Коли ми говоримо про шину PCI Express (PCI-E), то, мабуть, перше, що виділяє її серед інших аналогічних рішень- Це ефективність. Завдяки цій сучасній шині підвищується продуктивність комп'ютера, покращується якість графіки.
Протягом багатьох років, для підключення відеокарти до материнської плати, використовувалася шина PCI (Peripheral Component Interconnect), крім цього вона використовувалася також і для підключення деяких інших пристроїв, наприклад мережної та звукової карти.
Ось як виглядають ці слоти:
PCI-Express фактично стало наступним поколінням шини PCI, запропонувавши покращену функціональність та продуктивність. Вона, використовує послідовне з'єднання, де є кілька ліній, кожна з яких веде до відповідного пристрою, тобто. кожен периферійний пристрій отримує власну лінію, завдяки чому зростає загальна продуктивність комп'ютера.
PCI-Express підтримує «гаряче» підключення, споживає меншу, ніж її попередники кількість енергії, контролює цілісність даних, що передаються. До того ж, вона сумісна з драйверами PCI – шини. Ще однією чудовою особливістю даної шини є її масштабованість, тобто. pci express card підключається та працює в будь-якому слоті аналогічної або більшої пропускної спроможності. Цілком імовірно, ця функція буде забезпечувати її використання в наступні роки.
Традиційний тип слота PCI був досить добрим для основних аудіо/відео функцій. З шиною AGP схема роботи з мультимедійними даними покращилася, відповідно зросла і якість аудіо/відео даних. Це було незадовго до того моменту, коли досягнення в галузі мікроархітектури процесорів стали ще наочніше демонструвати повільність шини PCI, яка змушувала найшвидші і новітні на той час моделі комп'ютерів буквально ледве тягтися.
Характеристики та пропускна здатністьшини PCI-E
Вона може мати від однієї двоспрямованої лінії з'єднання x1 до x32 (32 ліній). Лінія функціонує за принципом крапка до точки. Сучасні версіїнадають набагато більшу пропускну здатність, порівняно зі своїми попередниками. x16 можна використовувати для підключення відеокарти, а x1 і x2 можна використовувати для підключення звичайних карт.
Ось як виглядають слоти х1 і pci express x16
PCI-E
Кількість ліній x1 x2 x4 x8 x16 x32
Ширина смуги 500 Мб/с 1000 МБ/с 2000 Мб/с 4000 МБ/с 8000 МБ/с 16000 Мб/с
Версії PCI-E та сумісність
Коли йдеться про комп'ютери, будь-яка згадка про версії асоціюється з проблемами сумісності. І, як будь-яка інша сучасна технологія, PCI-E постійно розвивається та модернізується. Останній доступний варіант pci express 3.0, але вже ведеться розвиток шини PCI-E версії 4.0, яка повинна з'явитися приблизно в 2015 році (pci express 2.0 практично застаріла).
Погляньте на наступну таблицюсумісності PCI-E.
Версії PCI-E 3,0 2,0 1,1
Загальна пропускна спроможність
(X16) 32 Гб/с 16 Гб/с 8 Гб/с
Швидкість передачі даних 8,0 ГТ/с 5,0 ГТ/с 2,5 ГТ/с
Версія PCI-E не має жодного впливу на функціональність картки. Найбільш відмінною рисою даного інтерфейсує його пряма та зворотна сумісність, що робить його безпечним та здатним до синхронізації з багатьма варіантами карт, незалежно від інтерфейсу версії. Тобто ви можете в слот PCI-Express першої версії, вставити карту другої чи третьої версії і вона буде працювати, хоч і з деякою втратою продуктивності. Так само і в слот PCI-E третьої версії можна встановлювати карту першої версії PCI-Express. В даний час усі сучасні моделі відеокарт від NVIDIA та AMD сумісні з такою шиною.
А це на закуску:
Коли мова заходить про якісь інтерфейси в контексті комп'ютерних систем, Треба бути дуже уважним, щоб не «нарватися» на несумісні інтерфейси для тих самих комплектуючих в рамках системи.
На щастя, коли йдеться щодо інтерфейсу PCI-Express для підключення відеокарти, проблем з несумісністю практично не буде. У цій статті ми це детальніше розберемо, а також поговоримо щодо того, що ж таке цей PCI-Express.
Для чого потрібний PCI-Express і що це таке?
Почнемо, як завжди, з самих азів. Інтерфейс PCI-Express (PCI-E)- Це засіб взаємодії, в даному контексті, що складається з контролера шини і відповідного слота (рис.2) на материнської плати(якщо узагальнити).
Цей високопродуктивний протокол використовується, як було зазначено вище, для підключення відеокарти до системи. Відповідно, на материнській платі є відповідний слот PCI-Express, куди і встановлюється відеоадаптер. Раніше, відеокарти, підключалися по інтерфейсу AGPАле коли цього інтерфейсу, просто кажучи: «перестало хапати», на допомогу прийшов PCI-E, про докладні характеристикиякого ми зараз і поговоримо.
Рис.2 (Слоти PCI-Express 3.0 на материнській платі)
Основні характеристики PCI-Express (1.0, 2.0 та 3.0)
Незважаючи на те, що назви PCI та PCI-Express дуже схожі, принципи з'єднання (взаємодії) у них кардинально відрізняються. У випадку PCI-Express використовується лінія - двонаправлене послідовне з'єднання типу «точка-точка», даних ліній може бути кілька. У випадку з відеокартами та материнськими платами (не враховуємо Cross Fire та SLI), які підтримують PCI-Express x16 (тобто більшість), можна запросто здогадатися, що таких ліній 16 (рис.3), часто на материнських платах з PCI- E 1.0, можна було спостерігати другий слот x8, для роботи в режимі SLIабо Cross Fire.
Ну, а в PCI, пристрій підключається до загальної 32-х розрядної паралельної шини.
Мал. 3. Приклад слотів із різною кількістю ліній
(як говорилося раніше, найчастіше використовується х16)
Для інтерфейсу пропускна спроможність становить 2,5 Гбіт/c. Ці дані потрібні нам, щоб відстежувати зміни цього параметра у різних версіях PCI-E.
Далі, версія 1.0 еволюціонувала в PCI-E 2.0. В результаті цього перетворення ми отримали вдвічі більшу пропускну здатність, тобто 5 Гбіт/c, але хотілося б відзначити, що в продуктивності графічні адаптери особливо не виграли, оскільки це просто версія інтерфейсу. Більшість продуктивності залежить від самої відеокарти, версія інтерфейсу може лише трохи покращувати або гальмувати передачу даних (в даному випадку «гальмування» немає, і є непоганий запас).
Так само в 2010 році, із запасом, був розроблений інтерфейс PCI-E 3.0, на Наразівін використовується у всіх нових системах, але якщо у Вас все ще 1.0 або 2.0, то не журіться – нижче ми поговоримо про відносно зворотну сумісність різних версій.
У версії PCI-E 3.0 пропускну здатність було збільшено вдвічі в порівнянні з версією 2.0. Також там було здійснено чимало технічних змін.
До 2015 року очікується поява на світ PCI-E 4.0, Що для динамічної IT-індустрії абсолютно не дивно.
Ну та гаразд, будемо закінчувати з цими версіями і цифрами пропускної спроможності, і порушимо дуже важливе питання зворотної сумісності різних версій PCI-Express.
Зворотна сумісність версій PCI-Express 1.0, 2.0 та 3.0
Дане питання хвилює багатьох, особливо при виборі відеокартидля поточної системи Так як задовольняючись системою з материнською платою, яка підтримує PCI-Express 1.0, виникають сумніви, чи коректно працюватиме відеокарта з PCI-Express 2.0 або 3.0? Так, буде принаймні так обіцяють розробники, які забезпечили цю сумісність. Єдине те, що відеокарта не зможе повністю розкритися у всій красі, але втрати продуктивності, в більшості випадків, будуть незначні.
З точністю навпаки, можна спокійнісінько встановлювати відеокарти з інтерфейсом PCI-E 1.0, в материнські плати, які підтримують PCI-E 3.0 або 2.0, тут взагалі нічого не обмежується, тому будьте спокійні з приводу сумісності. Якщо, звичайно ж, з іншими факторами все гаразд, до таких можна зарахувати недостатньо потужний блокхарчування та ін.
Загалом, ми досить докладно поговорили щодо PCI-Express, що дозволить вам позбавитися безлічі неясностей і сумнівів щодо сумісності та розуміння відмінностей у версіях PCI-E.
У цій статті ми розповімо про причини успіху шини PCI та дамо опис високопродуктивної технології, яка приходить їй на зміну – шини PCI Express. Також ми розглянемо історію розвитку, апаратні та програмні рівні шини PCI Express, особливості її реалізації та перерахуємо її переваги.
Коли на початку 1990-х років. вона з'явилася, то за своїми технічним характеристикамзначно перевершувала всі шини, що існували до того моменту, такі, як ISA, EISA, MCA і VL-bus. У той час шина PCI (Peripheral Component Interconnect - взаємодія периферійних компонентів), що працювала на частоті 33 МГц, добре підходила для більшості периферійних пристроїв. Але сьогодні ситуація багато в чому змінилася. Насамперед, значно зросли тактові частоти процесора та пам'яті. Наприклад, тактова частота процесорів збільшилася з 33 МГц до декількох ГГц, тоді як робоча частота PCI збільшилася всього до 66 МГц. Поява таких технологій, як Gigabit Ethernet та IEEE 1394B, загрожувала тим, що вся пропускна здатність шини PCI може піти на обслуговування одного-єдиного пристрою на основі даних технологій.
При цьому архітектура PCI має низку переваг у порівнянні з попередниками, тому повністю переглядати було нераціонально. Насамперед, вона не залежить від типу процесора, підтримує буферну ізоляцію, технологію bus mastering (захоплення шини) та технологію PnP у повному обсязі. Буферна ізоляція означає, що шина PCI діє незалежно від внутрішньої шини процесора, що дає можливість шині процесора функціонувати незалежно від швидкості та завантаженості системної шини. Завдяки технології захоплення шини периферійні пристрої отримали можливість безпосередньо керувати процесом передачі даних по шині, замість очікувати допомоги від центрального процесора, що позначилося б на продуктивності системи. Зрештою, підтримка Plug and Play дозволяє здійснювати автоматичне налаштуванняі конфігурування пристроїв, що користуються нею, і уникнути метушні з джамперами і перемикачами, яка неабияк псувала життя власникам ISA-пристроїв.
Незважаючи на безперечний успіх PCI, нині вона стикається із серйозними проблемами. Серед них – обмежена пропускна спроможність, нестача функцій передачі даних у реальному часі та відсутність підтримки мережевих технологій нового покоління.
Порівняльні характеристики різних стандартів PCI
Слід врахувати, що реальна пропускна здатність може бути меншою за теоретичну через принцип роботи протоколу та особливості топології шини. До того ж загальна пропускна здатність розподіляється між усіма підключеними до неї пристроями, тому чим більше пристроїв сидить на шині, тим менша пропускна здатність дістається кожному з них.
Такі вдосконалення стандарту, як PCI-X і AGP, були покликані усунути її головний недолік - низьку тактову частоту. Однак збільшення тактової частотив цих реалізаціях спричинило зменшення ефективної довжини шини і кількості роз'ємів.
Нове покоління шини - PCI Express (або скорочено PCI-E), було вперше представлене в 2004 році і покликане було вирішити всі ті проблеми, з якими зіткнулася її попередниця. Сьогодні більшість нових комп'ютерів постачається шиною PCI Express. Хоча стандартні слоти PCI у них також присутні, проте не за горами той час, коли шина стане надбанням історії.
Архітектура PCI Express
Архітектура шини має багаторівневу структуру, як показано малюнку.
Шина підтримує модель адресації PCI, що дозволяє працювати з нею всім драйверам і програмам, що існують на даний момент. Крім того, шина PCI Express використовує стандартний механізм PnP, передбачений попереднім стандартом.
Розглянемо призначення різних рівнів організації PCI-E. На програмному рівні шини формуються запити читання/запису, які передаються транспортному рівні з допомогою спеціального пакетного протоколу. Рівень даних відповідає за перешкодостійке кодування та забезпечує цілісність даних. Базовий апаратний рівень складається з подвійного симплексного каналу, що складається з передавальної та приймаючої пари, які разом називаються лінією. Загальна швидкість шини в 2,5 Гб/с означає, що пропускна спроможність кожної лінії PCI Express становить 250 Мб/c у кожну сторону. Якщо взяти до уваги втрати на накладні витрати протоколу, для кожного пристрою доступно близько 200 Мб/c. Ця пропускна здатність у 2-4 рази вище, ніж та, яка була доступна для пристроїв PCI. І, на відміну від PCI, у тому випадку, якщо пропускна здатність розподіляється між усіма пристроями, то вона в повному обсязі дістається кожному пристрою.
На сьогоднішній день існує кілька версій стандарту PCI Express, що відрізняються своєю пропускною здатністю.
Пропускна здатність шини PCI Express x16 для різних версій PCI-E, Гб/c:
- 32/64
- 64/128
- 128/256
Формати шини PCI-E
На даний момент доступні різні варіанти форматів PCI Express, залежно від призначення платформи – настільний комп'ютер, ноутбук чи сервер. Сервери, що потребують більшої пропускної здатності, мають більше слотів PCI-E, і ці слоти мають більша кількістьсполучних ліній. На противагу цьому ноутбуки можуть мати лише одну лінію для середньошвидкісних пристроїв.
Відеокарта із інтерфейсом PCI Express x16.
Плати розширення PCI Express дуже схожі на плати PCI, однак роз'єми PCI-E відрізняються підвищеним зчепленням, що дозволяє бути впевненим у тому, що плата не вислизне зі слота через вібрацію або транспортування. Існує кілька форм-факторів слотів PCI Express, розмір яких залежить від кількості ліній, що використовуються. Наприклад, шина, що має 16 ліній, позначається як PCI Express x16. Хоча загальна кількість ліній може досягати 32, практично більшість материнських плат в даний час оснащені шиною PCI Express x16.
Карти менших форм-факторів можуть підключатися до роз'ємів для великих без шкоди для працездатності. Наприклад, картка PCI Express х1 може підключатися до роз'єму PCI Express x16. Як і у випадку шини PCI, для підключення пристроїв за потреби можна використовувати РCI Express-подовжувач.
Зовнішній вигляд роз'ємів різних типівна материнській платі Зверху донизу: слот PCI-X, слот PCI Express х8, слот PCI, слот PCI Express х16.
Express Card
Стандарт Express Card пропонує дуже простий спосіб додавання обладнання до системи. Цільовим ринком для модулів Express Card є ноутбуки та невеликі ПК. На відміну від традиційних плат розширення настільних комп'ютерів, картка Express може підключатися до системи будь-коли під час роботи комп'ютера.
Одним з популярних різновидів Express Card є картка PCI Express Mini Card, розроблена як заміна карт форм-фактора Mini PCI. Карта, створена у цьому форматі, підтримує як PCI Express, так і USB 2.0. Розміри PCI Express Mini Card становлять 30×56 мм. Карта PCI Express Mini Card може підключатися до PCI Express x1.
Переваги PCI-E
Технологія PCI Express дозволила отримати перевагу в порівнянні з PCI у наступних п'яти областях:
- Вища продуктивність. За наявності лише однієї лінії пропускна здатність PCI Express вдвічі вища, ніж у PCI. При цьому пропускна здатність збільшується пропорційно до кількості ліній у шині, максимальна кількість яких може досягати 32. Додатковою перевагою є те, що інформація по шині може передаватися одночасно в обох напрямках.
- Спрощення введення-виведення. PCI Express використовує переваги таких шин, як AGP і PCI-X і має при цьому менш складну архітектуру, а також порівняльну простоту реалізації.
- Багаторівнева архітектура. PCI Express пропонує архітектуру, яка може підлаштовуватися до нових технологій та не потребує значного оновлення ПЗ.
- Технології введення/виведення нового покоління. PCI Express дає нові можливості для отримання даних за допомогою технології одночасних передач даних, що забезпечує своєчасне отримання інформації.
- Простота використання. PCI-E значно спрощує оновлення та розширення системи користувачем. Додаткові формати плат Express, такі як ExpressCard, значно збільшують можливості додавання високошвидкісних периферійних пристроїв у сервери та ноутбуки.
Висновок
PCI Express – це технологія шини для підключення периферійних пристроїв, яка прийшла на зміну таким технологіям як ISA, AGP та PCI. Її застосування значно збільшує продуктивність комп'ютера, а також можливості користувача щодо розширення та оновлення системи.
WiFi модулі та інші подібні пристрої. Розробку даної шини розпочала компанія Intel у 2002 році. Зараз розробку нових версій цієї шини займається некомерційна організація PCI Special Interest Group.
Наразі шина PCI Express повністю замінила такі застарілі шини як AGP, PCI та PCI-X. Шина PCI Express розташована в нижній частині материнської плати в горизонтальному положенні.
PCI Express – це шина, яка була розроблена на основі шини PCI. Основні відмінності між PCI Express та PCI лежать фізично. У той час як PCI використовує загальну шину, PCI Express використовується топологія типу зірка. Кожен пристрій підключається до спільного комутатора окремим з'єднанням.
Програмна модель PCI Express багато в чому повторює модель PCI. Тому більшість існуючих PCI контролерів можуть легко доопрацьовані використання шини PCI Express.
Слоти PCI Express та PCI на материнській платі
Крім цього, шина PCI Express підтримує такі нові можливості, як:
- Гаряче підключення пристроїв;
- Гарантована швидкість обміну даними;
- Управління споживанням енергії;
- Контроль цілісності інформації, що передається;
Як працює шина PCI Express
Для підключення пристроїв шина PCI Express використовує послідовне двонаправлене з'єднання. При цьому таке з'єднання може мати одну (x1) або декілька (x2, x4, x8, x12, x16 та x32) окремих ліній. Чим більше таких ліній використовується, тим більшу швидкість передачі може забезпечити шина PCI Express. Залежно від кількості ліній, що підтримуються, розмір сорту на материнській платі буде відрізнятися. Існують слоти з однією (x1), чотирма (x4) та шістнадцятьма (x16) лініями.
Наочна демонстрація розмірів слоту PCI Express
При цьому будь-який PCI Express пристрій може працювати в будь-якому слоті, якщо слот має таку ж чи більше ліній. Це дозволяє встановити PCI Express карту з гніздом x1 в слот x16 на материнській платі.
Пропускна здатність PCI Express залежить від кількості ліній та версії шини.
|
В одну/обидві сторони в Гбіт/с |
|||||||
|
Кількість ліній |
|||||||
| 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 |
Приклади PCI Express пристроїв
Насамперед PCI Express використовується для підключення дискретних відеокарт. З моменту появи цієї шини всі відеокарти використовують саме її.
Відеокарта GIGABYTE GeForce GTX 770
Однак це далеко не все, що вміє шина PCI Express. Її використовують виробники інших комплектуючих.
Звукова карта SUS Xonar DX
SSD накопичувач OCZ Z-Drive R4 Enterprise
Локомотивом переходу на нову версію PCI Express можуть виявитися не відеокартами, як вважають деякі любителі комп'ютерних ігор, а мережеві адаптериі твердотільні накопичувачі. Сучасні центральні процесоримістять інтегровані контролери PCI Express з обмеженою кількістю доступних ліній. Наприклад, якщо на материнській платі багато слотів розширення, здатних працювати на гарній швидкості, то під порти USBта інші "другорядні зручності" залишається менше вільних ліній PCI Express. Використання додаткових комутаторів неминуче викликає підвищення вартості материнської плати.