att erbjuda flera RS232-portar eller flera Ethernet- portar med högre bandbredd. I det här fallet ger moderkortet grundläggande funktionalitet men expansionskortet erbjuder ytterligare eller förbättrade portar.

Fysisk konstruktion

Ena kanten av expansionskortet håller kontakterna (kantkontakten eller stifthuvudet ) som passar in i kortplatsen. De upprättar den elektriska kontakten mellan elektroniken på kortet och på moderkortet. Perifera expansionskort har vanligtvis kontakter för externa kablar. I den PC-kompatibla persondatorn var dessa kontakter placerade i stödfästet på baksidan av skåpet. Industriella bakplanssystem hade kontakter monterade på den övre kanten av kortet, mittemot bakplansstiften.

Beroende på formfaktorn på moderkortet och höljet kan cirka ett till sju expansionskort läggas till ett datorsystem. 19 eller fler expansionskort kan installeras i backplane-system. När många expansionskort läggs till ett system blir total strömförbrukning och värmeavledning begränsande faktorer. Vissa expansionskort tar upp mer än ett kortplatsutrymme. Till exempel är många grafikkort på marknaden från och med 2010 grafikkort med dubbla kortplatser, som använder den andra kortplatsen som en plats för att placera en aktiv kylfläns med en fläkt.

Vissa kort är "lågprofil"-kort, vilket betyder att de är kortare än standardkort och passar i ett datorchassi med lägre höjd. (Det finns en "lågprofil PCI-kort"-standard som anger en mycket mindre konsol och kortarea). Gruppen av expansionskort som används för extern anslutning, såsom nätverks- , SAN- eller modemkort , kallas vanligtvis in-/utgångskort (eller I/O-kort).

Dotterbräda

Ett ljudkort med ett MIDI-dotterkort anslutet
Ett dotterkort för Inventec serverplattform som fungerar som en RAID-kontroller baserad på LSI 1078-chipset

Ett dotterkort , dotterkort , mezzaninkort eller piggyback-kort är ett expansionskort som ansluts direkt till ett system. Daughterboards har ofta pluggar, uttag, stift eller andra fästen för andra brädor. Dotterkort har ofta bara interna anslutningar inom en dator eller andra elektroniska enheter och kommer vanligtvis åt moderkortet direkt snarare än via en datorbuss . Sådana kort används för att antingen förbättra olika minneskapaciteter hos en dator, göra det möjligt för datorn att ansluta till vissa typer av nätverk som den tidigare inte kunde ansluta till, eller för att tillåta användare att anpassa sina datorer för olika ändamål som spel.

Dotterkort används ibland i datorer för att tillåta expansionskort att passa parallellt med moderkortet, vanligtvis för att bibehålla en liten formfaktor . Den här formen kallas också för stigkort , eller stigare. Daughterboards används också ibland för att utöka den grundläggande funktionaliteten hos en elektronisk enhet, till exempel när en viss modell har lagts till funktioner och släpps som en ny eller separat modell. Istället för att göra om den första modellen helt, kan ett dotterkort läggas till en speciell kontakt på huvudkortet. Dessa passar vanligtvis ovanpå och parallellt med brädet, åtskilda av distanser eller avstånd , och kallas ibland mezzaninkort på grund av att de är staplade som mellanvåningen på en teater . Wavetable- kort ( sampelbaserade synteskort ) monteras ofta på ljudkort på detta sätt.

Raspberry PI 4B enkelkortsdator med "TV Hat"-kort (för DVB-T/T2-tv-mottagning) anslutet.

Vissa standarder för mezzaninekortgränssnitt inkluderar 400-stifts FPGA Mezzanine Card (FMC); 172-stifts höghastighetsmezzaninkortet (HSMC); PCI Mezzanine Card (PMC); XMC mezzaniner; det avancerade mezzaninkortet ; IndustryPacks (VITA 4), GreenSpring Computers Mezzanine-moduler ; etc.

Exempel på expansionskort i dotterkortsstil inkluderar:

  • Enhanced Graphics Adapter piggyback-kort, lägger till minne över 64 KB, upp till 256 KB
  • Utökat minne piggyback-kort, lägger till ytterligare minne till vissa EMS- och EEMS-kort
  • ADD dotterkort
  • RAID dotterkort
  • Nätverksgränssnittskontroller (NIC) dotterkort
  • CPU Socket dotterkort
  • Bluetooth dotterkort
  • Modem dotterkort
  • AD/DA/DIO dotter-kort
  • Kommunikationsdotterkort (CDC)
  • Server Management dotterkort (SMDC)
  • Seriell ATA-kontakt dotterkort
  • Robotisk dotterbräda
  • Access control List dotterboard
  • Arduino "shield" dotterkort
  • Beaglebone "cape" dotterbräda
  • Raspberry Pi "HAT-tilläggstavla"
  • Network Daughterboard (NDB). Vanligtvis integrerar: bussgränssnitt logik, LLC , PHY och Magnetics på ett enda kort.

Standarder

Huvudartiklar: Lista över datorbussgränssnitt och Lista över enhetsbithastigheter § Datorbussar

Se även

Referenser

externa länkar