PCI- Експрес (PCIe,PCI-Д)- за първи път представен сериен универсален автобус 22 юли 2002 гна годината.

Е общ, обединяващшина за всички възли системна платка, в който се присъединяват всички свързани към него устройства. Дойде за смяна на остаряла гума PCIи неговите вариации AGP, поради повишените изисквания към честотната лента на шината и невъзможността за разумни средства за подобряване на скоростта на последната.

Гумата се държи като превключвателкато просто сигнализирате от една точка до другабез да го променяте. Това позволява, без очевидна загуба на скорост, с минимални промени и грешкиизпращане и получаване на сигнал.

Данните в автобуса отиват симплекс(пълен дуплекс), т.е. едновременно в двете посоки с еднаква скорост и сигналпо линиите тече непрекъснато, дори ако устройството е изключено (както D.C., или битов сигнал от нули).

Синхронизацияконструирани по излишния метод. Тоест вместо 8 битаинформацията се предава 10 бита, две от които са официален (20% ) и в определена последователност сервирайте маяциза синхронизациятактови генератори или откриване на грешки. Следователно декларираната скорост за един ред в 2,5 Gbps, всъщност е около 2,0 Gbpsистински.

Хранавсяко устройство в шината, избрано отделно и регулирано с помощта на технология ASPM (Управление на захранването в активно състояние). Позволява, когато устройството е неактивно (без сигнал) подценява своя тактов генератори настройте автобуса на намалена консумация на енергия. Ако не се получи сигнал за няколко микросекунди, устройството считани за неактивнии преминава в режим очаквания(времето зависи от типа на устройството).

Скоростни характеристики в две посоки PCI- Експрес 1.0 :*

1 х PCI-E~ 500 Mbps

4x PCI-E~ 2 Gbps

8 х PCI-E~ 4 Gbps

16x PCI-E~ 8 Gbps

32x PCI-E~ 16 Gbps

*Скоростта на пренос на данни в една посока е 2 пъти по-ниска от тези показатели

15 януари 2007 г PCI-SIGпусна актуализирана спецификация, наречена PCI Express 2.0

Основното подобрение беше в 2 пъти увеличена скоростпредаване на данни ( 5,0 GHz, против 2,5 GHzв Стара версия). Направени са и подобрения комуникационен протокол от точка до точка(от точка до точка), финализиран софтуерен компоненти добавена система програмен мониторинг за скоростта на гумата. В същото време се запази съвместимостс версии на протокола PCI-E 1.x

AT нова версиястандарт ( PCI-Експрес 3.0 ), основната иновация ще бъде модифицирана система за кодиранеи синхронизация. Вместо 10 битасистеми ( 8 битаинформация, 2 битауслуга), ще се прилагат 130 бита (128 битаинформация, 2 битаофициален). Това ще намали загубив скоростта от 20% до ~1,5%. Също така ще бъде преработен алгоритъм за синхронизацияпредавател и приемник, подобрени PLL(фазово заключен контур).Скорост на предаванесе очаква да се увеличи 2 пъти(в сравнение с PCI-E2.0), при което съвместимостта ще останес предишни версии PCI-Express.

Поддръжка на интерфейс PCI Express 3.0 в дънните платки - истинско предимство или маркетингов трик?

През последните месеци в моделна гама различни производителизапочнаха да се появяват дънни платки, които декларираха поддръжка за интерфейса PCI Express 3.0. ASRock, MSI и GIGABYTE бяха първите, които обявиха подобни решения. Въпреки това, на този момент, на пазара няма абсолютно никакви чипсети, графични и централни процесори, които да поддържат интерфейса PCI Express 3.0.

Спомнете си, че стандартът PCI Express 3.0 беше одобрен миналата година. Той има много предимства пред своите предшественици, така че не е изненадващо, че производителите на графични карти и дънни платки искат да го внедрят в своите решения възможно най-скоро. Въпреки това, в момента съществуващите чипсети от компании Intelи AMD са ограничени до поддръжка на стандарта PCI Express 2.0. Единствената надежда да се възползвате от интерфейса PCI Express 3.0 в близко бъдеще се крие в новите процесори Intel Ivy Bridge, които се планира да бъдат обявени едва през март-април следващата година. Тези процесори имат интегриран контролер на шина PCI Express 3.0, но само графичните чипове ще могат да го използват, тъй като други компоненти използват контролера на чипсета.

Имайте предвид, че въпросът не се ограничава само до подмяна на процесора. Необходима е допълнителна актуализация BIOS настройкии чипсет фърмуер. В допълнение, на дънни платки с няколко слота PCI Express x16 има проблем с "превключвателите" - малки микросхеми, които се намират близо до всеки слот и отговарят за оперативното преконфигуриране на броя на специалните линии. Тези "превключватели" също трябва да са съвместими с интерфейса PCI Express 3.0. Трябва да се отбележи, че мостовите чипове nForce 200 или Lucid поддържат само стандарта PCI Express 2.0 и не могат да работят със спецификацията PCI Express 3.0.

Последният аргумент е, че в момента производителите на дънни платки нямат инженерни образцинови процесори Intel линия Ivy Bridge или нови графични чипове, които поддържат спецификацията PCI Express 3.0 на хардуерно ниво. Следователно обявената съвместимост с този високоскоростен интерфейс е теоретична и в момента не може да бъде практически потвърдена.

По този начин поддръжката на спецификацията PCI Express 3.0 от съвременните дънни платки е чисто маркетингов ход, ползите от който потребителят ще може да получи само след няколко месеца, като замени процесора и актуализира софтуерните компоненти.

#PCI

внимание!Тази статия е за PCI шината и нейните PCI64 и PCI-X производни! Не я бъркайте с по-новата гума ("PCI Express"), която е напълно несъвместима с гумите, описани в този ЧЗВ.


PCI 2.0- първата версия на основния стандарт, която беше широко използвана, бяха използвани както карти, така и слотове с напрежение на сигнала само 5V.

PCI 2.1- се различава от 2.0 чрез възможността за едновременна работа на няколко устройства за управление на шина (така наречения състезателен режим), както и появата на универсални разширителни карти, способни да работят както в 5V, така и в 3.3V слотове. Възможността за работа с 3.3V карти и наличието на подходящи захранващи линии във версия 2.1 беше по желание.Появиха се разширения PCI66 и PCI64.

PCI 2.2- версия на основния стандарт за шина, която позволява свързване на разширителни карти със сигнално напрежение от 5V и 3.3V. 32-битовите версии на тези стандарти бяха най-разпространеният тип слот по времето, когато бяха написани често задаваните въпроси. Използват се 32-битови, 5V тип слотове.
Разширителните карти, направени в съответствие с тези стандарти, имат универсален конектори са в състояние да работят в почти всички по-нови разновидности на PCI шинни слотове, а също и в някои случаи в 2.1 слотове.

PCI 2.3 - следваща версияобщ стандарт за PCI шината, слотовете за разширение, отговарящи на този стандарт, не са съвместими с PCI 5V карти, въпреки продължаващото използване на 32-битови 5V слотове. Разширителните карти имат универсален конектор, но не могат да работят в 5V слотове от по-ранни версии (до 2.1 включително).
Напомняме ви, че захранващото напрежение (не сигнал!) 5V се съхранява абсолютно на всички версии на конекторите на PCI шината.

PCI 64- разширение на основния PCI стандарт, въведен във версия 2.1, удвояващ броя на линиите за данни и, следователно, пропускателната способност. PCI64 слотът е разширена версия на обикновения PCI слот. Формално съвместимостта на 32-битови карти с 64-битови слотове (в зависимост от наличието на общо поддържано напрежение на сигнала) е пълна, а съвместимостта на 64-битова карта с 32-битови слотове е ограничена (във всеки случай, ще има загуба на производителност), точните данни за всеки случай могат да бъдат намерени в спецификациите на устройството.
Първите версии на PCI64 (извлечени от PCI 2.1) използваха 64-битов 5V PCI слот и работеха на 33MHz.

PCI 66- разширение на стандарта PCI, което се появи във версия 2.1 с поддръжка на тактова честота от 66 MHz, както и PCI64, ви позволява да удвоите честотната лента. Започвайки с версия 2.2, той използва 3.3V слотове (32-битовата версия почти никога не се намира на компютър), картите имат универсален или 3.3V форм фактор. (Имаше и решения, базирани на версия 2.1, рядко срещани на PC 5V 66MHz пазара, такива слотове и платки бяха съвместими само помежду си)

PCI 64/66- Комбинация от горните две технологии, може да учетвори скоростта на трансфер на данни в сравнение с основния PCI стандарт и използва 64-битови 3.3V слотове, съвместими само с универсални и 3.3V 32-битови разширителни карти. PCI64/66 картите имат универсален (с ограничена съвместимост с 32-битови слотове) или 3.3V форм-фактор (последната опция по принцип не е съвместима с 32-битови 33MHz слотове на популярни стандарти)
В момента терминът PCI64 означава точно PCI64/66, тъй като 33MHz 5V 64-bit слотове не се използват отдавна.

PCI-X 1.0- Разширение на PCI64 с добавяне на две нови работни честоти, 100 и 133 MHz, както и отделен механизъм за транзакции за подобряване на производителността при работа на множество устройства едновременно. Като цяло обратно съвместим с всички 3.3V и универсални PCI карти.
PCI-X картиобикновено се изпълняват в 64-битов 3.3B формат и имат ограничена обратна съвместимост с PCI64/66 слотове, а някои PCI-X карти са в универсален формат и могат да работят (въпреки че това няма почти никаква практическа стойност) в обикновен PCI 2.2/2.3 .
В трудни случаи, за да сте напълно уверени в производителността на избраната от вас комбинация от дънна платка и разширителна карта, трябва да разгледате списъците за съвместимост на производителите на двете устройства.

PCI-X 2.0- по-нататъшно разширяване на възможностите на PCI-X 1.0, добавени скорости от 266 и 533 MHz, както и коригиране на грешка при паритет при пренос на данни (ECC). Позволява разделяне на 4 независими 16-битови шини, което се използва изключително във вградени и индустриални системи, напрежението на сигнала е намалено до 1,5 V, но конекторите са обратно съвместими с всички карти, използващи напрежение на сигнала от 3,3 V.

PCI-X 1066/PCI-X 2133- планирани бъдещи версии на PCI-X шината, с произтичащи работни честоти съответно 1066 и 2133 MHz, първоначално предназначени за свързване на 10 и 40 Gbit Ethernet адаптери.

За всички варианти на PCI-X шината има следните ограничения за броя на устройствата, свързани към всяка шина:
66MHz - 4
100MHz - 2
133MHz - 1 (2, ако едно или и двете устройства не са на разширителни платки, но вече са интегрирани на една платка заедно с контролера)
266.533MHz и повече -1.

Ето защо, в някои ситуации, за да се гарантира стабилността на няколко инсталирани устройстванеобходимост от ограничаване максимална честотаработа на използваната PCI-X шина (обикновено това се прави от джъмпери)

CompactPCI- стандарт за съединители и разширителни карти, използвани в индустриални и вградени компютри. Механично не е съвместим с нито един от "общите" стандарти.

MiniPCI- стандарт за платки и конектори за интегриране в лаптопи (обикновено се използва за адаптери безжична мрежа) и директно на повърхността. Освен това е механично несъвместим с нищо друго освен със себе си.

Видове PCI разширителни карти:

Обобщена таблица на конструкции на карти и слотове в зависимост от версията на стандарта:

Обобщена таблица за съвместимост на карти и слотове в зависимост от версията и дизайна:

Карти
Слотове PCI 2.0/2.1 5B PCI 2.1 общ PCI 2.2/2.3 универсален PCI64/5B
(33MHz)
PCI64/универсален PCI64/3.3B PCI-X/3.3B PCI-X универсален
PCI 2.0 Съвместим Съвместим Несъвместим Ограничена съвместимост със загуба на производителност Несъвместим
PCI 2.1 Съвместим Съвместим Ограничена съвместимост Ограничена съвместимост със загуба на производителност Ограничена съвместимост със загуба на производителност Несъвместим
PCI 2.2 Съвместим Ограничена съвместимост със загуба на производителност Ограничена съвместимост със загуба на производителност Несъвместим Несъвместим Ограничена съвместимост със загуба на производителност
PCI 2.3 Несъвместим Ограничена съвместимост Съвместим Несъвместим Ограничена съвместимост със загуба на производителност Несъвместим Несъвместим Ограничена съвместимост със загуба на производителност
PCIB
64/5B (33MHz)
Съвместим Съвместим Ограничена съвместимост Съвместим Ограничена съвместимост със загуба на производителност Несъвместим Несъвместим Ограничена съвместимост със загуба на производителност
PCI64/3.3B Несъвместим Ограничена съвместимост Съвместим Несъвместим Съвместим Съвместим Ограничена съвместимост със загуба на производителност Ограничена съвместимост със загуба на производителност
PCI-X Несъвместим Ограничена съвместимост Съвместим Несъвместим Съвместим
#PCI Express

Серийната шина PCI Express, разработена от Intel и нейните партньори, е предназначена да замени паралелната PCI шина и нейния разширен и специализиран вариант AGP. Въпреки сходните имена, шините PCI и PCI Express имат малко общо. Протоколът за паралелен трансфер на данни, използван от PCI, налага ограничения върху честотната лента и честотата на шината; серийният трансфер на данни, използван в PCI Express, осигурява мащабируемост (спецификациите описват реализации на PCI Express 1x, 2x, 4x, 8x, 16x и 32x). В момента версията на гумата с индекс 3.0 е актуална.

PCI-E3.0

През ноември 2010 г. организацията PCI-SIG, която стандартизира технологията PCI Express, обяви приемането на спецификацията PCIe Base 3.0.
Ключовата разлика от предишните две версии на PCIe може да се счита за променена схема на кодиране - сега вместо 8 бита полезна информацияот 10 предадени бита (8b / 10b), 128 бита полезна информация могат да бъдат предадени по шината от 130 изпратени бита, т.е. Коефициентът на полезен товар е близо до 100%. Освен това скоростта на пренос на данни е увеличена до 8 GT/s. Спомнете си, че тази стойност за PCIe 1.x беше 2,5 GT/s, а за PCIe 2.x беше 5 GT/s.
Всички горепосочени промени доведоха до удвояване на честотната лента на шината в сравнение с PCI-E 2.x шината. Това означава, че общата честотна лента на шината PCIe 3.0 в конфигурация 16x ще достигне 32 Gb/s. Първите процесори, оборудвани с PCIe 3.0 контролер, бяха Процесори на Intelбазиран на микроархитектурата Ivy Bridge.

Въпреки повече от три пъти по-високата пропускателна способност на PCI-E 3.0 в сравнение с PCI-E 1.1, производителността на едни и същи видеокарти при използване на различни интерфейси не се различава много. Таблицата по-долу показва резултатите от теста GeForce GTX 980 в различни тестове. Измерванията са извършени със същите настройки на графиката, в същата конфигурация.Версията на PCI-E шина е променена в настройките на BIOS.

PCI Express 3.0 продължава да бъде обратно съвместим с предишни версии PCIe.

PCI-E 2.0

През 2007 г. беше приета нова спецификация за шината PCI Express - 2.0, чиято основна разлика е удвоената честотна лента на всяка предавателна линия във всяка посока, т.е. в случай на най-популярната версия на PCI-E 16x, използвана във видеокартите, пропускателната способност е 8Gb / s във всяка посока. Първият чипсет с PCI-E поддръжка 2.0 стана Intel X38.

PCI-E 2.0 е напълно обратно съвместим с PCI-E 1.0, т.е. всички съществуващи устройства PCI-E интерфейс 1.0 слотовете могат да работят в PCI-E 2.0 слотовете и обратно.

PCI-E 1.1

Първата версия на интерфейса PCI Express, представена през 2002 г. Осигурена пропускателна способност от 500 MB / s на линия.

Сравнение на скоростта на работа на различни поколения PCI-E

PCI шината работи на 33 или 66 MHz и осигурява 133 или 266 MB/s честотна лента, но тази честотна лента се споделя между всички PCI устройства. Честотата, на която работи шината PCI Express 1.1, е 2,5 GHz, което дава честотна лента от 2500 MHz / 10 * 8 = 250 * 8 Mbps = 250 Mbps информация) за всяко устройство PCI Express 1.1 x1 в една посока. Ако има няколко линии, за да се изчисли пропускателната способност, стойността от 250 Mb / s трябва да се умножи по броя на линиите и по 2, т.к. PCI Express е двупосочна шина.

Брой PCI Express 1.1 ленти Пропускателна способност в една посока Обща производителност
1 250 MB/s 500 MB/s
2 500 Mb/s 1 GB/s
4 1 GB/s 2 GB/s
8 2 GB/s 4 GB/s
16 4 GB/s 8 GB/s
32 8 GB/s 16 GB/s

Забележка! Не трябва да се опитвате да инсталирате PCI Express карта в PCI слот и обратно, PCI картите не се инсталират в PCI Express слотовете. Въпреки това, PCI Express 1x карта, например, може да бъде инсталирана и най-вероятно ще функционира нормално в PCI Express 8x или 16x слот, но не и обратното: PCI Express 16x карта няма да се побере в PCI Express 1x слот.

В тази статия ще обясним причините за успеха на PCI шината и ще опишем високопроизводителната технология, която идва да я замени - PCI Express шината. Също така ще разгледаме историята на развитието, хардуерните и софтуерните нива на шината PCI Express, характеристиките на нейното внедряване и ще изброим нейните предимства.

Когато в началото на 1990 г тя се появи, след това сама технически спецификациизначително надмина всички автобуси, съществували до този момент, като ISA, EISA, MCA и VL-bus. По това време PCI шината (Peripheral Component Interconnect - взаимодействие на периферни компоненти), работеща на честота от 33 MHz, беше много подходяща за повечето периферни устройства. Но днес ситуацията се промени в много отношения. На първо място, тактовите честоти на процесора и паметта са се увеличили значително. Например, тактовата честота на процесорите се е увеличила от 33 MHz до няколко GHz, докато работната честота на PCI се е увеличила до само 66 MHz. Появата на технологии като Gigabit Ethernet и IEEE 1394B застраши, че цялата честотна лента на PCI шината може да отиде за обслужване на едно устройство, базирано на тези технологии.

В същото време PCI архитектурата има редица предимства пред своите предшественици, така че не беше рационално да се преразглежда напълно. На първо място, той не зависи от вида на процесора, той поддържа изолация на буфера, технология за управление на шина (захващане на шина) и PnP технология напълно. Буферната изолация означава, че PCI шината работи независимо от вътрешната процесорна шина, което позволява на процесорната шина да функционира независимо от скоростта и натоварването на системната шина. Благодарение на технологията за улавяне на шина, периферните устройства имат способността директно да контролират процеса на пренос на данни по шината, вместо да чакат помощ от процесоркоето би повлияло на производителността на системата. И накрая, поддръжката на Plug and Play позволява автоматична настройкаи конфигуриране на устройствата, които го използват и избягване на суета с джъмпери и превключватели, които доста съсипаха живота на собствениците на ISA устройства.

Въпреки несъмнения успех на PCI, в момента тя е изправена пред сериозни проблеми. Сред тях са ограничената честотна лента, липсата на функции за пренос на данни в реално време и липсата на поддръжка за мрежови технологии от следващо поколение.

Сравнителни характеристики на различни PCI стандарти

Трябва да се отбележи, че действителната пропускателна способност може да бъде по-малка от теоретичната поради принципа на протокола и характеристиките на топологията на шината. В допълнение, общата честотна лента се разпределя между всички устройства, свързани към него, следователно, отколкото повече устройствасяда в автобуса, толкова по-малка честотна лента отива към всеки от тях.

Такива стандартни подобрения като PCI-X и AGP са предназначени да премахнат основния му недостатък - ниската тактова честота. Въпреки това, увеличаването на тактовата честота в тези реализации доведе до намаляване на ефективната дължина на шината и броя на съединителите.

Новото поколение на шината, PCI Express (или накратко PCI-E), беше представено за първи път през 2004 г. и беше проектирано да реши всички проблеми, пред които беше изправен предшественикът му. Днес повечето нови компютри са оборудвани с PCI Express шина. Въпреки че имат и стандартни PCI слотове, не е далеч времето, когато шината ще остане в историята.

PCI Express архитектура

Архитектурата на шината има слоеста структура, както е показано на фигурата.

Шината поддържа модела на адресиране PCI, което позволява на всички съществуващи в момента драйвери и приложения да работят с нея. Освен това шината PCI Express използва стандартния PnP механизъм, предоставен от предишния стандарт.

Помислете за предназначението на различните нива на организация на PCI-E. На софтуерно ниво на шината се генерират заявки за четене / запис, които се предават на транспортно ниво с помощта на специален пакетен протокол. Слоят на данните е отговорен за кодирането за коригиране на грешки и гарантира целостта на данните. Основният хардуерен слой се състои от двоен симплексен канал, състоящ се от двойка предаване и приемане, наричани заедно линия. Общата скорост на шината от 2,5 Gb/s означава, че пропускателната способност за всяка PCI Express лента е 250 Mb/s във всяка посока. Ако вземем предвид режийните разходи на протокола, тогава за всяко устройство са налични около 200 Mb / s. Тази пропускателна способност е 2-4 пъти по-висока от наличната PCI устройства. И за разлика от PCI, ако честотната лента е разпределена между всички устройства, тогава тя отива към всяко устройство изцяло.

Към днешна дата има няколко версии на стандарта PCI Express, които се различават по своята честотна лента.

PCI Express x16 шина за различни PCI-E версии, Gb/s:

  • 32/64
  • 64/128
  • 128/256

PCI-E шинни формати

Към момента се предлагат различни варианти за PCI Express формати, в зависимост от предназначението на платформата - настолен компютър, лаптоп или сървър. Сървърите, които изискват по-голяма честотна лента, имат повече PCI-E слотове, а тези слотове имат повече канали. Обратно, лаптопите може да имат само една линия за устройства със средна скорост.

Видео карта с интерфейс PCI Express x16.

PCI Express картите за разширение са много подобни на PCI картите, но PCI-E конекторите са по-здрави, за да се гарантира, че картата няма да се изплъзне от слота поради вибрации или по време на транспортиране. Има няколко форм фактора на PCI Express слотовете, чийто размер зависи от броя на използваните ленти. Например, автобус с 16 ленти се нарича PCI Express x16. Въпреки че общият брой на лентите може да достигне до 32, на практика повечето дънни платки в днешно време са оборудвани с PCI Express x16 шина.

Картите с по-малък форм-фактор могат да бъдат включени в слотове с по-голям форм-фактор без компромис с производителността. Например, PCI Express x1 карта може да бъде включена в PCI Express x16 слот. Както в случая с PCI шината, можете да използвате PCI Express удължител за свързване на устройства, ако е необходимо.

Появата на съединителите различни видовена дънна платка. Отгоре надолу: PCI-X слот, PCI Express x8 слот, PCI слот, PCI Express x16 слот.

Експресна карта

Стандартът Express Card предлага много лесен начин за добавяне на хардуер към система. Целевият пазар за модулите Express Card са лаптопи и малки компютри. За разлика от традиционните разширителни платки настолни компютри, картата Express може да се свърже със системата по всяко време, докато компютърът работи.

Една от популярните разновидности на Express Card е PCI Express Mini Card, предназначена като заместител на Mini PCI картите с форм фактор. Карта, създадена в този формат, поддържа както PCI Express, така и USB 2.0. Размерите на PCI Express Mini Card са 30×56 mm. PCI карта Express Mini Card може да се свърже към PCI Express x1.

Предимства на PCI-E

PCI Express технологията спечели предимства пред PCI в следните пет области:

  1. По-добра производителност. Само с една лента пропускателната способност на PCI Express е два пъти по-висока от тази на PCI. В този случай пропускателната способност се увеличава пропорционално на броя на линиите в автобуса, максимална сумакоито могат да бъдат до 32. Допълнително предимство е, че информацията по шината може да се предава едновременно и в двете посоки.
  2. Опростяване на вход-изход. PCI Express се възползва от шини като AGP и PCI-X, като същевременно предлага по-малко сложна архитектура и относително проста реализация.
  3. Слоеста архитектура. PCI Express предлага архитектура, която може да се адаптира към новите технологии без необходимост от значителни софтуерни надстройки.
  4. I/O технологии от ново поколение. PCI Express ви дава нови възможности за получаване на данни с помощта на технология за едновременен трансфер на данни, която гарантира, че информацията се получава своевременно.
  5. Лекота на използване. PCI-E значително опростява системните надстройки и разширения от потребителя. Допълнителни формати Експресни дъски, като ExpressCard, значително увеличават възможността за добавяне на високоскоростни периферни устройства към сървъри и лаптопи.

Заключение

PCI Express е шинна технология за свързване на периферни устройства, заместваща технологии като ISA, AGP и PCI. Използването му значително увеличава производителността на компютъра, както и възможността на потребителя да разширява и актуализира системата.