Add-in, add-on, add-all

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.

Таблица 1

Add-in vs. add-on

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.

PC-Card

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).

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.

Card-PC

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.

Compact Flash

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.

SmartMedia

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.

Add-all

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?

5 А кирпичиками - описанные в этой статье функциональные модули.