Кіріспе

Компьютерлік стандарттар отбасы
кіріктірілген компьютер стандарты

PC/104 (немесе PC104) – PC/104 консорциумымен анықталған формат факторлары мен компьютерлік шиналарды қамтитын кіріктірілген компьютерлік стандарттар отбасы. Оның атауы бастапқы PC/104 спецификациясындағы тақталар арасындағы қосылыштағы (ISA) 104 контактіден шыққан және кейінгі өзгертпелерге қарамастан сақталған. PC/104 шағын, сенімді компьютерлік жүйе қажет болатын арнайы орталар үшін арналған. Стандарт модулдік болып табылады және тұтынушыларға әртүрлі COTS өндірушілерден тақталарды жинап, жекешелендірілген кіріктірілген жүйені құруға мүмкіндік береді. Бастапқы PC/104 формат факторы десктоптық компьютердің аналық платасынан сәл кішірек. ATX сияқты басқа танымал компьютерлік формат факторларынан айырмашылығы, аналық платаға немесе артқы панельге тәуелді, PC/104 тақталары құрылыс блогындай бірінің үстіне бірін қойылады. PC/104 спецификациясы әр модульдің төрт бұрышында орнатуға арналған тесіктерді анықтайды, бұл тақталарды бекітпелер арқылы бір-біріне бекітуге мүмкіндік береді. Қосылатын шиналы қосылыстар мен бекітпелерді пайдалану десктоптық компьютерлердегі слотты тақталарға қарағанда сенімдірек орнатуды қамтамасыз етеді. Тақтаның кішігірім өлшемі соққы мен діріл кезінде басылмайтынын қамтамасыз ету арқылы оның сенімділігіне қосымша үлес қосады. Типтік PC/104 жүйесі (көбінесе "стек" деп аталады) процессорлық тақтадан, қуат көзі тақтасынан және деректерді жинау модулі, GPS қабылдағышы немесе сымсыз LAN контроллері сияқты бір немесе бірнеше перифериялық тақталардан тұрады. Әртүрлі сатушылардан кең ауқымда перифериялық тақталар қол жетімді. Пайдаланушылар бірнеше сатушылардан тақталарды қамтитын стек құрастыра алады. Стектың жалпы биіктігі, салмағы және қуат тұтынуы қолданылатын тақталардың санына байланысты өзгеруі мүмкін. PC/104 кейде "стектелмелі PC" деп аталады, өйткені архитектураның көп бөлігі десктоптық компьютерден алынған. PC/104 процессорлық тақталарының көпшілігі x86 үйлесімді және Serial Port, USB, Ethernet және VGA сияқты стандартты PC интерфейстерін қамтиды. x86 PC/104 жүйесі DOS, Windows немесе Linux сияқты стандартты PC операциялық жүйелерін қолдануға қабілетті. Алайда, VxWorks сияқты нақты уақыт операциялық жүйесін пайдалану да жиі кездеседі.

Тарих және стандарттау

PC/104 шинасы мен форма факторын алғаш рет 1987 жылы Ampro компаниясы (бас технолог Рик Лехрбаум басқарған) ойлап тапты, ал кейіннен 1992 жылы PC/104 консорциумы стандарттады. PC/104 сәйкес келетін IEEE стандарты IEEE P996.1 ретінде жасалды, бірақ ешқашан бекітілмеді. 1997 жылы PC/104 консорциумы PCI шинасына негізделген жаңа стандартты ұсынды. 2008 жылы PCI Express негізіндегі стандарт енгізілді. PC/104-қа қатысты ерекшеліктерді PC/104 консорциумы бақылайды. Қазіргі уақытта консорциумда 47 мүше бар. Консорциум жариялаған барлық спецификациялар тегін қолжетімді. PC/104 тақтасын жобалау және өндіру үшін консорциумға мүше болу міндетті емес. СипаттамаАлғашқы шығарылымШина байланысыАғымдағы нұсқасыPC/1041992ISA (AT және XT)2.6PC/104 Plus1997ISA және PCI PCI 1042003PCI1.1PCI/104 Express және PCIe/1042008PCI және PCI Express3.0

Автобус құрылымы мен форма факторы

PC/104 консорциумы жариялаған техникалық талаптарда бірнеше автобус құрылымдары (ISA, PCI, PCI Express) және форма факторлары (104, EBX, EPIC) анықталған. Автобус құрылымы автобус жалғауыштардың орналасуын және қосылымдарын анықтайды. Форма факторы тақтаның мөлшері мен пішінін көрсетеді. PC/104 жинақталатын кеңейту шиналарының бірін әртүрлі форма факторларында кездестіруге болады. Автобус құрылымдарын қолданатын көптеген коммерциялық өнімдер төменде тізілген форма факторларына сәйкес келеді, алайда стандартты емес немесе жекеменшік форма факторлары кеңейту мүмкіндігі үшін PC/104 автобус құрылымдарының бірін қамтуы мүмкін. "PC/104" термині көбінесе автобус құрылымын немесе форма факторын білдіру үшін алмастырылып қолданылады. Бұл шатасуға себеп болуы мүмкін. Мысалы, өнімнің техникалық сипаттамасында тақтаның мөлшері мен пішініне байланысты "PC/104" деп көрсетілгенімен, шындығында ол PCI 104 кеңейту шинасын қолдануы мүмкін.

Автобус құрылымдары

PC/104 консорциумының техникалық талаптары компьютерлік шиналардың түрлі нұсқаларын анықтайды, олардың бәрі де тұрмыстық компьютерлерде қолданылатын ISA, PCI және PCI Express шиналарынан туындайды.

PC/104

Бастапқы PC/104 шинасы ISA шинасынан туындаған. Ол ISA шинасындағы барлық сигналдарды қамтиды, шинаның тұтастығын сақтау үшін қосымша жер тіректері (ground pins) қосылған. Сигналдың уақыты мен кернеу деңгейлері ISA шинасымен бірдей, бірақ ток тұтынуы төмен. PC/104 спецификациясы шинаның 8 биттік немесе 16 биттік екі нұсқасын анықтайды. 8 биттік нұсқа IBM XT компьютеріне сәйкес келеді және 64 контактіден (pins) тұрады. 16 биттік нұсқа IBM AT компьютеріне сәйкес келеді және 40 қосымша контактіні қосады, жалпы саны 104-ке жетеді (сондықтан "PC/104" атауы). J1/P1 деп белгіленген сигналдар тек 8 биттік нұсқада ғана кездеседі, ал 16 биттік нұсқа J2/P2 сигналдарын қосады. PC/104 ISA шинасына негізделгендіктен, перифериялық картаны орнатқанда базалық адресті, IRQ және DMA арнасын орнату қажет. Бұл әдетте перифериялық картадағы джамперлер немесе DIP қосқыштары арқылы жасалады. Шеткі құрылғыны дұрыс конфигурацияламау ресурстардың қақтығысына және тұрақсыз жұмысына алып келуі мүмкін.

PC/104-Plus

PC/104 Plus стандарты PC/104 стандартының ISA шинасынан өзге PCI шинасын да қолдайды. Атауы оның пайда болуымен байланысты: PC/104 Plus модулі PC/104 ұясымен (ISA) және PCI ұясымен жабдықталған. Стандарт PCI шинасы үшін 120 контактілі жалғауышты анықтайды, ол PC/104 ұясынан платаның қарама-қарсы жағында орналасқан. PC/104 Plus процессорлық платалары екі шинада да белсенді байланыс жасайды және ISA және PCI перифериялық карталарымен байланысуға қабілетті. PC/104 Plus перифериялық модульдерінде PC/104 ұясы тек жинақтау үшін пассивті ұя болып табылады, ал модуль тек PCI шинасы арқылы белсенді байланыс жасайды. Сәйкесінше, PC/104 Plus перифериялық модулін PC/104 процессорлық платасымен қолдануға болмайды. Дегенмен, PC/104 Plus процессорлық платасын PC/104 перифериялық модулімен қолдануға болады. PC/104 Plus PCI негізінде құрылғандықтан, перифериялық платаларда базалық мекенжай, IRQ немесе DMA арнасын орнату қажеттілігі жоқ. Алайда, перифериялық плата орнатылғанда оның PCI ұясының нөмірін көрсету қажет. Бұл көбінесе перифериялық платадағы айналмалы немесе DIP коммутаторларымен немесе жалғауыштармен орнатылады. Жүйедегі әрбір PCI перифериялық платасының PCI ұясының нөмірі бірегей мәнге орнатылуы керек. Әйтпесе, жүйеде тұрақсыздықтар пайда болуы мүмкін. Процессорға ең жақын перифериялық құрылғы бірінші ұяға, келесі плата екінші ұяға және т.с.с. орнатылуы керек.

PCI-104

PCI 104 форма факторы қол жетімді тақта аумағын арттыру үшін PCI коннекторын, бірақ PC/104 коннекторын қамтымайды. PCI коннекторы 104 емес, 120 контактілі болса да, бұл атау сақталды. PCI коннекторының орналасуы және контактілер тізбегі PC/104 Plus-пен толық сәйкес келеді. ISA шинасы болмағандықтан, PCI 104 тақтасы PC/104 перифериялық модулімен үйлесімсіз. Дегенмен, PCI 104 және PC/104 Plus үйлесімді, себебі екеуі де PCI шинасын қолданады. Көптеген PC/104 Plus тақталарын PC/104 коннекторын орнатпау арқылы PCI 104 ретінде жасауға болады. PCI 104, PC/104 Plus сияқты PCI слот нөмірін таңдау схемасын пайдаланады. Әрбір құрылғыға бірегей слот нөмірі тағайындалуы тиіс.

PCIe/104

PCIe/104, PCI/104 Express стандартына ұқсас, бірақ тақтадағы бос орынды көбейту үшін ескі PCI шинасын жояды (PC/104 Plus пен PCI 104 арасындағы қатынас сияқты). PCI Express коннекторының орналасуы мен қосылымдары PCI/104 Express (1- және 2-типтері) сияқты. PCI шинасының коннекторы болмағандықтан, PCIe/104 тақтасы PC/104 Plus және PCI 104 жүйелерімен үйлесімсіз (PCIe-PCI көпірі қолданылмаса).

Форма факторлары

PC/104 консорциумының техникалық талаптары тақтаның мөлшері мен пішінін анықтайтын үш форма факторды қамтиды. Әрбір форма фактор жоғарыда тізілген автобус құрылымдарының бірін қолдануы мүмкін.

104 немесе PC/104

104 форма факторы тақтаның төрт бұрышында орнату тесіктерімен анықталады. Техникалық сипаттамаларда I/O ұңғыштары үшін басылған плата (PCB) шетінен тыс аймаққа да рұқсат етіледі. Кейбір PC/104 өнімдерінде I/O ұңғыштары аймағына дейін созылған үлкен басылған платалар (PCB) кездеседі. Осы созылған PCB "қанаттары" техникалық сипаттамада қарастырылмаған, бірақ жалпы басылған плата (PCB) және I/O ұңғыштарының жалпы габариттері рұқсат етілген максималды өлшемдер шегінде болса, механикалық мәселелер тудырмайды. Өлшемдер бастапқыда PC/104 техникалық сипаттамасында анықталған, сондықтан бұл форма факторы әлі де "PC/104" деп аталады. PCI/104 Express және PCIe/104 техникалық сипаттамасы форма факторын ескі PC/104 шинасынан ажырату үшін "104" атауын енгізді.

EBX және EBX Express

EBX (Embedded Board eXpandable) – бір тақталы компьютердің форма факторы. EBX форма факторы процессорлық тақтаға қолданылады, бірақ кеңейту үшін PC/104 форма факторындағы перифериялық тақталарды қолдайды. Алғашқы EBX техникалық талаптары PC/104, PC/104 Plus және PCI 104 шиналарын қамтыды. EBX Express PCI 104/Express және PCIe/104 шиналарын қосады.

EPIC және EPIC Express

EPIC (Индустриялық есептеулерге арналған кіріктірілген платформа) – бір тақталы компьютердің форма факторы, ол EBX сияқты PC/104 сыртқы құрылғыларын қолдайды, бірақ EBX-тен кіші. Ол I/O қосылымдарын пин тіреулері немесе PC стиліндегі ("шынайы әлем") коннекторлар арқылы жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Стандарт Ethernet, тізбекті порттар, сандық және аналогты I/O, бейне, сымсыз байланыс және әртүрлі қолданбаға арналған интерфейстер сияқты функцияларды іске асыру үшін арнайы I/O аймақтарын қамтамасыз етеді. EPIC Express PCI Express мүмкіндігін кеңейтеді.

Қоспалы шектеулер

Жалпы, әрбір PC/104 стекінде CPU тақтасы, қуат көзі тақтасы және бір немесе бірнеше шеткі тақталар болады. PC/104 стегі қолдай алатын тақталардың максималды саны шеткі тақталардың қандай шиналарды пайдалануына байланысты болады. ISA шинасы Бір жүйеде бірге жұмыс істейтін ISA тақталарының санына қатаң шектеу қойылмайды. Дегенмен, базалық мекенжайлардың, IRQ-тардың және DMA арналарының саны шектеулі, бұл шектеуші факторға айналуы мүмкін. ISA тақталарын CPU тақтасының екі жағына да орналастыруға болады. PCI шинасы PC/104 Plus және PCI 104 спецификациялары төрт PCI "ұясын" қарастырады. Бұл жүйедегі PCI шеткі тақталарының максималды санына қатаң шектеу қояды – төрт тақта. PCI шинасының сигнал беру талаптарына сәйкес, барлық PCI шеткі модульдер контроллердің бір жағына тікелей жалғастырылуы тиіс. PCI Express PCI Express шеткі тақталарының жалпы саны CPU тақтасы ұсынатын PCIe байланыстарының санына байланысты болады. Мысалы, егер CPU тақтасы төрт x1 PCIe байланысын қамтамасыз етсе, онда ең көп дегенде төрт x1 PCIe шеткі картасы орнатылуы мүмкін. Егер бір немесе бірнеше шеткі тақта PCIe байланыстарын қайта құру мүмкіндігін ұсынса, қосымша модульдерді орнатуға болады. CPU тақтасының үстіңгі жағындағы PCIe байланыстары төменгі жағындағы байланыстардан тәуелсіз. CPU тақтасының астына PCIe шеткі құрылғысын орнату үстіңгі жақтағы байланыстардың біреуін пайдаланбайды. CPU тақтасының жоғарғы және төменгі коннекторлары арасында қол жетімді PCIe байланыстарының саны мен ені әртүрлі болуы мүмкін. USB және SATA PCI/104 Express және PCIe/104 спецификациясы USB және SATA үшін сигналдарды ұсынады, оларды стектегі шеткі тақталар пайдалана алады. USB және SATA қолданатын шеткі құрылғылар CPU тақтасы ұсынатын байланыстар санымен шектеледі. USB шеткі құрылғылары бортындағы USB хабын қосу арқылы байланысты қайта құруды қамтамасыз ете алады. Қолданылатын шиналарға қарамастан, PC/104 стегінің максималды тақта саны мақсатты қолданба үшін өлшем, салмақ және қуат шектеулеріне байланысты шектелуі мүмкін.

Плиталар арасындағы механикалық кедергілер

PC/104 тақталарын жинағанда, көршілес тақталар арасындағы механикалық кедергілер маңызды мәселе болып табылады. Автобус қосылғыштары Бірнеше автобус құрылымдарынан тұратын жүйені құрастырғанда, автобус қосылғыштары көршілес тақтадағы компоненттермен кедергі тудыруы мүмкін. Мысалы, егер PC/104 Plus тақтасы PC/104 тақтасының үстіне орналасса, PCI қосылымының астыңғы жағындағы контактілер төменгі тақтадағы компоненттерге тиюі мүмкін. Техникалық талаптардан тыс компоненттер мен қосылғыштар PC/104 техникалық талаптары тақтаның екі жағына орналастырылатын компоненттер мен қосылғыштардың биіктігін шектейді. Биіктігі шектеулі аймақ тақталардың жоғарыда немесе төменде орналасқан көршілес тақталармен кедергі тудырмауын қамтамасыз етуге арналған. Дегенмен, осы шектеулерді бұзатын тақталар кездесуі мүмкін. Жылу тарату құрылғылары (Heatsinks) Қатар орналасқан PC/104 тақталары арасындағы стандартты арақашықтық 0,600 дюйм (15,24 мм) құрайды. Көп қуат тұтынатын компоненттер (CPU, GPU, FPGA) көбінесе үлкен жылу тарату құрылғысын қажет етеді, ол дәстүрлі тақта арақашықтығына сәйкес келмейді. PC/104 CPU тақталарында салыстырмалы түрде үлкен жылу тарату құрылғылары жиі кездеседі, бұл олардың үстіне шеткі тақталарды орнатуға мүмкіндік бермейді. PCI/104 Express және PCIe/104 техникалық талаптарының кейінгі нұсқаларында дәстүрлі биіктіктегі қосылғышпен үйлесімді, 0,866 дюйм (22,00 мм) биіктіктегі қосымша қосылғыш енгізілді. Жоғарыда аталған механикалық кедергілерді Bus Spacer (тақта аралық саңлау) арқылы шешуге болады, ол тақталар арасында қосымша орын қамтамасыз етеді. Алайда, Bus Spacer жалпы жинақтың биіктігін арттырады және кеңістік шектеулі қолданбалар үшін қолайлы болмауы мүмкін. Сондай-ақ, кедергіні жою үшін жинақтағы тақталарды қайта орналастыруға болады. Тағы бір мүмкіндік – кедергі тудыратын тақталарды өзгерту (мысалы, қосылғышты алып тастау), бірақ бұл үшін сатушыдан тақтаның жекеленген нұсқасын сұрау қажет болуы мүмкін.

Ықтимал үйлесімділік мәселелері

Теориялық тұрғыдан алғанда, PC/104 тақталары өзара үйлесімді. Жоғарыда аталған негізгі Bus Structure үйлесімділік мәселелерін ескере отырып, бірнеше түрлі өндірушінің тақталарын пайдалана отырып, жүйе құрастыруға болады. Дегенмен, үйлесімсіздік мәселелері кейде туындайды. PC/104 кілтілі тіректер PC/104 спецификациясы коннектордың қате орналасуын болдырмау үшін екі кілтілі тіректі анықтайды. Бұл тіректер коннекторға орнатылмауы керек. Алайда, кейбір өндірушілер кілті бар PC/104 коннекторларын қолданбайды. Бұл бірнеше өндірушінің тақталарын пайдаланғанда мәселе тудыруы мүмкін. Кілті жоқ тақтаны бұзылған тіректерді кесу арқылы түзетуге болады. Қажетті қуат беру кернеулері PC/104 шиналары бірнеше қуат беру кернеуін қамтамасыз етеді (+5В, +3.3В, +12В және т.б.). Тақта қандай кернеуді пайдаланатыны – тақта өндірушісінің қалауына байланысты. Стектегі тақталарға қажетті барлық кернеуді беруге көңіл болуы керек. Қуат беру қақтығысы Кейбір тақталар стекке қуат береді (мысалы, CPU тақтасы). Бұл стектегі қуат көзімен қақтығысқа түсуі мүмкін. PCI сигнализация деңгейлері PCI шинасы +3.3В немесе +5В сигнализация деңгейлерінде жұмыс істей алады. Кейбір тақталар бір кернеуді күтеді, ал басқалары – басқа кернеуді. PCI VIO желісі PCI шинасындағы VIO сигналын CPU тақтасы басқаруға тиіс. Алайда, кейбір перифериялық тақталар мен қуат көздері бұл сигналды (PCI спецификациясын бұза отырып) иеленеді. ISA шинасы Қазіргі заманғы чипсеттермен бірге, ескі ISA шинасы қазіргі заманғы чипсеттерден алынып тасталды. Жаңа CPU тақталары ISA шинасын көбінесе ISA көпірлік чипін (PCI-дан ISA-ға немесе LPC-ден ISA-ға) пайдалану арқылы қамтамасыз етеді. Кейбір жағдайларда ISA шинасы толыққанды іске асырылмаған, және үйлесімсіздік мәселелері туындауы мүмкін. 4 Bus Masters PC/104 Plus және PCI 104 спецификациялары бастапқыда PCI шинасында 4 жұп Grant/Request тізбегін қолдауға рұқсат бермеді. Бұл мәселе спецификацияның жаңа редакцияларында шешілді. Алайда, ескі тақталарда 3-ші немесе 4-ші PCI слоттарында DMA пайдалануда қиындықтар туындауы мүмкін.

Бағдарламалық жасақтама әзірлеу

PC/104 CPU-дың көпшілігі x86 үйлесімді және коммерциялық түрде қолжетімді PC бағдарламалық жасақтамасын өзгертусіз іске қоруға қабілетті. PC/104 жүйесінің стандартты PC I/O интерфейстері (Serial порттар, USB, Ethernet, VGA және т.б.) әдетте операциялық жүйеге енгізілген түпкі драйверлер арқылы қолдау көрсетіледі. Кейбір сыртқы тақталар, мысалы, деректерді жинау үшін тақта өндірушісінен арнайы драйверлерді қажет етуі мүмкін. Бағдарламалық жасақтаманы әзірлеу тұрғысынан алғанда, десктоптық компьютер үшін бағдарламалық жасақтаманы құрастыру мен x86 PC/104 жинағы үшін құрастыру арасында айтарлықтай айырмашылық жоқ. Бағдарламалық жасақтама стандартты x86 компиляторларын пайдалана отырып жасалуы мүмкін (мысалы, PC/104 жүйесі Windows-ты іске қосса, Visual Studio). Кросс-компиляторлар, тақталарды қолдау пакеттері немесе JTAG түзету құралдары сияқты арнайы әзірлеу құралдарының қажеттілігі әдетте болмайды. Бұл x86 емес кіріктірілген жүйелер платформаларынан елеулі өзгешелік, олар көбінесе тақта өндірушісінен әзірлеу құралдары жинағын талап етеді. ARM немесе PowerPC негізіндегі x86 емес PC/104 CPU тақталары да коммерциялық түрде қолжетімді. Дегенмен, мұндай тақталар тікелей PC бағдарламалық жасақтамасын іске қора алмайды. Мұндай жағдайларда, өндіруші әдетте қолдау көрсетілетін операциялық жүйе(лер) үшін тақталарды қолдау пакетін ұсынады.

Орфографиялық өзгерістер мен қысқартулар

"PC/104" немесе оның түрлерін басып шығарғанда, көлденең сызық немесе дефистер жіберіліп қалуы жиі кездеседі. "PC/104" "PC104" деп, "PCI 104" "PCI104" деп қысқартылуы мүмкін, және т.б. Сонымен қатар, "PC/104 Plus" плюс таңбасымен ("PC104+" мысалы) қысқартылуы да кең таралған. Бұл қысқартулар "PC/104" консорциумының ешбір техникалық құжатында немесе әдебиетінде ресми түрде мойындалмаған, алайда олар біраз уақыттан бері қолданылып келеді.

Сақтау

PC/104 жүйелері көбінесе компактты флэш-жад және қатты күйдегі диск (SSD) құрылғылары сияқты кішкентай, ұшпайтын жадты қажет етеді. Бұлар механикалық (айналатын) қатты дискілерге қарағанда жиірек қолданылады. Айналатын дискілермен салыстырғанда, флэш-жад негізгі жад құрылғыларының жазу циклдарының саны шектеулі, бірақ олар жылдамырақ және аз қуат тұтынады. Сонымен қатар, олардың ықшамдылығы мен физикалық төзімділігі PC/104 қолданбалары үшін көбінесе артықшылықты құрайды; магниттік қатты дискілердің өлшемі қолайсыз болуы мүмкін және олардың көптеген нәзік бөліктері қиын жағдайларда бұзылуға осал.