Технология PCI Express.

В наше время развитие компьютеров, стало более быстрым и эффективным, и это является постоянной потребностью. Что касается сегмента персональных компьютеров, эта потребность в эволюции поощряется главным образом такими приложениями, как игры, видео высокой четкости и широкополосный Интернет. Что касается графических областей, то успехи поразительные, но требуют и генерируют больший объём данных. Чтобы справиться с этой реальностью, одной из мер отрасли было создание шины PCI Express, замена шин PCI (Peripheral Component Interconnect) и AGP (Accelerated Graphics Port). Цель этой статьи – показать основные функции этой технологии, а также некоторые технические детали, чтобы вы могли узнать о её преимуществах и причинах её принятия.
Peripheral Component Interconnect (PCI) Express (PCIe) – это масштабируемая последовательная шина ввода/вывода (I/O), которая в значительной степени заменила более ранние слоты на материнских платах. Это слот, который позволяет устанавливать на компьютер определённые внутренние компоненты. В 2004 году слоты начали появляться рядом со стандартными слотами, начав постепенный переход к новой технологии. Хотя некоторые стандартные слоты всё ещё можно найти на материнских платах, многие пользователи компьютеров предпочитают PCI Express для видеокарт и других компонентов.

Цель PCI Express

В поисках решения этих проблем отраслевая технология работала (и работает) на шине PCI Express, первоначальное название которой было 3GIO. Это стандарт, который обеспечивает высокую скорость передачи данных между самим компьютером и устройством – например, между материнской платой и картой 3D video. Слоты PCIe встречаются на многих материнских платах, что позволяет пользователям компьютеров устанавливать в них компоненты. Они позволяют материнской плате и другому программному обеспечению компьютера получать доступ и использовать устройства, подключенные к этим слотам. В то время как PCIe использовалась в течение первого десятилетия 21-го века, новые слоты, вероятно, заменят их в какой-то момент в будущем.

Преимущества технологии PCIe

PCI Express является двухточечным соединением, что означает, что оно не разделяет полосу пропускания, а напрямую связывается с устройствами через коммутатор, который направляет поток данных. Это допускает «горячую замену» или «горячее подключение», что означает, что карты в слотах PCIe можно менять без выключения компьютера, и они потребляют меньше энергии, чем предыдущие технологии. Одна из наиболее многообещающих особенностей PCIe заключается в том, что она масштабируемая, а это означает, что большая полоса пропускания может быть достигнута путём добавления большего количества «линий».

PCI Express имеет ряд дополнительных преимуществ не только для пользователя, но и для производителей. Она может быть реализована в виде унифицированной структуры ввода-вывода для настольных компьютеров, серверов и рабочих станций, и она дешевле, чем стандартная реализация на уровне материнской платы. Это снижает затраты для потребителя. Она также разработана для совместимости с более ранними операционными системами и драйверами устройств.

Типы форматов PCIe

Первоначальное развертывание PCI Express предоставило три пользовательских варианта: x1, x2 и x16. Эти числа представляют «дорожки»: у x1 есть 1 полоса; x2 имеет 2 полосы, а x16 – 16. Каждая полоса является двунаправленной и состоит из 4 контактов. Каналы в PCIe версии 1.x имели более низкую скорость передачи данных, но в PCIe 3.0 была введена скорость передачи 500 мегабайт в секунду (МБ/с) в каждом направлении, в общей сложности 1000 МБ/с или 1 гигабайт в секунду (ГБ/с) на каждую линию.

16-канальный слот (x16) заменил порт ускоренной графики (AGP) на многих материнских платах и ​​подходит для графической карты PCIe. Материнские платы, которые включают в себя слоты x1 и x2, обычно применяют для других компонентов, таких как звуковые или сетевые карты. По мере увеличения требований к компьютерной графике могут появиться слоты x32 и x64, и будущие версии PCIe могут улучшить скорость передачи данных на линии.

Другие технологии PCI

PCI Express не следует путать с PCI eXtended (PCI-X), которые используют на серверах. PCI-X улучшило стандартную шину PCI, чтобы обеспечить максимальную пропускную способность 1 Гбит/с. PCIe также была разработана для рынка серверов, изначально с зарезервированными форматами x4, x8 и x12. Эта технология намного превышает возможности PCI-X.

Аспекты архитектуры

Базовая архитектура стандарта PCI Express разделена на 4 уровня: физический, канал передачи данных, программное обеспечение и транзакция:

Физический уровень – физический уровень, по которому проходит сигнал, то есть такое соединение известно как полоса. У него есть 2 пары сигналов (задаются через разные напряжения), одна используется для передачи данных, а другая используется для приёма. Это действие выполняется последовательно (как если бы данные были «trafegassem in the queue»), но точка-точка (от устройства непосредственно к чипсету).

Уровень передачи данных (соединение) – этот уровень отвечает за обеспечение правильности отправки и получения данных. По этой причине используются, по существу, протоколы обнаружения ошибок. Интересным моментом является то, что этот уровень работает с техникой, известной как протокол управления потоком, который обеспечивает передачу пакетов данных только в том случае, если в буфере приемника имеется свободное место. Таким образом, избегайте повторной передачи данных;

Уровень программного обеспечения – это уровень, отвечающий за связь с операционной системой. Например, система знает, где находится устройство, использующее PCI Express;

Транзакция уровня (транзакция) – транзакция уровня отвечает, в основном, за обработку запросов между уровнями программного обеспечения и соединением. Чтобы справиться с этим, пакеты данных могут получать атрибуты – такие как приоритет – которые определяют оптимизацию передачи.

Важно отметить, что каждый слой может работать индивидуально, то есть не вмешиваться в другой. Кроме того, в PCI Express имеется ресурс, называемый виртуальными каналами (виртуальными каналами), который позволяет использовать до 8 различных каналов связи в одном соединении. Через специальные атрибуты шина не может определить, какой приоритет имеет пакет при передаче. Таким образом, приложения реального времени, например, практически не затрагиваются.

PCI Express 2.0

В начале 2007 года группа PCI-SIG представила PCI Express 2.0. По сути, изменения в технических характеристиках технологии отражаются в увеличении ее пропускной способности передачи данных. В PCI Express 2.0 каждая полоса способна передавать до 500 МБ в секунду, то есть в версии с двойной скоростью 1.1. При этом, например, проходит слот 16X, чтобы иметь возможность работать со скоростью передачи данных до 8 ГБ в секунду.

Важно отметить, что PCI Express 2.0 обратно совместим с вышеуказанными спецификациями. Это означает, что вы можете использовать, например, видеокарту, разработанную для работы в PCI Express 1.1 на материнской плате с версией 2.0, то же самое, потому что слот не меняется.

В свою очередь, некоторые из устройств, изготовленных для работы с PCI Express 2.0, могут работать с более ранними версиями технологии, но это не правило: если для устройства требуется скорость передачи данных, превышающая скорость, поддерживаемую PCI Express 1.1 Очевидно, будет работать только в PCI Express 2.0.

Разъемы PCI Express

Разъем (слот) стандарта PCI Express на материнских платах может варьироваться в зависимости от используемой скорости, как показано на рисунке ниже (отзыв на сайте www.pcisig.com):

На следующем изображении показана 3D-видеокарта Asus, модель Extreme AX800XT PE / 2DHTV, использующая шину PCI Express 16X: уже на следующем рисунке показана другая материнская плата в слотах PCI Express. Снимок белого цвета – это PCI Express 16X, а слот черный и меньший – это слот PCI-Express 1X.

Заключение

Прежде чем закрыть этот текст, есть относительно важная заметка: хотя она распространена – в том числе на компьютерах сайтов – трактует технологию PCI Express как шину, но это название не обязательно является правильным. На шине, значит, возможно соединение нескольких устройств одновременно. Это означает, что такие устройства используют одну и ту же среду связи. Но в случае PCI Express это не так, поскольку соединение происходит между двумя устройствами, точка-точка. Другими словами, каждый слот PCI Express использует уникальный путь для связи с набором микросхем на материнской плате.

Но что действительно важно, так это то, что стандарт PCI Express смог удовлетворить эволюцию технологий, использующих вычисления, особенно в сегментах графики, которые требуют каждый раз больше ваших аппаратных ресурсов.