Na čo slúži pci express? Všetko o zbernici PCI a PCI Express – špecifikácie, rozdiely a kompatibilita

Alexej Borzenko,
Kandidát technických vied, docent PPTA

Rozhranie PCI Express (predtým známe ako 3GIO) je založené na otvorených štandardoch a funguje ako nástupca PCI a jeho variantov pre serverové a klientske I/O systémy. Na rozdiel od PCI a PCI-X, ktoré sú založené na 32-bitovej a 64-bitovej paralelnej zbernici, PCI Express využíva technológiu vysokorýchlostného sériového pripojenia podobnú tej, ktorá sa používa v Gigabit Ethernet, Serial ATA (SATA) a Serial Attached SCSI. (SAS). PCI Express odráža všeobecný trend v počítačovom priemysle nahradiť staršie paralelné zdieľané zbernice vysokorýchlostnými sériovými pripojeniami typu point-to-point.

Nová zbernicová technológia poskytuje prenosovú rýchlosť, ktorá bude dostatočná s rozvojom procesorov a I/O subsystémov minimálne na najbližších 10 rokov.

V porovnaní s PCI má technológia PCI Express nasledujúce výhody:

• vysoká priepustnosť - v prvej verzii bude teoretická špičková priepustnosť 5-80 Gb / s, v závislosti od implementácie;
• sériové pripojenie pre škálovanie výkonu;
• samostatné pripojenie bod-bod pre každé zariadenie namiesto spoločnej zbernice PCI;
• nízka latencia pre architektúru servera;
• menšie konektory a zjednodušený dizajn systému;
• pokročilé vlastnosti.

V priebehu nasledujúceho desaťročia rozhranie PCI Express postupne nahradí paralelné zbernice PCI, PCI-X a AGP. Najskôr vytlačí pneumatiky, ktoré vyžadujú extra výkon a vlastnosti. Napríklad PCI Express sa bude spočiatku používať ako náhrada za grafickú dátovú zbernicu AGP 8X v klientskych systémoch, ktorá poskytuje veľkú šírku pásma a podporu multimediálnej prevádzky. Bude koexistovať so zbernicou PCI-X a postupne ju nahradí v serverových systémoch.

PCI zbernica

Zbernica PCI, ktorá sa objavila v roku 1992, sa stala základom I/O systému pre takmer všetky počítačové platformy. Pôvodná 33 MHz, 32-bitová implementácia poskytovala teoretickú špičkovú priepustnosť 133 MB/s. V nasledujúcich rokoch sa architektúra platformy vyvinula, rôzne funkcie sa presunuli do variantov PCI s vyššou šírkou pásma (tabuľka 1), vrátane AGP a PCI-X.

Tabuľka 1. Šírka pásma zberníc PCI, PCI-X a AGP

Autobus a frekvencia	Špičková šírka pásma, MB/s
	v 32-bitovom režime	v 64-bitovom režime
PCI 33 MHz	133	266
PCI 66 MHz	266	532
PCI-X 100 MHz	Nepodporovať	800
PCI-X 133 MHz	Nepodporovať	1 GB/s
AGP 8X	2,1 GB/s	Nepodporovať

Ak dôkladne preskúmate signalizačnú technológiu používanú v PCI, je jasné, že už nie je možné zvýšiť výkon tejto viacbodovej paralelnej zbernice. Faktom je, že pre zbernicu PCI je ťažké implementovať zvýšenie frekvencie alebo zníženie napätia. Okrem toho nepodporuje funkcie ako pokročilá správa napájania, periférie vymeniteľné za chodu a funkcie QoS (inými slovami dostupnosť) pre garantovanú šírku pásma pre operácie v reálnom čase. Napokon, všetka dostupná šírka pásma zbernice PCI nepodporuje simultánny prenos dát v oboch smeroch. Mnohé dátové siete poskytujú paralelnú prevádzku, takže oneskorenie pri prenose správ je minimalizované.

Klientske systémy

Prvý variant zbernice PCI bol navrhnutý na podporu 2D grafiky, vysokovýkonných pevných diskov a sietí LAN. Krátko po nástupe PCI zvýšené požiadavky na šírku pásma 3D grafického subsystému prekročili možnosti 32-bitovej, 33 MHz PCI zbernice. Na vyriešenie tohto problému spoločnosť Intel Corporation (http://www.intel.com) spolupracovala s niekoľkými výrobcami grafických kariet na vývoji špecifikácie AGP, ktorá popisuje vyhradenú vysokorýchlostnú grafickú zbernicu. Zbernica AGP oslobodila PCI systém od grafických prenosov, čo umožnilo využiť jeho šírku pásma na iné dátové prenosy a I/O. Okrem toho Intel následne pridal vyhradené USB 2.0 a Serial ATA prepojenia na južný mostík svojich čipových súprav (HMC), čo ešte viac znížilo I/O záťaž na PCI zbernici. Na obr. Obrázok 1 zobrazuje vnútornú architektúru typického klientskeho systému PC a šírku pásma I/O a grafiky.

Úzke miesta klientskeho systému

Existuje niekoľko klientskych systémových zberníc, ktoré môžu obmedziť výkon v dôsledku neustáleho zlepšovania CPU, pamäte a I/O zariadení: zbernica PCI, zbernica AGP a prepojenie northbridge/southbridge.

PCI zbernica. Zbernica PCI poskytuje prenosové rýchlosti až 133 MB/s pre pripojené I/O zariadenia. Množstvo I/O zariadení dokáže využívať značnú časť tejto šírky pásma, takže ak pripojíte niekoľko takýchto zariadení, spoločná zbernica PCI nebude schopná zvládnuť prevádzku.

Na obr. Obrázok 2 zobrazuje požiadavky na šírku pásma pre rôzne sieťové protokoly, video aplikácie a externé zariadenia obsluhované zbernicou PCI. Ako môžete vidieť, viacbodová zdieľaná zbernica PCI je sotva schopná pracovať s modernými zariadeniami. Problém sa zhoršuje s príchodom nových periférnych zariadení využívajúcich ešte vyššie prenosové rýchlosti.

Napríklad Gigabit Ethernet vyžaduje šírku pásma 125 MB/s, inými slovami, tento sieťový protokol v skutočnosti úplne zaťažuje 133 MB/s PCI zbernicu. IEEE 1394b má maximálnu šírku pásma 100 MB/s a plne využíva aj štandardnú zbernicu PCI.

AGP. Za posledné desaťročie sa požiadavky na výkon videa zdvojnásobili každé dva roky. V tomto období prešla zbernica na prenos grafiky z PCI na AGP, potom z AGP na AGP 2X, AGP 4X a nakoniec na dnešnú AGP 8X.

AGP 8X beží rýchlosťou 2,134 GB/s. Napriek tejto šírke pásma spôsobuje postupné zvyšovanie požiadaviek na výkon zbernice AGP značné problémy s návrhom dosky a zvyšuje náklady na pripojenie. Rovnako ako v prípade zbernice PCI, rozšírenie možností zbernice AGP sa stáva zložitejším a nákladnejším so zvyšujúcou sa frekvenciou.

Kanál medzi severným a južným mostom. Zaťaženie zbernice PCI ovplyvňuje aj komunikáciu medzi severným a južným mostom, najmä pri použití SATA diskov a USB zariadení. V budúcnosti to bude vyžadovať kanál s väčšou šírkou pásma.

Serverové systémy

V serveroch bola pôvodná 32-bitová, 33MHz PCI zbernica rozšírená na 64-bitovú, 66MHz PCI zbernicu so šírkou pásma 532 MB/s. Frekvencia 64-bitovej zbernice bola zvýšená na 100 a až 133 MHz – táto možnosť sa nazýva PCI-X. Táto zbernica spája HMC serverového systému (alebo špičkovej dvojprocesorovej pracovnej stanice) s rozširujúcimi slotmi, gigabitovým Ethernetom a radičmi Ultra320 SCSI integrovanými na základnej doske. 64-bitová 133 MHz zbernica PCI-X poskytuje špičkovú šírku pásma 1 GB/s medzi systémovým NMS a I/O zariadením. To je teraz dostatočné pre väčšinu I/O operácií vrátane gigabitového Ethernetu, Ultra320 SCSI a 2 Gb Fibre Channel protokolov. PCI-X, podobne ako PCI, je však generická zbernica so svojimi vlastnými nevýhodami.

Skupina PCI Special Interest Group (PCI SIG, http://www.psisig.com) vyvinula špecifikáciu PCI-X 2.0, ktorá popisuje 64-bitovú, 266 MHz zbernicu PCI-X, ktorá má dvojnásobnú prenosovú rýchlosť 133- MHz PCI-X. Pri použití rozšírenej paralelnej zbernice PCI-X však existujú značné konštrukčné problémy. Jeho konektory sú objemné a drahé a jeho prísne konštrukčné požiadavky výrazne zvyšujú náklady na základné dosky so zvyšujúcou sa frekvenciou. Navyše pri vysokých frekvenciách je možné k zbernici PCI-X 2.0 pripojiť iba jedno I/O zariadenie v konfigurácii point-to-point.

Úzke miesta serverového systému

Na obr. 3 znázorňuje vnútorné prepojenie systému v typickom dvojprocesorovom serverovom systéme. V tejto architektúre je rozšírenie šírky pásma zabezpečené pomocou proprietárneho rozhrania medzi severným mostom a čipmi mosta PCI-X. Viaceré zbernice PCI-X sa pripájajú k vysokorýchlostným rozširujúcim slotom, 10Gb Ethernetu a jednotkám SAS/SATA. Ale táto architektúra má niekoľko nevýhod. Špeciálne mostíky PCI-X spájajú viacero paralelných zberníc PCI-X k vyhradenému sériovému prepojeniu HMC. Tento prístup je nákladný, neefektívny a má za následok oneskorenie prenosu medzi I/O zariadeniami a severným mostom. Tento prístup napríklad zahŕňa pripojenie 10 Gb/s sériovej siete k 64-bitovej paralelnej zbernici, ktorá je zase pripojená cez proprietárny PCI-X mostík k sériovému prepojeniu v severnom moste.

Ryža. 3. Moderná architektúra duálneho procesora.

Okrem toho, externá I/O technológia v serveroch novej generácie vyžaduje oveľa väčšiu šírku pásma, než môže poskytnúť 133 MHz zbernica PCI-X. Tieto technológie zahŕňajú štruktúry ako 10 Gb Ethernet, 10 Gb Fibre Channel a 4x Infiniband, ako aj budúce vysokorýchlostné rozhrania pevných diskov SATA a SAS 3 Gb/s. V prípade 10 Gb/s tkaniva môže každý 10 Gb/s port prenášať dáta v oboch smeroch špičkovou rýchlosťou 2 GB/s a 133 MHz PCI-X zbernica poskytuje maximálnu rýchlosť 1 GB/s. jedným smerom k jednému časovému okamihu. To znamená, že 133 MHz zbernica PCI-X zvládne maximálne 50 % špičkovej priepustnosti týchto tkanín.

Zatiaľ čo PCI-X 2.0 pri 266 MHz zdvojnásobí špičkovú šírku pásma PCI-X na 2 GB/s, stále to nebude stačiť na celkovú rýchlosť 4 GB/s, ktorú vyžaduje 10 Gb/s dvojportový látkový radič. Je jasné, že klientske systémy a servery potrebujú nahradiť paralelnú zbernicu PCI a jej varianty.

PCI Express

PCI Express poskytuje škálovateľnú, vysokorýchlostnú sériovú I/O zbernicu. Vrstvená architektúra PCI Express podporuje existujúce aplikácie a ovládače PCI prostredníctvom spätnej kompatibility s existujúcim modelom PCI. Najmä architektúra PCI Express definuje vysokovýkonnú škálovateľnú sériovú zbernicu point-to-point. Spojenie PCI Express pozostáva z dvoch jednosmerných prepojení, z ktorých každé je implementované ako vysielací pár a prijímací pár pre simultánny prenos v oboch smeroch. Každý pár pozostáva z dvoch nízkonapäťových párov diferenciálnych signálov. Časovač hodín je zabudovaný do každého páru a používa schému kódovania hodín 8b/10b na dosiahnutie vysokých dátových rýchlostí. Na obr. Obrázok 4 ukazuje PCI pruhy v porovnaní s PCI Express.

Ryža. 4. PCI verzus PCI Express.

Vrstvená architektúra PCI Express úroveň Konfigurácia/OS definuje štandardný mechanizmus (podľa špecifikácie PCI Plug-and-Play) na inicializáciu, číslovanie a konfiguráciu zariadenia. Táto vrstva komunikuje so softvérovou vrstvou, ktorá iniciuje prenos dát medzi perifériami alebo príjem dát z pripojených periférií. Rozhranie PCI Express bolo navrhnuté tak, aby bolo kompatibilné s existujúcimi operačnými systémami, ale budúce operačné systémy budú musieť podporovať výkonné funkcie tejto technológie. úroveň softvér generuje požiadavky na čítanie a zápis do periférnych zariadení. PCI Express poskytuje inicializáciu a kompatibilitu so softvérom PCI. Podobne ako PCI, aj inicializačný model PCI Express umožňuje OS objavovať nové hardvérové ​​zariadenia a prideľovať systémové prostriedky. PCI Express si zachováva konfiguračný priestor PCI a programovanie vstupno-výstupných zariadení a všetky operačné systémy sa na systémoch používajúcich PCI Express zavedú bez úprav. Model vykonávania softvéru PCI je tiež zachovaný, čo vám umožňuje spúšťať existujúci softvér bez akýchkoľvek úprav. úroveň transakciíčíta a zapisuje požiadavky zo softvérovej vrstvy do vrstvy dátového spojenia pomocou paketového protokolu a zabezpečuje, aby sa pakety odpovedí zhodovali so softvérovými požiadavkami. Táto vrstva podporuje 32-bitové a rozšírené 64-bitové adresovanie pamäte, pamäť PCI, I/O a konfiguračný adresný priestor, ako aj nový priestor správ pre správy, ako sú prerušenia a resety. odvádzané Vrstva pridáva do dátových paketov sekvenovanie paketov a detekciu chýb cyklického redundantného kódu (CRC), čím vytvára spoľahlivý mechanizmus prenosu dát medzi systémovým NMS a I/O radičom. Fyzické vrstva je založená na duálnych jednosmerných linkách PCI Express. To poskytuje flexibilitu a umožňuje použitie rôznych technológií a frekvencií. S týmto prístupom môže byť pôvodná kremíková technológia nakoniec nahradená inováciami, ktoré zostávajú spätne kompatibilné. Napríklad technológia optických vlákien môže byť použitá na zvýšenie rýchlosti prenosu dát. Mechanickýúroveň definuje faktory tvaru periférií. Vrstvy architektúry PCI Express

Šírka pásma pripojenia PCI Express sa dá škálovať pridaním párov signálov na vytvorenie viacerých pruhov medzi dvoma zariadeniami. Špecifikácia podporuje šírky riadkov x1, x4, x8 a x16 a podľa toho rozdeľuje dátové bajty medzi riadky. Keď sa dvaja agenti na oboch koncoch PCI Express linky dohodnú na šírke linky a prenosovej frekvencii, prenesú sa dátové bajty rozdelené pozdĺž liniek s kódovaním.

Základný kanál x1 má maximálnu nespracovanú šírku pásma 2,5 Gbps. Keďže zbernica je obojsmerná (dáta je možné posielať oboma smermi súčasne), efektívna surová prenosová rýchlosť je 5 Gbps. V tabuľke. Tabuľka 2 ukazuje rýchlosti prenosu údajov s kódovaním a bez neho pre implementáciu liniek x1, x4, x8 a x16, ktoré sú definované v prvej verzii PCI Express.

Tabuľka 2. Šírka pásma PCI Express

V budúcich implementáciách PCI Express sa frekvencia prenosu dát cez kanál ešte zvýši. Napríklad po nástupe druhej generácie PCI Express sa prenosová frekvencia zvýši minimálne o dvojnásobok. Pri architektúre point-to-point je celá šírka pásma každej zbernice PCI Express pridelená zariadeniu na konci spojenia. Niekoľko zariadení PCI môže pracovať súčasne bez toho, aby sa navzájom rušili.

PCI Express, na rozdiel od PCI, má minimálne signály postranného pásma a časové pečiatky a informácie o adrese sú vložené do údajov. To je dôvod, prečo táto technológia poskytuje veľkú šírku pásma na pin I/O konektora v porovnaní s PCI (obr. 5). Výsledkom sú konektory, ktoré sú efektívnejšie, menšie a lacnejšie.

Technológia PCI Express spoľahlivo poskytuje vyššie prenosové rýchlosti prostredníctvom nízkonapäťových diferenciálnych signálov. Pri tomto prístupe ide signál zo zdroja do prijímača po dvoch líniách: "pozitívny" obraz sa posiela pozdĺž jednej línie a "negatívny" alebo "invertovaný" obraz signálu sa posiela pozdĺž druhej. Kvôli prísnym pravidlám smerovania šum, ktorý ovplyvňuje jednu linku, ovplyvňuje druhú. Prijímač prijíma oba signály, invertuje negatívnu verziu späť na pozitívnu a sčítava dva zozbierané signály, čím účinne odstraňuje šum.

Pôvodná špecifikácia PCI Express definovala grafické karty až do 75W. V súčasnosti sa vyvíja nová špecifikácia grafiky PCI Express pre karty do 150W. Tieto špecifikácie sú v súlade s požiadavkami grafických adaptérov, ktoré majú v súčasnosti limit výkonu 41 W pre bežné karty AGP a 110 W pre karty AGP Pro 110.

Šírka pásma PCI Express Šírka pásma PCI Express sa bežne označuje ako „kódovaná“ šírka pásma. PCI Express používa kódovanie 8b/10b, ktoré prekladá 8-bitové dáta do 10-bitovej sekvencie prenášaných znakov. Tento prístup zlepšuje fyzický signál, čo uľahčuje časovanie bitov, zjednodušuje návrh prijímačov a vysielačov, zlepšuje detekciu chýb a rozlišuje riadiace znaky od údajových znakov. „Zakódovaná“ základná šírka pásma x1 PCI Express je 5 Gb/s. Presnejší údaj však poskytuje „nešifrovaná“ šírka pásma, ktorá je z 80 % „kódovaná“, teda 4 Gbit/s. V tabuľke. Obrázok 2 zobrazuje šírku pásma PCI Express s kódovaním a bez neho.

Pokročilé funkcie PCI Express

PCI Express má pokročilé funkcie, ktoré budú postupne zavádzané, keďže sú podporované operačnými systémami a zariadeniami a ako ich používajú aplikácie. Zoznam týchto funkcií zahŕňa:

• pokročilá správa napájania;
• podpora dátovej prevádzky v reálnom čase;
• hot swap;
• integrita údajov a spracovanie chýb.

Pokročilý energetický manažment

Správa v PCI Express vám umožňuje znížiť spotrebu energie, keď zbernica nie je aktívna (tj neprenášajú sa dáta medzi komponentmi a perifériami). Rozhranie PCI Express musí byť neustále aktívne, aby vysielač a prijímač fungovali synchronizovane. Ak to chcete urobiť, ak nie sú k dispozícii žiadne údaje na prenos, neustále sa odosielajú prázdne znaky, prijímač ich dekóduje a zahodí. Tento proces spotrebúva dodatočnú energiu, čo znižuje najmä výdrž batérie notebookov a PDA.

Na vyriešenie tohto problému špecifikácia PCI Express definuje dva stavy pripojenia s nízkou spotrebou energie a protokol ASPM (Active-State Power Management). Keď sa prepojenie PCI Express nepoužíva, môže prejsť do jedného z dvoch stavov nízkej spotreby. Tieto stavy šetria energiu, ale vyžadujú čas na obnovenie na opätovnú synchronizáciu vysielača a prijímača, keď je potrebné preniesť údaje. Čím dlhší je čas obnovy (alebo oneskorenie), tým nižšia je spotreba energie.

Podpora premávky v reálnom čase

PCI Express na rozdiel od PCI podporuje izochrónny (alebo časovo závislý) prenos dát a rôzne úrovne QoS. Tieto funkcie sú implementované pomocou „virtuálnych kanálov“, ktoré zabezpečujú, že špecifické dátové pakety dorazia na svoju cieľovú adresu v danom časovom bode. PCI Express podporuje viacero izochrónnych virtuálnych okruhov (každý s nezávislou reláciou) na jeden pruh. Všetky tieto kanály môžu mať rôznu dostupnosť. Toto kompletné riešenie je navrhnuté pre aplikácie vyžadujúce doručovanie dát v reálnom čase (ako je zvuk a video v reálnom čase).

Hot swap

Systémy založené na PCI nemajú vstavanú podporu pre I/O karty vymeniteľné za chodu. Po vydaní štandardu PCI bola ako doplnok k nemu vyvinutá funkcia hot-swapping serverových kariet a PC kariet s obmedzenými schopnosťami. Tieto riešenia sú navrhnuté tak, aby spĺňali rastúce požiadavky serverov a notebookov. Po prvé, je často ťažké alebo nemožné naplánovať vypnutie servera kvôli výmene alebo inštalácii periférnych kariet. I/O zariadenia vymeniteľné za chodu minimalizujú prestoje. Po druhé, používatelia notebookov musia za chodu vymeniť karty, ktoré poskytujú I/O funkcie, ako sú mobilný disk a sieť.

PCI Express má natívnu podporu pre periférie I/O vymeniteľné za chodu. Jeden programovací model možno použiť pre všetky tvarové faktory PCI Express.

Integrita údajov a spracovanie chýb

Rozhranie PCI Express podporuje integritu dát na úrovni linky pre všetky typy transakčných paketov a dátových liniek. To zaisťuje integritu dát pri prenose pre aplikácie s vysokou dostupnosťou, najmä tie, ktoré bežia na serverových systémoch. PCI Express tiež podporuje spracovanie chýb PCI a používa pokročilý mechanizmus hlásenia a spracovania chýb, ktorý zlepšuje možnosti riešenia na izoláciu chýb a obnovu.

PCI Express Form Factors

Pre klientske systémy, servery a notebooky boli vyvinuté rôzne tvarové faktory PCI Express. Patria sem štandardné a nízkoprofilové karty pre stolné počítače, pracovné stanice a servery, karty Mini Card pre prenosné počítače, karty ExpressCard pre prenosné počítače a stolné počítače a serverové I/O moduly (SIOM).

Štandardné a nízkoprofilové karty

V súčasnosti dostupné štandardné a nízkoprofilové karty PCI sa používajú na rôznych platformách vrátane serverov, pracovných staníc a stolných počítačov. PCI Express tiež definuje štandardné a nízkoprofilové karty, ktoré môžu nahradiť a koexistovať so staršími kartami PCI. Tieto karty majú rovnakú veľkosť ako karty PCI a sú vybavené zadnými držiakmi na pripojenie externých káblov.

Karty PCI a PCI Express sa líšia I/O konektormi – x1 PCI Express konektor má 36 pinov, zatiaľ čo štandardný PCI konektor má 120.

Konektor x1 PCI Express je oveľa menší ako karta PCI. Vedľa slotu PCI Express je malá zástrčka, ktorá bráni jeho zasunutiu do slotu PCI. Štandardné a nízkoprofilové tvarové faktory tiež podporujú implementácie x4, x8 a x16. Na obr. Obrázok 6 zobrazuje rozmery konektorov PCI v porovnaní s konektormi PCI, AGP 8X a PCI-X, ktoré nahradia na základnej doske.

V tabuľke. Tabuľka 3 uvádza požiadavky na kompatibilitu pre štandardné a nízkoprofilové karty PCI Express. Kartu x1 možno použiť vo všetkých štyroch slotoch systémovej dosky: x1, x4, x8 a x16. Keď je karta x1 vložená do slotu s vyššou rýchlosťou, spojovacia vrstva zníži rýchlosť pripojenia na x1.

Tabuľka 3 Kompatibilita kariet PCI Express

Implementácia PCI Express	slot x1	Slot x4	Slot x8	Slot x16
Mapa x1	Potreba	Potreba	Potreba	Potreba
Mapa x4	nie	Potreba	Povolený	Povolený
Mapa x8	nie	Povolený*	Potreba	Povolený
Mapa x16	nie	nie	nie	Potreba
*Táto implementácia bude mať x8 konektor na x4 slote, t.j. x8 karty môžu byť vložené do takéhoto slotu, ktorý však pobeží rýchlosťou x4.

Prechod na karty PCI Express

Klientske systémové dosky postupne prejdú z konektorov PCI na konektory x1 PCI Express. Pracovné stanice sa podľa toho presunú z PCI na x1 PCI Express slot a z PCI-X na x4 PCI Express. Konektor AGP 8X bude nahradený konektorom x16 PCI Express. Na rozdiel od AGP ho možno použiť pre iné karty PCI Express, ak nie je potrebná grafická karta PCI Express.

Servery postupne prejdú z konektorov PCI-X na väčšinou x4 a x8. Použitie kombinácie PCI Express a PCI/PCI-X slotov v serverových systémoch umožní zákazníkom prispôsobiť sa novej technológii pri zachovaní podpory pre staršie systémy.

Zoberme si príklad typického moderného klientskeho systému a rozširujúcej dosky PCI Express. Základná doska PCI obsahuje päť štandardných PCI slotov a jeden AGP slot. Základná doska PCI Express má tiež šesť I/O slotov, ale iba tri z nich sú sloty PCI a dva ďalšie sú konektory x1 PCI Express a jeden je konektor x16 PCI Express nahrádzajúci slot AGP 8X. Konektory PCI Express na základných doskách sú niekedy čierne, aby sa odlíšili od bielych slotov PCI a hnedých AGP.

Samozrejme, prvé zariadenia, ktoré prejdú na karty PCI Express, budú tie s vyššími požiadavkami na šírku pásma. Na klientskych systémoch sú to grafické adaptéry, adaptéry IEEE 1394, gigabitový Ethernet a TV tunery a na serverových systémoch karty Ultra320 SCSI RAID, Fibre Channel HBA a karty Gigabit Ethernet a 10 Gigabit Ethernet. Očakáva sa, že cena týchto dosiek bude porovnateľná s cenou podobných PCI-X a v niektorých prípadoch ešte nižšia. Ostatné karty sa tiež postupne presunú na PCI Express, ale môže trvať niekoľko rokov, kým začnú túto technológiu využívať nízkonákladové karty s nízkou šírkou pásma (napríklad modemy). Tak, ako to bolo v prípade prechodu z ISA na PCI zbernicu, PCI a PCI Express budú koexistovať ešte mnoho rokov.

PCI Express Mini karta

Karty PCI Express Mini Card nahradia Mini PCI, čo je malá interná karta, ktorá je svojou funkčnosťou podobná kartám PCI pre stolné počítače. Karty Mini PCI sa používajú hlavne na sieťové funkcie v komerčných alebo vlastných prenosných počítačoch. PCI Express Mini Card má polovičnú veľkosť ako Mini PCI, čo umožňuje dizajnérom notebookov poskytnúť priestor pre jednu alebo dve karty v závislosti od veľkosti počítača.

Karta PCI Express Mini Card môže používať PCI Express a/alebo USB 2.0. Slot PCI Express Mini Card na základnej doske musí podporovať kanál x1 PCI Express aj USB 2.0. Podpora USB 2.0 uľahčí prechod na PCI Express, pretože výrobcovia periférnych zariadení potrebujú určitý čas na implementáciu podpory PCI Express do svojich čipových súprav. Počas prechodného obdobia možno kartu PCI Express Mini Card jednoducho pripojiť pomocou USB 2.0.

expresná karta

ExpressCard je malá modulárna prídavná karta, ktorá by mala v priebehu niekoľkých rokov nahradiť PC Card. Špecifikáciu ExpressCard vyvinula Medzinárodná asociácia pamäťových kariet osobných počítačov (PCMCIA, http://www.pcmcia.org). Formát ExpressCard poskytuje náhradu karty PC Card s menšou veľkosťou, nižšou cenou a vyšším výkonom. Podobne ako karta PCI Express Mini Card, aj modul ExpressCard podporuje kanály x1 PCI Express a USB 2.0. Nízka cena ho robí optimálnym pre stolové systémy so zníženým tvarovým faktorom. Modul ExpressCard má tiež nízku spotrebu energie a je možné ho vložiť za tepla. S najväčšou pravdepodobnosťou sa ExpressCards budú používať v sieťových kartách, pevných diskoch a budúcich I/O technológiách.

I/O modul servera PCI Express

Masový výskyt modulov SIOM sa očakáva po vydaní druhej generácie PCI Express. PCI Express SIMOM poskytuje tvarový faktor, ktorý sa ľahko inštaluje a vymieňa. Bude modulárny, čo umožní inštaláciu a údržbu I/O kariet bez prerušenia prevádzky systému a bez otvárania skrinky počítača.

SIMOM poskytuje radikálnejšiu zmenu tvarového faktora ako iné možnosti PCI Express. Vyrieši veľa problémov so serverovými kartami PCI a PCI-X. Dizajn SIMO robí karty spoľahlivejšími, čo je dôležité najmä v dátových centrách. Modul bol navrhnutý aj s ohľadom na nútenú ventiláciu, pretože výkonné servery sa vyznačujú vysokým odvodom tepla. Prúdy chladiaceho vzduchu môžu byť zozadu, nad alebo pod modulom. Táto flexibilita poskytuje návrhárom systémov väčšiu slobodu pri vyhodnocovaní možností chladenia pre rackové systémy vybavené SIOM.

Moduly SIOM s najväčším tvarovým faktorom sú schopné vykonávať pomerne zložité funkcie a využívať celú škálu liniek PCI Express.

Príklady systémov s PCI Express

Zvážte, ako možno technológiu PCI Express implementovať do klientskych a serverových systémov. Na začiatku kanál x16 PCI Express nahradí zbernicu AGP medzi grafickým subsystémom a severným mostom. Možnosť PCI Express môže tiež nahradiť prepojenie medzi oboma mostami HMC. Existuje tiež niekoľko liniek PCI Express od južného mosta po radič sieťového rozhrania (NIC), zariadenia IEEE 1394 a ďalšie periférne zariadenia. Southbridge bude naďalej podporovať staršie sloty PCI.

Táto architektúra poskytuje zákazníkom niekoľko dôležitých výhod. Desktopové systémy budú ešte dlho vybavené zbernicami PCI aj PCI Express. Prvé generácie PCI Express serverov budú mať aj PCI-X sloty pre staršie PCI-X karty. Pre zjednodušenie prechodu je zabezpečená ochrana proti chybnej inštalácii PCI do PCI Express slotov a PCI Express kariet do PCI slotov. Okrem toho PCI Express umožňuje široké využitie Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, 1394b a ďalších vysokorýchlostných zariadení v klientskych systémoch. Podporuje tiež rastúce požiadavky na šírku pásma grafických subsystémov.

PCI Express možno použiť v dvojprocesorovej serverovej architektúre, čo výrazne zjednodušuje systém. PCI Express pruhy pre I/O zariadenia a sloty sa pripájajú priamo k severnému mostu. Tento prístup poskytuje množstvo výhod. Prvým je veľká šírka pásma pre I/O ďalšej generácie, ako je 10 Gigabit Ethernet a x4 Infiniband textílie. Napríklad prepojenie x8 PCI Express je schopné poskytnúť maximálnu šírku pásma, ktorú vyžaduje dvojportový radič s rýchlosťou 10 Gb/s.

Po druhé, náklady na implementáciu sa znížia. K systémovej čipovej súprave je možné pripojiť viac slotov a integrovaných I/O zariadení, čím sa zníži počet premosťovacích čipov a znížia sa požiadavky na smerovanie signálu na základnej doske. Nakoniec, odstránením použitia premosťovacieho čipu PCI-X sa zníži latencia prenosu medzi I/O zariadeniami a CPU a pamäťou.

Technológia PCI Express teda poskytuje spoľahlivé a škálovateľné sériové pripojenie, ktoré je spätne kompatibilné s PCI. Rovnako ako PCI sa bude používať na širokej škále existujúcich platforiem vrátane serverov, notebookov, stolných počítačov a pracovných staníc. Umožní tiež inovatívny dizajn modulárnych počítačových systémov.

Štandard PCI Express je jedným zo základov moderných počítačov. Sloty PCI Express už dlho zaujímajú pevné miesto na akejkoľvek základnej doske stolného počítača a nahrádzajú iné štandardy, ako napríklad PCI. Ale aj štandard PCI Express má svoje vlastné odrody a vzory pripojenia, ktoré sa navzájom líšia. Na nových základných doskách, počnúc rokom 2010, môžete na jednej základnej doske vidieť celý rad portov, označených ako PCIe alebo PCI-E, ktoré sa môžu líšiť v počte riadkov: jeden x1 alebo niekoľko x2, x4, x8, x12, x16 a x32.

Poďme teda zistiť, prečo je medzi zdanlivo jednoduchým periférnym portom PCI Express taký zmätok. A aký je účel každého štandardu PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 a x32?

Čo je zbernica PCI Express?

V roku 2000, keď sa starnúci štandard PCI (rozšírené – prepojenie periférnych komponentov) presadil na PCI Express, tento mal jednu obrovskú výhodu: namiesto sériovej zbernice, ktorou bola PCI, bola prístupová zbernica typu point-to-point. použité. To znamenalo, že každý jednotlivý port PCI a karty v ňom nainštalované mohli naplno využívať maximálnu šírku pásma bez toho, aby sa navzájom rušili, ako to bolo pri pripojení k PCI. V tých časoch bol počet periférií vložených do rozširujúcich kariet bohatý. Sieťové karty, zvukové karty, TV tunery a tak ďalej – to všetko si vyžadovalo dostatočné množstvo prostriedkov PC. Ale na rozdiel od štandardu PCI, ktorý využíval spoločnú zbernicu na prenos dát s niekoľkými paralelne pripojenými zariadeniami, PCI Express, ak sa uvažuje vo všeobecnosti, je paketová sieť s hviezdicovou topológiou.

PCI Express x16, PCI Express x1 a PCI na jednej doske

Laicky si predstavte svoj stolný počítač ako malý obchod s jedným alebo dvoma predajcami. Starý štandard PCI bol ako obchod s potravinami: všetci čakali v rade na obsluhu, mali problémy s rýchlosťou obsluhy, obmedzenou na jedného predajcu za pultom. PCI-E je skôr hypermarket: každý zákazník sa presúva za potravinami po svojej individuálnej trase a objednávky pri pokladni prijíma niekoľko pokladníkov naraz.

Je zrejmé, že v rýchlosti obsluhy hypermarket niekoľkonásobne prevyšuje bežnú predajňu, a to z toho dôvodu, že predajňa si nemôže dovoliť priepustnosť viacerých predajcov pri jednej pokladni.

Tiež s vyhradenými dátovými pruhmi pre každú rozširujúcu kartu alebo vstavané komponenty základnej dosky.

Vplyv počtu liniek na priepustnosť

Teraz, aby sme rozšírili našu metaforu obchodu a hypermarketu, predstavme si, že každé oddelenie hypermarketu má svoje pokladne vyhradené len pre nich. Tu prichádza myšlienka viacerých dátových pruhov.

PCI-E prešlo od svojho vzniku mnohými zmenami. V súčasnosti nové základné dosky zvyčajne používajú verziu 3 štandardu, pričom rýchlejšia verzia 4 sa stáva bežnejšou, pričom verzia 5 sa očakáva v roku 2019. Rôzne verzie však používajú rovnaké fyzické pripojenia a tieto pripojenia môžu byť vytvorené v štyroch základných veľkostiach: x1, x4, x8 a x16. (porty x32 existujú, ale na bežných základných doskách počítačov sú extrémne zriedkavé).

Rôzne fyzické veľkosti portov PCI-Express umožňujú jasne ich oddeliť počtom súčasných pripojení k základnej doske: čím je port fyzicky väčší, tým viac maximálnych pripojení môže preniesť na kartu alebo naopak. Tieto zlúčeniny sa tiež nazývajú linky. Jedna linka môže byť považovaná za stopu pozostávajúcu z dvoch signálových párov: jeden na odosielanie údajov a druhý na príjem.

Rôzne verzie štandardu PCI-E umožňujú rôzne rýchlosti v každom pruhu. Vo všeobecnosti však platí, že čím viac pruhov je na jednom porte PCI-E, tým rýchlejšie môžu dáta prúdiť medzi periférnym zariadením a zvyškom počítača.

Vráťme sa k našej metafore: ak hovoríme o jednom predajcovi v obchode, potom pruh x1 bude tento jediný predajca obsluhujúci jedného klienta. Predajňa so 4 pokladňami má už 4 linky x4. A tak ďalej, pokladnice môžete maľovať počtom riadkov vynásobením 2.

Rôzne PCI Express karty

Typy zariadení pomocou PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 a x32

Pre verziu PCI Express 3.0 je celková maximálna rýchlosť prenosu dát 8 GT / s. V skutočnosti je rýchlosť verzie PCI-E 3 o niečo nižšia ako jeden gigabajt za sekundu na jazdný pruh.

Zariadenie, ktoré využíva port PCI-E x1, ako napríklad nízkoenergetická zvuková karta alebo Wi-Fi anténa, bude teda schopné prenášať dáta maximálnou rýchlosťou 1 Gb/s.

Karta, ktorá sa fyzicky zmestí do väčšieho slotu - x4 alebo x8, napríklad rozširujúca karta USB 3.0 bude schopná prenášať dáta štyrikrát alebo osemkrát rýchlejšie, resp.

Prenosová rýchlosť portov PCI-E x16 je teoreticky obmedzená na maximálnu šírku pásma asi 15 Gbps. To je v roku 2017 viac než dosť pre všetky moderné grafické karty vyvinuté spoločnosťami NVIDIA a AMD.

Väčšina diskrétnych grafických kariet používa slot PCI-E x16

Protokol PCI Express 4.0 vám umožňuje použiť už 16 GT / s a ​​PCI Express 5.0 použije 32 GT / s.

V súčasnosti však neexistujú žiadne komponenty, ktoré by mohli využívať toto množstvo šírky pásma s maximálnou šírkou pásma. Moderné špičkové grafické karty zvyčajne používajú štandard x16 PCI Express 3.0. Nemá zmysel používať rovnaké šírky pásma pre sieťovú kartu, ktorá bude využívať iba jeden pruh na porte x16, pretože ethernetový port je schopný prenášať dáta len do jedného gigabitu za sekundu (čo je asi jedna osmina šírky pásma jeden pruh PCI-E – pamätajte: osem bitov v jednom byte).

Na trhu je možné nájsť PCI-E SSD disky, ktoré podporujú x4 port, no vyzerajú, že ich čoskoro nahradí rýchlo sa rozvíjajúci nový štandard M.2. pre SSD disky, ktoré môžu využívať aj zbernicu PCI-E. Špičkové sieťové karty a nadšený hardvér, ako sú radiče RAID, používajú kombináciu formátov x4 a x8.

Veľkosti portov a linky PCI-E sa môžu líšiť

Toto je jedna z mätúcich úloh PCI-E: port môže byť vyrobený vo formáte x16, ale nemá dostatok pruhov na prenos údajov, napríklad iba x4. Je to preto, že aj keď PCI-E môže prenášať neobmedzený počet jednotlivých pripojení, stále existuje praktické obmedzenie šírky pásma čipovej sady. Lacnejšie základné dosky s lacnejšími čipsetmi môžu mať iba jeden slot x8, aj keď tento slot môže fyzicky obsahovať kartu x16.

Základné dosky zamerané na hráčov navyše obsahujú až štyri plné x16 PCI-E sloty a toľko pruhov pre maximálnu priepustnosť.

Je zrejmé, že to môže spôsobiť problémy. Ak má základná doska dva x16 sloty, ale jeden z nich má len x4 pruhy, tak pridanie novej grafickej karty zníži výkon toho prvého až o 75 %. Toto je, samozrejme, len teoretický výsledok. Architektúra základných dosiek je taká, že neuvidíte prudký pokles výkonu.

Správna konfigurácia dvoch grafických kariet musí využívať presne dva x16 sloty, ak chcete maximálny komfort z tandemu dvoch grafických kariet. Manuál v kancelárii vám pomôže zistiť, koľko riadkov na vašej základnej doske má ten alebo ten slot. webová stránka výrobcu.

Niekedy výrobcovia dokonca označujú počet riadkov na textolite základnej dosky vedľa slotu.

Jedna vec, ktorú si treba uvedomiť, je, že kratšia karta x1 alebo x4 sa fyzicky zmestí do dlhšieho slotu x8 alebo x16. Konfigurácia kontaktov elektrických kontaktov to umožňuje. Prirodzene, ak je karta fyzicky väčšia ako slot, nebude fungovať jej vloženie.

Pamätajte si teda, že pri kúpe rozširujúcich kariet alebo inovácii súčasných musíte vždy pamätať na veľkosť slotu PCI Express a počet požadovaných pruhov.

V súčasnosti v oblasti komplexnej elektroniky dochádza k aktívnemu a rýchlemu zavádzaniu nových technológií, v dôsledku čoho môžu niektoré komponenty systému zastarať a nie je možné ich aktualizovať atď.

V tejto súvislosti je potrebné k nim pripojiť rôzne doplnky, pre ktoré sú často potrebné určité adaptéry.

V tomto článku sa pozrieme na pci-e pci adaptér, ako funguje a aké funkcie má.

Definícia

Čo je toto zariadenie a na čo slúži? Presne povedané, ide o vstupnú a výstupnú zbernicu, ktorá sa pripája k osobnému počítaču.

K samotnej zbernici, teda k adaptéru, môžete pripojiť určitý (rôzny v závislosti od konfigurácie) počet externých periférnych zariadení.

Sériové pripojenie spája tieto periférne zariadenia s počítačom.

Hlavnou charakteristikou takéhoto zariadenia je jeho priepustnosť.

Práve ona charakterizuje (vo všeobecnom prípade) kvalitu práce, jej rýchlosť a rýchlosť počítača a takto prepojených prvkov.

Priepustná charakteristika je vyjadrená počtom spojovacích vedení (od 1 do 32).

V závislosti od tejto základnej charakteristiky sa môže výrazne líšiť aj cena tohto zariadenia. To znamená, že čím lepšia je táto charakteristika (ukazovateľ je vyšší), tým vyššie sú náklady na takéto zariadenie. Okrem toho veľa závisí od stavu výrobcu, spoľahlivosti zariadenia a jeho trvanlivosti. V priemere cena začína od 250 do 500 rubľov (pre ázijské výrobky s nízkou šírkou pásma), až do 2 000 rubľov (pre európske a japonské zariadenia s vysokou šírkou pásma).

technické údaje

Z technického hľadiska takéto zariadenie má tri zložky:

Vyššie bolo napísané o mimoriadnej dôležitosti šírky pásma zariadenia pre jeho normálne fungovanie.

Čo je priepustnosť? Ak chcete odpovedať na túto otázku, musíte pochopiť princíp fungovania takéhoto adaptéra.

Je schopný súčasného obojsmerného pripojenia (karta na perifériu a periféria na kartu) zariadenia.

V tomto prípade môže prenos údajov prebiehať cez jednu alebo niekoľko liniek.

Čím viac takýchto liniek, tým stabilnejšie zariadenie pracuje, tým väčšia je jeho šírka pásma a tým rýchlejšie bude periférne zariadenie.

Dôležité! V závislosti od počtu riadkov môže mať zariadenie rôzne konfigurácie: x1, x2, x4, x8, x12, x16, x32. Na obrázku je priamo vyznačený počet jazdných pruhov pre obojsmerný súčasný prenos informácií. Každý z týchto pásikov pozostáva z dvoch párov drôtov (pre prenos v dvoch smeroch).

Ako je zrejmé z popisu, táto konfigurácia výrazne ovplyvňuje náklady na zariadenie.

Aký to má ale praktický význam, má naozaj zmysel míňať pri kúpe zariadenia navyše?

To priamo závisí od toho, koľko plánujete pripojiť k základnej doske - čím viac ich je, tým väčšiu šírku pásma zariadenie potrebuje na udržanie stabilného počítača.

Šifrovanie

Pri takomto systéme prenosu informácií sa používa špecifický systém, ktorý ich chráni pred skreslením a stratou.

Tento spôsob ochrany je označený ako 8V/10V.

Ide o to, že na prenos 8 bitov potrebných informácií sa musia použiť ďalšie 2 obslužné bity na implementáciu bezpečnosti a ochrany proti skresleniu.

Pri použití takéhoto adaptéra sa 20% servisných informácií neustále prenáša do počítača, ktorý nenesie žiadnu záťaž a používateľ ho nepotrebuje. Ale je to ona, ktorá síce zaťažuje (avšak veľmi mierne), zabezpečuje stabilitu zbernice a periférnych zariadení.

Príbeh

Začiatkom roku 2000 sa rozširujúci slot AGP aktívne používal, práve s jeho pomocou .

V určitom okamihu sa však dosiahol jeho maximálny technicky možný výkon a bolo potrebné vytvoriť nový typ adaptéra.

A čoskoro sa objavil PCI-E - bol to rok 2002.

Okamžite sa objavila potreba adaptéra, ktorý by vám umožnil nainštalovať nové grafické riešenia do zastaraného rozširujúceho slotu alebo naopak.

Preto v roku 2002 mnohí vývojári a výrobcovia začali vážne vytvárať takýto adaptér.

V tom čase malo zariadenie jednu dôležitú vlastnosť - schopnosť upgradovať PC minimálnou sumou, pretože namiesto výmeny základnej dosky stačil relatívne lacný adaptér.

Ale vývoj nebol úspešný, pretože v tom čase stáli takmer rovnako ako prvé adaptéry, a preto bolo potrebné vyvinúť jednoduchšiu konfiguráciu adaptéra.

Zaujímavé je, že výrobcovia tiež dôsledne zvyšovali priepustnosť takýchto zariadení. Ak to pre prvé konfigurácie nebolo viac ako 8 Gb / s, potom pre druhé to už bolo 16 Gb / s a ​​pre tretie - 64 Gb / s. Tým sa splnili požiadavky zvyšujúceho sa zaťaženia vyplývajúceho z modernizácie periférnych zariadení.

Zároveň sú sloty s rôznymi prenosovými rýchlosťami kompatibilné s akýmikoľvek zariadeniami nižšej „rýchlostnej“ úrovne.

To znamená, že ak k slotu tretej generácie pripojíte grafickú platformu druhej alebo prvej generácie, slot sa automaticky prepne do iného rýchlostného režimu zodpovedajúceho pripojenému zariadeniu.

Rozdiely medzi PCI a PCI-E

Aké sú konkrétne rozdiely medzi týmito dvoma konfiguráciami?

Z hľadiska technických a prevádzkových charakteristík je PCI podobný AGP, zatiaľ čo PCI-E je zásadne nový vývoj.

Zatiaľ čo PCI poskytuje paralelný prenos informácií, PCI-E poskytuje sériový prenos, vďaka čomu sa dosahuje výrazne vyššia rýchlosť prenosu informácií a výkon aj s použitím adaptéra.

Prečo je to potrebné?

Prečo je takýto adaptér potrebný a na čo sa dá použiť, dá sa bez neho zaobísť?

Je potrebné pochopiť, že väčšina používateľov sa bez tohto vybavenia zaobíde, pretože to nie je potrebné ani na starých počítačoch, ktoré podliehajú značnému opotrebovaniu.

Ide o doplnkovú výbavu, ktorá v niektorých prípadoch zlepší funkčnosť vášho PC, ale bez ktorej sa bežný používateľ zaobíde.

V skutočnosti použitie takéhoto adaptéra dáva iba jednu hlavnú výhodu - možnosť pripojiť k pamäťovej karte určitý počet periférnych zariadení, pričom je nemožné pripojiť ich priamo. Týmto spôsobom môžete napríklad pripojiť samostatné video alebo okrem toho hlavné.

Pomerne pohodlnou funkciou môže byť aj súčasné rýchle vypnutie všetkých periférnych zariadení v prípade potreby.

Napríklad v prípade, keď sa výkon počítača zníži alebo z iných dôvodov. V tomto prípade používateľ nemusí dlho programovo deaktivovať komponenty.

Vrstva fyzického rozhrania umožňuje elektrickú aj optickú implementáciu. Základné zapojenie elektrického rozhrania (1x) pozostáva z dvoch diferenciálnych párov nízkonapäťových signálov - vysielacieho (signály PETp0, PETn0) a prijímacieho (PERp0, PERn0). Rozhranie využíva jednosmerné oddelenie vysielačov a prijímačov, čo zabezpečuje kompatibilitu komponentov bez ohľadu na technológiu výroby komponentov a odstraňuje niektoré problémy s prenosom signálu. Na prenos sa používa samosynchronizujúce kódovanie, ktoré umožňuje dosahovať vysoké prenosové rýchlosti. Základná rýchlosť je 2,5 Gbps nespracovaných dát (po kódovaní 8B/10B) v každom smere, v budúcnosti sa plánujú vyššie rýchlosti. Pre škálovanie priepustnosti je možné agregovať signálne vedenia (pruhy, signálne páry v elektrickom rozhraní) o rovnaký počet v oboch smeroch. Špecifikácia zohľadňuje možnosti pripojenia 1, 2, 4, 8, 12, 16 a 32 liniek (označované ako x1, x2, x4, x8, x12, x16 a x32); dáta prenášané medzi nimi sú distribuované bajt po byte. V každej z liniek sa autosynchronizácia vykonáva nezávisle, takže fenomén prenosu (metla paralelných rozhraní) chýba. Dosiahnuteľné sú teda rýchlosti až 32×2,5 = 80 Gb/s, čo zhruba zodpovedá špičkovej rýchlosti 8 GB/s. Počas inicializácie hardvéru sa pri každom pripojení dohodne počet liniek a prenosová rýchlosť; vyjednávanie prebieha na nízkej úrovni bez akéhokoľvek zapojenia do programovania. Dohodnuté parametre pripojenia sú platné po celú dobu nasledujúcich prác.

Poskytnutie „horúceho“ pripojenia na fyzickej vrstve PCI Express si nevyžaduje žiadne dodatočné náklady na hardvér, pretože pripojenie typu point-to-point neovplyvňuje „extra“ účastníkov. Bezpečné prepínanie signálov nie je potrebné, možnosti pripojeného zariadenia nijako neovplyvňujú prevádzkové režimy iných zariadení.

Malý počet signálnych kolíkov rozhrania poskytuje väčšiu slobodu pri výbere konštruktívnych implementácií PCI Express:

• spojovacie komponenty v rámci dosky;
• sloty a rozširujúce karty v prevedení PC/AT a ATX;
• interné a externé rozširujúce karty mobilných počítačov;
• vstupno-výstupné moduly malých rozmerov pre servery a komunikačné zariadenia;
• moduly pre priemyselné počítače;
• odpojiteľné pripojenie "dcérskych" kariet (mezanínové rozhranie);
• blokovať káblové spojenia.

Pre rozširujúce karty v prevedení PC/AT a ATX sú k dispozícii rôzne modifikácie konektora-slotu PCI Express, ktoré sa líšia počtom párov signálových liniek (x1, x4, x8, x16) a podľa toho aj veľkosťou (viď. obrázok nižšie). Zároveň je možné do väčších slotov inštalovať karty s rovnako veľkým alebo menším konektorom (hovorí sa tomu Up-plugging). Opačná možnosť (Downplugging) - veľká karta do menšieho slotu - je však mechanicky nemožná (v PCI/PCI-X je to možné). Ako je uvedené vyššie, najmenší variant PCI Express poskytuje rovnakú šírku pásma ako štandardná zbernica PCI.

Priradenie pinov slotov PCI Express je uvedené v tabuľke nižšie.

Sada signálov rozhrania PCI Express je malá:

• PETp0, PETn0… PETp15, PETn15 — výstupy vysielačov signálových párov 0…15;
• PERp0, PERn0… PERp15, PERn15 — vstupy prijímača;
• REFCLK+ a REFCLK - signály referenčnej frekvencie 100 MHz;
• PERST# - signál resetovania karty;
• WAKE# - signál "prebudenie" (z karty);
• PRSNT1#, PRSNT2# - signály detekcie pripojenia/odpojenia karty pre hot plug systém. Na mape sú tieto okruhy prepojené a pre PRSNT2# je vybraný kontakt s najvyšším číslom. To umožňuje presnejšie sledovať momenty spojenia-odpojenia (v prípade naklonenia mapy). Na určenie počtu riadkov pripojenej karty sa tieto riadky nepoužívajú - šírka riadkov sa určí automaticky pri nadviazaní spojenia (v tréningovom postupe).

Slot má navyše voliteľné signály zbernice SMBus (SMB_CLK a SMB_DATA) a JTAG (TCLK, TDI, TDO, TMS, TRST#).

Karty sú napájané nasledujúcimi zbernicami:

• +3,3V - hlavné napájanie +3 V pri prúde do 9 A;
• +12V — hlavný výkon +12 V pri prúde do 0,5/2,1/4,4A pre sloty x1/x4, resp. x8/x16;
• +3,3Vaux - prídavné napájanie, prúd až 375 mA v systémoch schopných budenia signálom z karty a až 20 mA v systémoch bez budenia.

Tabuľka. PCI Express konektory

№	Riadok B	Riadok A
1	+12V	PRSNT1#
2	+12V	+12V
3	Rezervovať	+12V
4	GND	GND
5	SMB_CLK	TCK
6	SMB_DATA	TDI
7	GND	TDO
8	+3,3 V	TMS
9	TRST#	+3,3 V
10	+3,3 Vaux	+3,3 V
11	WAKE#	PERST#
KEY
12	Rezervovať	GND
13	GND	REFCLK+
14	PETp0	REFCLK-
15	PETn0	GND
16	GND	PERp0
17	PRSNT2#	PERn0
18	GND	GND
Koniec konektora x1
19	PETp1	Rezervovať
20	PETn1	GND
21	GND	PERp1
22	GND	PERn1
23	PETp2	GND
24	PETn2	GND
25	GND	PERp2
26	GND	PERn2
27	PETp2	GND
28	PETn2	GND
29	GND	PERp3
30	Rezervovať	PERn3
31	PRSNT2#	GND
32	GND	Rezervovať
Koniec konektora x4
33	PETp4	Rezervovať
34	PETn4	GND
35	GND	PERp4
36	GND	PERn4
37	PETp5	GND
38	PETn5	GND
39	GND	PERp5
40	GND	PERn5
41	PETp6	GND
42	PETn6	GND
43	GND	PERp6
44	GND	PERn6
45	PETp7	GND
46	PETn7	GND
47	GND	PERp7
48	PRSNT2#	PERn7
49	GND	GND
Koniec konektora x8
50	PETp8	Rezervovať
51	PETn8	GND
52	GND	PERp8
53	GND	PERn8
54	PETp9	GND
.....	.....	.....
79	PETn15	GND
80	GND	PERp15
81	PRSNT2#	PERn15
82	GND	GND
Koniec konektora x16

Pre mobilné počítače predstavila PCMCIA konštrukciu ExpressCard (pozri nasledujúci obrázok), pre ktorú sú do systémového konektora vyvedené dve rozhrania: PCI Express (1x) a USB 2.0. Moduly ExpressCard sú menšie ako predchádzajúce karty PCMCIA (PC Card a CardBus); v ponuke sú dve modifikácie, ktoré sa líšia šírkou: ExpressCard/34 (34×75×5 mm) a ExpressCard/54 (54×75×5 mm). Moduly majú hrúbku len 5 mm, ale v prípade potreby môžu byť dlhšie moduly hrubšie v častiach, ktoré presahujú rozmery skrinky počítača (viac ako 75 mm od okraja konektora). Rovnako ako staršie karty PCIMCIA sú karty ExpressCard užívateľsky prístupné a pripojiteľné za chodu.

Pre interné rozširujúce karty notebookov bola predstavená konštrukcia Mini PCI Express (pozri obrázok nižšie), ktorej formát je odvodený od Mini PCI Type IIIA. Zmenšením počtu pinov sa šírka karty zmenší na 30 mm, takže namiesto jednej Mini PCI karty je možné umiestniť dvojicu Mini PCI Express kariet. Konektor karty (pozri tabuľku nižšie) má okrem PCI Express rozhrania USB 2.0 (USB_D+ a USB_D-) a SMBus (SMB_CLK a SMB_DATA) sériovú zbernicu, napájanie +3,3 V (hlavné 750 mA a prídavné 250 mA) a +1,5 V (375 mA). Samotné rozhranie PCI Express (x1) zaberá iba 6 pinov (výstupy vysielača PETp0 a PETn0, vstupy prijímača PERp0 a PERn0, ako aj signály referenčnej frekvencie 100 MHz REFCLK+ a REFCLK-. Signál PERST# - reset karty, signál WAKE# - “ wake up“ (z karty) Signály LED_Wxxx# sa používajú na ovládanie stavových LED.

Tabuľka. Mini PCI Express konektory

№	reťaz	№	reťaz
1	WAKE#	2	3,3 V
3	Rezervovať	4	GND
5	Rezervovať	6	1,5 V
7	Rezervovať	8	Rezervovať
9	GND	10	Rezervovať
11	REFCLK+	12	Rezervovať
13	REFCLK-	14	Rezervovať
15	GND	16	Rezervovať
kľúč
17	Rezervovať	18	GND
19	Rezervovať	20	Rezervovať
21	GND	22	PERST#
23	PERn0	24	+3,3 V
25	PERp0	26	GND
27	GND	28	+1,5V
29	GND	30	SMB_CLK
31	PETn0	32	SMB_DATA
33	PETp0	34	GND
35	GND	36	USB_D-
37	Rezervovať	38	USB_D+
39	Rezervovať	40	GND
41	Rezervovať	42	LED_WWAN#
43	Rezervovať	44	LED_WLAN#
45	Rezervovať	46	LED_WPAN#
47	Rezervovať	48	+1,5V
49	Rezervovať	50	GND
51	Rezervovať	52	+3,3 V

S rozhraním PCI Express sú I/O a moduly sieťového rozhrania pre servery a komunikačné zariadenia montované do racku pohodlne zostavené. Takéto moduly môžu byť pomerne kompaktné (výška 2U nespôsobuje problémy s umiestnením konektora), pričom výkon rozhrania je dostatočný aj pre také kritické moduly ako Fibre Channel, Gigabit Ethernet (GbE), 10GbE.

Rozhranie PCI Express je akceptované aj pre priemyselné počítače, pre ktoré existujú špecifikácie PICMG 3.4 (malé prevedenia pre x1, x2 a x4), ako aj prevedenia vo formáte Compact PCI.

Rozhranie PCI Express existuje aj v káblovej verzii pre káblové prepojenie blokov umiestnených v malej vzdialenosti od seba. Takže napríklad cez PCI Express môžete pripojiť dokovacie stanice k notebookom. Schopnosť preniesť rozhranie na systémovej úrovni mimo skrinky počítača z predchodcov PCI Express podporovala iba zbernicu ISA, a to len pri nízkych výmenných kurzoch (pri frekvenciách do 5 MHz). Z nových sériových rozhraní na systémovej úrovni má túto schopnosť aj InfiniBand. Prítomnosť káblovej verzie vysokovýkonného rozhrania na systémovej úrovni môže umožniť odklon od tradičného usporiadania počítača, v ktorom sú všetky komponenty, ktoré vyžadujú intenzívnu výmenu s jadrom počítača, sústredené v systémovej jednotke.

Túto otázku som dostal už viackrát, preto sa na ňu teraz pokúsim odpovedať čo najjasnejšie a stručne, preto uvediem obrázky rozširujúcich slotov PCI Express a PCI na základnej doske pre lepšie pochopenie a samozrejme , uvediem hlavné rozdiely v charakteristikách, t .e. čoskoro zistíte, aké sú tieto rozhrania a ako vyzerajú.

Na začiatok si teda stručne odpovedzme na túto otázku, čo je PCI Express a PCI vo všeobecnosti.

Čo je PCI Express a PCI?

PCI je počítačová paralelná I/O zbernica na pripojenie periférií k základnej doske počítača. PCI sa používa na pripojenie: grafických kariet, zvukových kariet, sieťových kariet, TV tunerov a iných zariadení. Rozhranie PCI je zastarané, takže napríklad modernú grafickú kartu, ktorá by sa pripájala cez PCI, pravdepodobne nenájdete.

PCI Express(PCIe alebo PCI-E) je sériová I/O zbernica počítača na pripojenie periférií k základnej doske počítača. Tie. toto už využíva obojsmerné sériové pripojenie, ktoré môže mať niekoľko liniek (x1, x2, x4, x8, x12, x16 a x32) čím viac takýchto liniek, tým vyššia je priepustnosť PCI-E zbernice. Rozhranie PCI Express sa používa na pripojenie zariadení, ako sú grafické karty, zvukové karty, sieťové karty, disky SSD a iné.

Existuje niekoľko verzií rozhrania PCI-E: 1,0, 2,0 a 3,0 (verzia 4.0 bude vydaná čoskoro). Toto rozhranie je zvyčajne označené napríklad takto PCI-E 3.0 x16, čo znamená verziu PCI Express 3.0 so 16 jazdnými pruhmi.

Ak hovoríme o tom, či napríklad grafická karta, ktorá má rozhranie PCI-E 3.0 na základnej doske, ktorá podporuje iba PCI-E 2.0 alebo 1.0, bude fungovať, vývojári hovoria, že všetko bude fungovať, ale samozrejme majte na pamäti že priepustnosť bude obmedzená možnosťami základnej dosky. Preto si v tomto prípade myslím, že sa neoplatí preplácať grafickú kartu s novšou verziou PCI Express ( ak len do budúcna, t.j. Plánujete kúpu novej základnej dosky s PCI-E 3.0). Tiež naopak, povedzme, že vaša základná doska podporuje verziu PCI Express 3.0 a grafická karta podporuje verziu 1.0, potom by táto konfigurácia mala tiež fungovať, ale iba s možnosťami PCI-E 1.0, t.j. tu nie je žiadne obmedzenie, pretože grafická karta v tomto prípade bude fungovať na hranici svojich možností.

Rozdiely medzi PCI Express a PCI

Hlavným rozdielom v charakteristikách je, samozrejme, šírka pásma, pre PCI Express je oveľa vyššia, napríklad pre PCI pri 66 MHz je šírka pásma 266 Mb / s a ​​pre PCI-E 3.0 (x16) 32 Gb/s.

Navonok sa líšia aj rozhrania, takže napríklad grafickú kartu PCI Express do rozširujúceho slotu PCI nepripojíte. Líšia sa aj rozhrania PCI Express s rôznym počtom pruhov, to všetko teraz ukážem na obrázkoch.

Rozširujúce sloty PCI Express a PCI na základných doskách

PCI a AGP sloty

Sloty PCI-E x1, PCI-E x16 a PCI

Rozhrania PCI Express na grafických kartách

To je všetko, čo zatiaľ mám!