Шины PCI и PCI Express
В этой статье мы расскажем о причинах успеха шины PCI и дадим описание высокопроизводительной технологии, которая приходит ей на смену – шины PCI Express. Также мы рассмотрим историю развития, аппаратные и программные уровни шины PCI Express, особенности её реализации и перечислим ее преимущества.
Содержание статьи
История шины PCI и ее проблемы
Когда в начале 1990-x гг. она появилась, то по своим техническим характеристикам значительно превосходила все существовавшие до того момента шины, такие, как ISA, EISA, MCA и VL-bus. В то время шина PCI(Peripheral Component Interconnect — взаимодействие периферийных компонентов), работавшая на частоте 33 Мгц, хорошо подходила для большинства периферийных устройств. Но сегодня ситуация во многом изменилась. Прежде всего, значительно возросли тактовые частоты процессора и памяти. Например, тактовая частота процессоров увеличились с 33 МГц до нескольких ГГц, в то время как рабочая частота PCI увеличилась всего до 66 МГц. Появление таких технологий, как Gigabit Ethernet и IEEE 1394B грозило тем, что вся пропускная способность шины PCI может уйти на обслуживание одного-единственного устройства на основе данных технологий.
При этом архитектура PCI имеет ряд преимуществ по сравнению с предшественниками, поэтому полностью пересматривать было нерационально. Прежде всего, она не зависит от типа процессора, поддерживает буферную изоляцию, технологию bus mastering (захват шины) и технологию PnP в полном объеме. Буферная изоляция означает, что шина PCI действует независимо от внутренней шины процессора, что дает возможность шине процессора функционировать независимо от скорости и загруженности системной шины. Благодаря технологии захвата шины периферийные устройства получили возможность непосредственно управлять процессом передачи данных по шине, вместо того, чтобы ожидать помощи от центрального процессора, что отразилось бы на производительности системы. Наконец, поддержка Plug and Play позволяет осуществлять автоматическую настройку и конфигурирование пользующихся ею устройств и избежать возни с джамперами и переключателями, которая изрядно портила жизнь владельцам ISA-устройств.
Несмотря на несомненный успех PCI, в нынешнее время она сталкивается с серьезными проблемами. Среди них – ограниченная пропускная способность, недостаток функций передачи данных в реальном времени и отсутствие поддержки сетевых технологий нового поколения.
Сравнительные характеристики различных стандартов PCI
| Разрядность шины (бит) | Частота (МГц) | Пропускная способность (МБ/c) | Целевой рынок |
| 32 | 33 | 132 | Десктопы/мобильные системы |
| 32 | 66 | 264 | Серверы |
| 64 | 33 | 264 | Серверы |
| 64 | 66 | 512 | Серверы |
Следует учесть, что реальная пропускная способность может быть меньше теоретической из-за принципа работы протокола и особенностей топологии шины. К тому же общая пропускная способность распределяется между всеми подключенными к ней устройствами, поэтому, чем больше устройств сидит на шине, тем меньшая пропускная способность достается каждому из них.
Такие усовершенствования стандарта, как PCI-X и AGP были призваны устранить ее главный недостаток – низкую тактовую частоту. Однако увеличение тактовой частоты в этих реализациях повлекло за собой уменьшение эффективной длины шины и количества разъемов.
Новое поколение шины — PCI Express (или сокращенно PCI-E), было впервые представлено в 2004 году и было призвано решить все те проблемы, с которыми столкнулась её предшественница. Сегодня большая часть новых компьютеров снабжается шиной PCI Express. Хотя стандартные слоты PCI в них тоже присутствуют, однако не за горами то время, когда шина станет достоянием истории.
Архитектура PCI Express
Архитектура шины имеет многоуровневую структуру, как показано на рисунке.Шина поддерживает модель адресации PCI, что позволяет работать с ней всем существующим на данный момент драйверам и приложениям. Кроме того, шина PCI Express использует стандартный механизм PnP, предусмотренный предыдущим стандартом.
Рассмотрим предназначение различных уровней организации PCI-E. На программном уровне шины формируются запросы чтения/записи, которые передаются на транспортном уровне при помощи специального пакетного протокола. Уровень данных отвечает за помехоустойчивое кодирование и обеспечивает целостность данных. Базовый аппаратный уровень состоит из двойного симплексного канала, состоящего из передающей и принимающей пары, которые вместе называются линией. Общая скорость шины в 2,5 Гб/с означает, что пропускная способность для каждой линии PCI Express составляет 250 Мб/c в каждую сторону. Если принять во внимание потери на накладные расходы протокола, то для каждого устройства доступно около 200 Мб/c. Эта пропускная способность в 2-4 раза выше, чем та, которая была доступна для устройств PCI. И, в отличие от PCI, в том случае, если пропускная способность распределяется между всеми устройствами, то она в полном объеме достается каждому устройству.
На сегодняшний день существует несколько версий стандарта PCI Express, различающихся своей пропускной способностью.
Пропускная способность шины PCI Express x16 для разных версий PCI-E, Гб/c:
Форматы шины PCI-E
На данный момент доступны различные варианты форматов PCI Express, в зависимости от предназначения платформы – настольный компьютер, ноутбук или сервер. Серверы, требующие большую пропускную способность, имеют больше слотов PCI-E, и эти слоты имеют большее число соединительных линий. В противоположность этому ноутбуки могут иметь лишь одну линию для среднескоростных устройств.
Видеокарта с интерфейсом PCI Express x16.
Платы расширения PCI Express очень похожи на платы PCI, однако разъемы PCI-E отличаются повышенным сцеплением, что позволяет быть уверенным в том, что плата не выскользнет из слота из-за вибрации или при транспортировке. Существует несколько форм-факторов слотов PCI Express, размер которых зависит от количества используемых линий. Например, шина, имеющая 16 линий, обозначается как PCI Express x16. Хотя общее количество линий может достигать 32, на практике большинство материнских плат в настоящее время оснащены шиной PCI Express x16.
Карты меньших форм-факторов могут подключаться в разъемы для больших без ущерба для работоспособности. Например, карта PCI Express х1 может подключаться в разъем PCI Express x16. Как и в случае шины PCI, для подключения устройств при необходимости можно использовать РCI Express-удлинитель.
Внешний вид разъемов различных типов на материнской плате. Сверху вниз: слот PCI-X, слот PCI Express х8, слот PCI, слот PCI Express х16.
Express Card
Стандарт Express Card предлагает очень простой способ добавления оборудования в систему. Целевым рынком для модулей Express Card являются ноутбуки и небольшие ПК. В отличие от традиционных плат расширения настольных компьютеров, карта Express может подключаться к системе в любой момент во время работы компьютера.
Одной из популярных разновидностей Express Card является карта PCI Express Mini Card, разработанная в качестве замены карт форм-фактора Mini PCI. Карта, созданная в этом формате, поддерживает как PCI Express, так и USB 2.0. Размеры PCI Express Mini Card составляют 30×56 мм. Карта PCI Express Mini Card может подключаться к PCI Express х1.
Преимущества PCI-E
Технология PCI Express позволила получить преимущество по сравнению с PCI в следующих пяти областях:
- Более высокая производительность. При наличии всего одной линии пропускная способность PCI Express в два раза выше, чем у PCI. При этом пропускная способность увеличивается пропорционально количеству линий в шине, максимальное количество которых может достигать 32. Дополнительным преимуществом является то, что информация по шине может передаваться одновременно в обоих направлениях.
- Упрощение ввода-вывода. PCI Express использует преимущества таких шин, как AGP и PCI-X и обладает при этом менее сложной архитектурой, а также сравнительной простотой реализации.
- Многоуровневая архитектура. PCI Express предлагает архитектуру, которая может подстраиваться к новым технологиям и не требует значительного обновления ПО.
- Технологии ввода/вывода нового поколения. PCI Express дает новые возможности получения данных при помощи технологии одновременных передач данных, обеспечивающей своевременное получение информации.
- Простота использования. PCI-E значительно упрощает обновление и расширение системы пользователем. Дополнительные форматы плат Express, такие, как ExpressCard, значительно увеличивают возможности добавления высокоскоростных периферийных устройств в серверы и ноутбуки.
Заключение
PCI Express – это технология шины для подключения периферийных устройств, пришедшая на смену таким технологиям как ISA, AGP и PCI. Её применение значительно увеличивает производительность компьютера, а также возможности пользователя по расширению и обновлению системы.
Порекомендуйте Друзьям статью:
biosgid.ru
|
PCI Express, (или PCIe, или PCI-E) – это компьютерная шина расширения, предназначена для подключения периферийных устройств к системной плате персонального компьютера. PCI Express реализовывает программную модель интерфейса PCI и протокол последовательной передачи данных.
Данная шина пришла на смену интерфейсам AGP, PCI-X, PCI. Шина является локальной (внутренней). К преимуществам интерфейса PCI Express относиться поддержка горячей замены карт (под термином горячая замена подразумевают возможность отключать/подключать устройства во время работы компьютера, т.е., без отключения питания).
Главным отличием интерфейса PCI Express от PCI является использование двунаправленного последовательного соединения типа точка-точка (напомним, что в интерфейсе PCI используется 32-битная двунаправленная параллельная шина, к которой подключаются все PCI-устройства).
Шина PCI Express может использовать несколько последовательных соединений типа точка-точка (для данного интерфейса они называются линиями): x1 (одна линия), x2 (две линии), x4 (четыре линии), x8 (восемь линий), x12 (двенадцать линий), x16 (16 линий), x32 (32 линии). Другими словами соединение между картами PCI-Express состоит из одной (1x) или нескольких (2x, 4x, 8x, 12x, 16x, 32x) линий.
Например, если слот PCI Express имеет приставку x16 (PCI Express x16), это значит, что он 16-канальный (предназначен в первую очередь для карты PCI Express x16).
Рис .1 Слот PCI Express x16 и 3 слота PCI Express x1 материнской платы.
Любая карта расширения PCI Express может работать в любом из слотов шины PCI Express (x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32), при условии, что поместится в данный слот. Т.е, карта расширения с меньшим количеством линий (контактов) будет работать в слоте с большим количеством контактов, но при этом будет использоваться то количество линий, сколько разведено на карте.
Пропускная способность шины PCI Express зависит от количества используемых линий и режима передачи данных (дуплексный или полудуплексный):
Опции BIOS Setup для настройки шины PCI Express можно найти здесь. Еще по настройке БИОС (БИОЗ) плат: | |||||||
www.nastrojkabios.ru
Шина PCI — Настройка BIOS
PCI (Peripheral Component Interconnect) – это компьютерная шина ввода/вывода, предназначена для подключения периферийных устройств к системной плате персонального компьютера. Шина PCI поддерживает 32-х/64-х битный обмен данными.
Частота шины PCI 33 МГц или 66 МГц (новые спецификации шины могут работать на более высоких частотах: 100 МГц, 133 МГц, 266 МГц, 533 МГц). Поддерживаемое напряжение 3,3/5 В.
Характерной особенностью интерфейса PCI есть использование для передачи данных общей 32/64-битной двунаправленной параллельной шины, к которой подключаются все PCI-устройства. Любое устройство на шине PCI может позиционироваться как master-устройство (т.е., шина децентрализована).
Рис 1. Слоты 32-разрядной шины PCI на материнской плате.
Спецификации шины PCI
Спецификация 2.0 шины PCI – первая версия шины. Пропускная способность (пиковая) – 133 Мбайт/с.
Спецификация 2.1 шины PCI – модификация шины PCI, преимуществами которой (по сравнению с предыдущей версией 2.0) является возможность параллельной работы нескольких шинных задатчиков, использование универсальных плат расширения (которые могут работать в слотах под напряжением 5 Вольт и 3,3 Вольт). Спецификация PCI 2.1 позволяет использовать частоты 33 МГц и 66 МГц и подключение к шине PCI более 4 устройств. Пропускная способность (пиковая) – 133 Мбайт/с (для 33 МГц) и 266 Мбайт/с (для 66 МГц).
Спецификация 3.0 шины PCI – модификация шины PCI, характерной особенностью которой было использование слотов с напряжением только 3,3 Вольт.
Спецификация PCI 64. Поддерживает напряжения 5 Вольт и 3,3 Вольт. Пропускная способность (пиковая) – 266 Мбайт/с (увеличена за счёт удлинения обычного PCI-слота). Рабочая частота 33 МГц.
Спецификация PCI 66. Поддерживает напряжение 3,3 Вольт. Пропускная способность (пиковая) – 533 Мбайт/с. Рабочая частота 66 МГц.
Спецификация PCI 64/66. Объединение спецификаций PCI 64 и PCI 66. Поддерживает напряжение 3,3 Вольт. Пропускная способность (пиковая) – 533 Мбайт/с. Рабочая частота 66 МГц.
Спецификация PCI-X 1.0. Поддерживает напряжение 3,3 Вольт. Рабочие частоты 100 МГц и 133 МГц. Пропускная способность (пиковая) – 1024 Мбайт/с.
Спецификация PCI-X 2.0. Пропускная способность 4096 Мбайт/с. Рабочие частоты 100 МГц, 133 МГц, 266 МГц, 533 МГц. Пропускная способность (пиковая) – 4096 Мбайт/с.
Опции BIOS Setup для настройки шины PCI можно найти здесь.
Еще по настройке БИОС (БИОЗ) плат:
www.nastrojkabios.ru
Что такое PCI Express ?
PCI Express это шина, которая используется для подключения разнообразных комплектующих к настольному ПК. С ее помощью подключают видеокарты, сетевые карты, звуковые карты, SSD накопители, WiFi модули и другие подобные устройства. Разработку данной шины начала компания Intel в 2002 году. Сейчас разработку новых версий данной шины занимается некоммерческая организация PCI Special Interest Group.
На данный момент шина PCI Express полностью заменила такие устаревшие шины как AGP, PCI и PCI-X. Шина PCI Express размещается в нижней части материнской платы в горизонтальном положении.
В чем отличия PCI Express от PCI
PCI Express это шина, которая была разработана на основе шины PCI. Основные отличия между PCI Express и PCI лежат на физическом уровне. В то время как PCI использует общую шину, в PCI Express используется топология типа звезда. Каждое PCI Express устройство подключается к общему коммутатору отдельным соединением.
Программная модель PCI Express во многом повторяет модель PCI. Поэтому большинство существующих CI контроллеров могут быть легко доработаны для использования шины PCI Express.
Кроме этого, шина PCI Express поддерживает такие новые возможности как:
- Горячее подключение устройств;
- Гарантированная скорость обмена данными;
- Управление потреблением энергии;
- Контроль целостности передаваемой информации;
Как работает шина PCI Express
Для подключения устройств шина PCI Express использует двунаправленное последовательное соединение. При этом такое соединение может иметь одну (x1) или несколько (x2, x4, x8, x12, x16 и x32) отдельных линий. Чем больше таких линий используется, тем большую скорость передачи данных может обеспечить шина PCI Express. В зависимости от количества поддерживаемых линий размер сорта на материнской плате будет отличаться. Существуют слоты с одной (x1), четырьмя (x4) и шестнадцатью (x16) линиями.
Наглядная демонстрация размеров слота PCI Express и PCI
При этом любое PCI Express устройство может работать в любом слоте, если слот имеет такое же или большее количество линий. Это позволяет установить PCI Express карту с разъемом x1 в слот x16 на материнской плате.
Пропускная способность PCI Express зависит от количества линий и версии шины.
| В одну/обе стороны в Гбит/с | |||||||
| Количество линий | |||||||
| x1 | x2 | x4 | x8 | x12 | x16 | x32 | |
| PCIe 1.0 | 2/4 | 4/8 | 8/16 | 16/32 | 24/48 | 32/64 | 64/128 |
| PCIe 2.0 | 4/8 | 8/16 | 16/32 | 32/64 | 48/96 | 64/128 | 128/256 |
| PCIe 3.0 | 8/16 | 16/32 | 32/64 | 64/128 | 96/192 | 128/256 | 256/512 |
| PCIe 4.0 | 16/32 | 32/64 | 64/128 | 128/256 | 192/384 | 256/512 | 512/1024 |
Если Вам нужна консультация в выборе видеокарты или ремонте компьютера в Белгороде, звоните и мы поможем!
www.home-engineer.ru
Что такое шина PCI?
Тенденции развития вычислительной техники очевидны – это унификация, упрощение для производителей (снижение накладных расходов) и объединение многих устройств в едином корпусе. Нет ничего удивительного в том, что многие современные пользователи-новички даже не знают, что такое шина PCI. Те же, кто застал времена становления IBM-совместимых компьютеров на базе 286, 386 и пр. процессоров, без сомнения, помнят то обилие различных шин и аппаратных интерфейсов, используемых в компьютерных системах того времени. Это знаменитая 8-ми битная шина ISA, затем ее доработка VLB (известная как VESA), шина PCI, специализированный разъем Intel для софт-модемов, AGP и пр. Причем, все они, за редким исключением, были нужны. А вот в настоящее время на материнских платах поразительная «бедность» — одна лишь шина PCI Express, правда, разных ревизий и с различным количеством сигнальных линий. Увы, за такую унификацию платить, в буквальном смысле, приходится конечному пользователю. Ведь даже если в наличии есть, к примеру, качественная звуковая карта, представляющая собой PCI-устройство, ее попросту некуда подключать (неудобные переходники не в счет) и приходится покупать версию для другой шины или, вообще, перейти на, откровенно говоря, ущербное, встроенное решение. Ситуация напоминает историю с «насильственным» переводом всех с AGP на PCI-E.
Чем же так прославилась шина PCI? Ее история началась в далеком 1991 году, когда с появлением производительных процессоров класса Pentium стало понятно, что распространенная 8-ми битная ISA уже не может обеспечивать приемлемой скорости взаимодействия всех компонентов между собой. Напомним, что в то время не было ни DMI, ни Hyper Transport, а связь компонентов на материнской плате осуществлялась посредством системной шины. Хотя и предпринимались попытки обойти ограничения ISA, например, так и появилась шина VESA, но из-за ограничений они не приживались.
В 1992 году компанией Intel была представлена шина PCI версии 1.0 на основе открытого стандарта. Ее тактовая частота составляла огромные по тем временам 33 МГц (что упрощало масштабирование частоты процессора), в зависимости от аппаратной реализации поддерживались 32 или 64 бита (сравните с 8-ми битами ISA). Напряжение линий данных составляло 5 и 3,3 В, а пропускная способность составила 133 Мбайт. И, главное, была реализована поддержка Plug & Play (долой перемычки!).
В 1993 году появилась усовершенствованная версия 2.0.
Шина PCI приобрела мировую известность с 1995 года (версия 2.1). В зависимости от реализации частота составила 66 МГц. При использовании 64 битного варианта через данную шину удавалось передать 533 Мбайт. Подоспевшая Windows 95, наконец-то, в полной мере обеспечила корректную работу устройств PCI с технологией Plug & Play. Сигнальные линии позволяли перейти с 5В на 3,3 В.
Далее были выпущены ревизии 2.2 — 3.0. Разъем в версии 2.2 имел «ключ», блокирующий установку несовместимых по напряжению устройств. В 2.3 продолжается переход на 3.3 В, поэтому использование таких устройств в версиях до 2.1 (5 В) приводило к повреждению как карты, так и, иногда, шины. В 3.0 версии напряжение 5 В больше не использовалось.
В 1997 году PCI пришлось потесниться, так как той же Intel была выпущена шина AGP для видеокарт, которые не могли полностью раскрыть свой потенциал на PCI.
Сейчас шина PCI, как указывалось ранее, практически не используется, уступив место своей преемнице – PCI Express. Программный механизм адресации остался прежним, однако физическая реализация претерпела существенные изменения. Было изменено количество проводников, увеличена рабочая частота (наряду с уменьшением тока). Способ конфигурирования инициаторов трансакции (подключенных устройств) также изменился, позволив более удобно обрабатывать их запросы к шине.
Кстати, на некоторых материнских платах все еще можно встретить разъема шины PCI. Однако о нативной поддержке со стороны чипсета и процессора речь не идет — в данном способе реализации применяется специальная микросхема моста, перенаправляющая запросы PCI к PCI Express.
fb.ru
