NVIDIA大力推行 ESA系统架构解析

互联网 | 编辑: 李凯男 2008-03-30 00:30:00原创-特约 返回原文

对于PC用户而言,为了最大限度地发挥电脑的性能,并让其工作在最佳状态下,则需要随时监控电脑各部件的运行状况。为此,一些硬件厂商推出了相应的监控软件,然而此类软件必须配合配套硬件使用,与其他硬件无法兼容,有时为了掌握各硬件的工作状态,往往需要安装多套监控软件

电脑中的大内总管

《电脑报》硬件评测周刊将与PChome强强联合,深入合作,推出一系列硬件技术类文章。主旨在于更好地在中国普及IT知识,吸引更多的人来关注IT硬件领域的产品、技术及整个业界动态。为中国IT事业的发展贡献自己的一份力量。今EW评测室转载《电脑报》一文,原文如下(K男略有修改):

对于PC用户而言,为了最大限度地发挥电脑的性能,并让其工作在最佳状态下,则需要随时监控电脑各部件的运行状况。为此,一些硬件厂商推出了相应的监控软件,然而此类软件必须配合配套硬件使用,与其他硬件无法兼容,有时为了掌握各硬件的工作状态,往往需要安装多套监控软件,这对使用造成不便,进来,NVIDIA联合其他一些厂商推出的ESA技术构架,则可以为核心硬件及机箱、电源、散热系统甚至显示器等设备提供监控,为PC系统带来了统一开放的监控标准。

什么都要管的ESA

ESA(Enthusiast System Architecture,终极玩家系统架构)。从PC行业标准来看,它是一个开放式标准的PC监控和控制协议,用于系统热量、电子、声学和操作特性等应用的实时通讯和控制。从PC应用角度来看,它是为 OEM 厂商及 DIY 终极玩家提供的一种高性能电脑平台,可以为主板、显卡、硬盘、CPU核心部件,以及机箱、电源、散热器、显示器等设备提供温度、电压、频率、噪音等多项参数指标进行检测和控制,让PC用户可以快捷、方便获取电脑的最佳运行效果。

ESA是一种开放性标准,任何厂商都可以推出支持 ESA 的产品,而且是完全免费,加入ESA不必付给相关组织授权费,不过为了确保跨组件兼容能力与ESA规格兼容性,只有在Allion测试机构(注:Allion是一家业内知名IT测试机构,主要在亚洲国家和地区提供优质测试服务。该公司在中国、日本、韩国和北美设立了多家实验室,为PC、多媒体、网络和无线设备及便携式设备、数字电子产品、软件和外设提供评估服务。该公司还为每个新产品开发阶段定制测试计划。)的严格测试下,产品才可以通过ESA认证,通过测试的主板、机箱、电源及散热器等设备都会提供一个ESA 认证标签,PC用户使用这种电脑时,ESA设备通过USB协议进行监控资料传输,此时通过软件或硬件即可实时读出监控数据,从而完成信息检测、系统诊断及系统控制等功能。

ESA让硬件团结在主板周围

从结构组成来看,ESA是一个将PC系统中所有重要组件串联在一起的通讯协议,因而ESA包含了硬件和软件两个部分,硬件部分必须确保主板通过了ESA认证,因为ESA通讯协议采用了USB HID接口架构,只有通过USB接口才能完成运行信息和控制信号的传送,而所有的硬件设备必须依赖主板才能正常工作,软件部分则是NVIDIA 的nForce Systems Tools,通过它可以在系统下实时读取或发送各种数据指令,并经过USB接口来相互传输。

ESA架构的基本组成

实际上,在ESA硬件构架中,主板就是中心交换平台,而机箱、电源、散热器、显示器等则属于周边设备,它与目前主板、显卡、CPU的之间关系基本类似,所不同的是,它们之间不是通过专用的总线接口进行数据传输,而是采用了通用的USB接口标准,设备之间通过USB接口进行连接和数据信息传送,所以,ESA设备除了具备USB接口外,还必须内置ESA专用控制芯片,这才能实现各个ESA设备之间的相互“沟通”,以提供工作的实时信息、控制命令等功能。

采用ESA系统的整机内部并没有因为采用了USB连接线而显得混乱

由于每个ESA设备都要占用一个USB接口来传输资料,如果电脑上的USB周边设备过多,比如同时连接了USB接口的鼠标、键盘、打印机、移动存储设备、摄像头等常用设备,再加上机箱、电源、散热器、显示器等ESA周边设备,此时主板上的USB接口可能不够用,但可以通过在机箱上安装一个USB HUB,USB HUB与主板相连,而ESA周边设备全部接到USB HUB上,即解决了USB接口不足的问题,又有便于统一管理ESA周边设备,至少在机箱内部进行USB布线时更加容易。

便捷的工作方式

在工作原理上,ESA需要一个可以让主板识别的总线,那就是我们最常用的USB总线接口,每个ESA设备都有一个USB接口,通过USB连接线,将周边ESA设备与主板USB接口连接,此时主板和周边ESA设备之间的属于主从关系,我们也可以这样认为,主板是主ESA设备,而机箱、电源、散热器等则是从ESA设备。由于主板和周边ESA设备都内置了专用的ESA芯片,因而使得这些设备可以相互识别并完成对应的数据信号传输。

建立ESA前各设备只能独立工作
建立ESA后各设备实现双向通讯

ESA芯片的目的是为了完成PC用户在系统下发出的指令,以ESA电源为例,该电源内部加装一块ESA芯片,这种ROM芯片很类似主板、显卡上的BIOS芯片,芯片内部集成了控制程序及USB标准的接口程序,当它与支持ESA标准的主板连接时,电源与主板相互之间就可以进行数据实时传输,ESA芯片可以把热敏探头的模拟数据转换成数字信号传输回主板,并达到检测以及控制的能力,其实此时ESA也可以堪称是硬件与软件之间的接口,而USB接口协议在其中充当了桥梁的作用。

ESA系统的工作原理

ESA的理念是“拿来主义”

从底层技术来看,PC核心设备都有自己的总线通道,如SMBus(System Management Bus,系统管理总线)、PCI-E、SATA及HT和DDC等,这些总线都属于开放标准,并且功能很全面,可以有效地通过主板来进行监控,因而软件只要遵循它们的标准就能读出数据,但电源、机箱、散热器等设备却没有与电脑连接的接口,主板难以对它们进行控制,为此才在USB标准基础上进行了扩展,让符合ESA标准的设备通过主板来直接对设备进行监控和控制。由于ESA采用了USB接口进行信号传输,因而它的工作方式与键盘、鼠标非常类似。

从现有的USB装置上,我们也可以推断出支持ESA的设备中也会有这样的“小东西”

为何USB接口可以实现ESA对各硬件设备的控制?那是因为ESA芯片遵循USB设备的基础构架,它具有控制总线和数据总线部分,控制总线主要负责对ESA设备的电压、温度、转速等调节作用,而数据总线主要提供给ESA设备之间的数据传输通道。其实USB规范具有控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB 设备及USB设备的驱动程序五个部分,我们也可以将ESA芯片看着是一个USB设备,所不同的是,这个USB设备并不需要系统进行识别驱动,而是通过主板进行传递数据,所以它只需要控制器、控制器驱动程序两个部分即可。

“借用”USB构架的ESA

USB规范的控制器驱动程序是在控制器与USB设备之间建立通信信道,而控制器主要负责执行由控制器驱动程序发出的命令,在ESA技术构架下,主板与机箱、散热器、电源的ESA芯片都内置了控制器驱动程序,因而可以让它们相互之间进行兼容,也就是有了一个可以沟通的通道。USB规范提供了数据传输、等时传输、中断传输、控制传输等功能。而ESA将USB规范的种种优点直接拿来使用,让ESA设备之间的数据传输的可行性大大增强,而在USB规范的控制器作用下,主板则可以接收并控制ESA周边设备的各种工作参数,这就是ESA技术构架的主要核心所在。

ESA前景一片光明

在实际应用时,ESA系统构架可以实时显示硬件的工作状态,比如电源上的ESA芯片会自动读取电源工作时的温度、电压等参数,然后再通过USB接口将这些参数传输至主板中,主板上的ESA控制芯片得到这些数据后,再传输给操作系统,再由系统中的控制软件进行读取。当然,我们也不一定要通过操作系统中的某个特定的软件来获取电源、风扇等设备的监控信息。读取数据的控制系统也可以是硬件设备,比如机箱上的LED液晶面板也可以显示实时数据,或者通过机箱上LED颜色变更告知用户设备温度或电压的改变。当然,如果你的鼠标、键盘等外设有LED显示的话,也可以通过控制软件来实现对机箱各硬件的监控。以便用户对它们的工作状态进行检测。或许在今后的品牌机上,我们就可以看到它们以这些形式出现,为我们的电脑增添一丝色彩。

除了实时显示工作状态外,ESA系统构架还具有硬件设备的控制能力,比如当对CPU或显卡进行超频时,用户可以在系统中直接调节CPU、显卡和机箱上的风扇转速,此时主板上的ESA控制芯片便会接收用户发出的指令,并通过USB接口将这些指令传输给散热器上的ESA控制芯片,ESA控制芯片收到指令后,就会自动对风扇转速进行调节,调节完毕后,散热器上的ESA控制芯片再次进行收集信息工作,并通过USB接口传输给主板,再由控制软件进行读取显示。

可行性强让ESA前景一片光明

PC系统的监控已经不是什么新鲜话题,尽管厂商的主板搭载了第三方监控芯片,并实现了在系统下进行超频、风扇转速、温度及电压等控制功能,但功能相对单一,不同品牌的设备之间无法兼容,而且无法提供对机箱、电源、水冷散热的监控,ESA通讯协议集超频、监控、故障排除和噪音控制于一身,它的出现则为我们提供了一个统一开放的解决方案,对于PC厂商而言,ESA可以为他们的顾客创造出最独特、最显着的应用优势,比如对于ESA电源,用户可以根据自己系统的运行情况动态调整电源的输出功率,这样即可以减少系统功耗,也可以减少风扇产生的噪音。

ESA是一个开放的标准,任何有兴趣的团体组织、个人都可以开发自己的ESA监控软件。而利用USB这种大家早就熟悉且容易实现的规范也让ESA的推广更为容易。未来ESA将直接同BIOS绑定,这样的好处是显而易见的,ESA模块将变得更加方便和具备可升级性,同时也可以让其完全独立于操作系统之外,可以为用户带来更加自由的体验。为此,戴尔、惠普、华硕、微星、XFX、Cooler Master等厂商都加入了ESA认证中。在ESA技术的支持下,电脑应用将会变得更加富有乐趣,用户也可以动和做更多的事情,相信不久以后,通过ESA认证的产品将会出现在高端的PC设备上,然后逐渐向中、低端设备过渡,届时普通用户也可以享受ESA带来的实际好处。

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