Pci express 2.0 мощность питания. Как работает шина PCI Express

25.09.2019

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

гарантированная полоса пропускания (QoS);
управление энергопотреблением;
контроль целостности передаваемых данных.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X . Де-факто PCI Express заменила эти шины в персональных компьютерах.

Разъёмы

MiniCard (Mini PCIe) - замена форм-фактора Mini PCI . На разъём Mini Card выведены шины: x1 PCIe, USB 2.0 и SMBus.
ExpressCard - подобен форм-фактору PCMCIA . На разъём ExpressCard выведены шины x1 PCIe и USB 2.0, карты ExpressCard поддерживают горячее подключение.
AdvancedTCA - форм-фактор для телекоммуникационного оборудования.
Mobile PCI Express Module (MXM) - промышленный форм-фактор, созданный для ноутбуков фирмой NVIDIA . Его используют для подключения графических ускорителей.
Кабельные спецификации PCI Express позволяют доводить длину одного соединения до десятков метров, что делает возможным создание ЭВМ, периферийные устройства которой находятся на значительном удалении.
StackPC - спецификация для построения наращиваемых компьютерных систем. Данная спецификация описывает разъёмы расширения StackPC, FPE и их взаимное расположение.

PCI Express X1

Выводы PCI Express X1
№ вывода	Назначение	№ вывода	Назначение
B1	+12V	A1	PRSNT1#
B2	+12V	A2	+12V
B3	+12V	A3	+12V
B4	GND	A4	GND
B5	SMCLK	A5	JTAG2
B6	SMDAT	A6	JTAG3
B7	GND	A7	JTAG4
B8	+3.3V	A8	JTAG5
B9	JTAG1	A9	+3.3V
B10	3.3V__AUX	A10	3.3V
B11	WAKE#	A11	PERST#
Перегородка
B12	RSVD	A12	GND_A12
B13	GND	A13	REFCLK+
B14	PETP0	A14	REFCLK-
B15	PETN0	A15	GND
B16	GND	A16	PERP0
B17	PRSNT2#	A17	PERN0
B18	GND	A18	GND

Mini PCI-E

Mini PCI Express - формат шины PCI Express для портативных устройств.

Для этого стандарта разъёма выпускается много периферийных устройств:

Выводы Mini PCI-E
№ вывода	Назначение	№ вывода	Назначение
51	Зарезервировано	52	+3.3V
49	Зарезервировано	50	GND
47	Зарезервировано	48	+1.5V
45	Зарезервировано	46	LED_WPAN#
43	Зарезервировано	44	LED_WLAN#
41	Зарезервировано (+3.3V)	42	LED_WWAN#
39	Зарезервировано (+3.3V)	40	GND
37	Зарезервировано (GND)	38	USB_D+
35	GND	36	USB_D-
33	PETp0	34	GND
31	PETn0	32	SMB_DATA
29	GND	30	SMB_CLK
27	GND	28	+1.5V
25	PERp0	26	GND
23	PERn0	24	+3.3Vaux
21	GND	22	PERST#
19	Зарезервировано (UIM_C4)	20	W_DISABLE#
17	Зарезервировано (UIM_C8)	18	GND
Перегородка
15	GND	16	UIM_VPP
13	REFCLK+	14	UIM_RESET
11	REFCLK-	12	UIM_CLK
9	GND	10	UIM_DATA
7	CLKREQ#	8	UIM_PWR
5	Зарезервировано (COEX2)	6	1.5V
3	Зарезервировано (COEX1)	4	GND
1	WAKE#	2	3.3V

SSD Mini PCI Express

Питание 3.3 В

Контакты SSD Mini PCI Express [ ]
33	Sata TX+	34	GND
31	Sata TX-	32	IDE_DMARQ
29	GND	30	IDE_DMACK
27	GND	28	IDE_IOREAD
25	Sata RX+	26	GND
23	Sata RX-	24	IDE_IOWR
21	GND	22	IDE_RESET
19	IDE_D7	20	IDE_D8
17	IDE_D6	18	GND
Перегородка		Перегородка
15	GND	16	IDE_D9
13	IDE_D5	14	IDE_D10
11	IDE_D4	12	IDE_D11
9	GND	10	IDE_D12
7	IDE_D3	8	IDE_D13
5	IDE_D2	6	IDE_D14
3	IDE_D1	4	GND
1	IDE_D0	2	IDE_D15

ExpressCard

Слоты ExpressCard на настоящее время (ноябрь 2010) применяются для подключения:

Плат SSD накопителей
Видеокарт
Контроллеров 1394/FireWire (iLINK)
Док-станций
Измерительных приборов
Памяти
Адаптеров карт памяти (CF, MS, SD, xD, и т. д.)
Мышей
Сетевых адаптеров
Параллельных портов
Адаптеров PC Card/PCMCIA
Расширения PCI
Расширения PCI Express
Дистанционного управления
Контроллеров SATA
Последовательных портов
Адаптеров SmartCard
ТВ-тюнеров
Контроллеров USB
Беспроводных сетевых адаптеров Wi-Fi
Беспроводных широкополосных интернет-адаптеров (3G, CDMA, EVDO, GPRS, UMTS, и т. д.)
Звуковых карт для домашнего мультимедиа и профессиональных аудиоинтерфейсов.

Описание протокола

Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка , называемое линией (англ. lane - полоса, ряд); это резко отличается от PCI , в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной двунаправленной шине.

Конкурирующие протоколы

Кроме PCI Express, существует ещё ряд высокоскоростных стандартизованных последовательных интерфейсов, вот только некоторые из них: HyperTransport , InfiniBand , RapidIO , и StarFabric. Каждый интерфейс имеет своих сторонников среди промышленных компаний, так как на разработку спецификаций протоколов уже ушли значительные суммы, и каждый консорциум стремится подчеркнуть преимущества именно своего интерфейса над другими.

Стандартизированный высокоскоростной интерфейс, с одной стороны, должен обладать гибкостью и расширяемостью, а с другой стороны, должен обеспечивать низкое время задержки и невысокие накладные расходы (то есть доля служебной информации пакета не должна быть велика). В сущности, различия между интерфейсами заключаются именно в выбранном разработчиками конкретного интерфейса компромиссе между этими двумя конфликтующими требованиями.

К примеру, дополнительная служебная маршрутная информация в пакете позволяет организовать сложную и гибкую маршрутизацию пакета, но увеличивает накладные расходы на обработку пакета, также снижается пропускная способность интерфейса, усложняется программное обеспечение, которое инициализирует и настраивает устройства, подключенные к интерфейсу. При необходимости обеспечения горячего подключения устройств необходимо специальное программное обеспечение, которое бы отслеживало изменение в топологии сети. Примерами интерфейсов, которые приспособлены для этого, являются RapidIO, InfiniBand и StarFabric.

В то же время, укорачивая пакеты, можно уменьшить задержку при передаче данных, что является важным требованием к интерфейсу памяти. Но небольшой размер пакетов приводит к тому, что доля служебных полей пакета увеличивается, что снижает эффективную пропускную способность интерфейса. Примером интерфейса такого типа является HyperTransport.

Положение PCI Express - между описанными подходами, так как шина PCI Express предназначена для работы в качестве локальной шины, нежели шины процессор-память или сложной маршрутизируемой сети. Кроме того, PCI Express изначально задумывалась как шина, логически совместимая с шиной PCI, что также внесло свои ограничения.

Когда речь заходит о каких-либо интерфейсах в контексте компьютерных систем, нужно быть очень внимательным, дабы не «нарваться» на несовместимые интерфейсы для одних и тех же комплектующих в рамках системы.

К счастью, когда речь заходит относительно интерфейса PCI-Express для подключения видеокарты, проблем с несовместимостью практически не будет. В данной статье мы это более подробно разберем, а также поговорим относительно того, что же такое этот самый PCI-Express.

Для чего необходим PCI-Express и что это такое?

Начнем, как обычно, с самых азов. Интерфейс PCI-Express (PCI-E) – это средство взаимодействия, в данном контексте, состоящее из контролера шины и соответствующего слота (рис.2) на материнской плате (если обобщить).

Данный высокопроизводительный протокол используется, как уже было отмечено выше, для подключения видеокарты в систему. Соответственно, на материнской плате присутствует соответствующий слот PCI-Express, куда и устанавливается видеоадаптер. Ранее, видеокарты, подключались по интерфейсу AGP, но когда данного интерфейса, попросту говоря: «перестало хватать», на помощь пришёл PCI-E, о подробных характеристиках которого мы сейчас и поговорим.

Рис.2 (Слоты PCI-Express 3.0 на материнской плате)

Основные характеристики PCI–Express (1.0, 2.0 и 3.0)

Несмотря на то, что названия PCI и PCI-Express очень похожи, принципы соединения (взаимодействия) у них кардинально отличаются. В случае PCI-Express используется линия – двунаправленное последовательное соединение, типа «точка-точка», данных линий может быть несколько. В случае с видеокартами и материнскими платами (не учитываем Cross Fire и SLI), которые поддерживают PCI-Express x16 (то есть большинство), можно запросто догадаться, что таких линий 16 (рис.3), довольно часто на материнских платах с PCI-E 1.0, можно было наблюдать второй слот x8, для работы в режиме SLI или Cross Fire.

Ну, а в PCI, устройство подключается к общей 32- х разрядной параллельной шине.

Рис. 3. Пример слотов с различным количеством линий

(как уже говорилось ранее, наиболее часто используется х16)

Для интерфейса пропускная способность составляет 2,5 Гбит/c. Эти данные нужны нам, чтобы отслеживать изменения этого параметра в различных версиях PCI-E.

Далее, версия 1.0 эволюционировала в PCI-E 2.0 . В результате данного преображения, мы получили в два раза большую пропускную способность, то есть 5 Гбит/c, но хотелось бы отметить, что в производительности графические адаптеры, особо не выиграли, так как это просто версия интерфейса. Большая часть производительности зависит от самой видеокарты, версия интерфейса может только незначительно улучшать или тормозить передачу данных (в данном случае «торможения» нет, и присутствует неплохой запас).

Точно так же в 2010 году, с запасом, был разработан интерфейс PCI-E 3.0 , на данный момент он используется во всех новых системах, но если у Вас все ещё 1.0 или 2.0, то не горюйте – ниже мы поговорим о относительно обратной совместимости различных версий.

В версии PCI-E 3.0, пропускная способность была увеличена в два раза по сравнению с версией 2.0. Также там было произведено немало технических изменений.

К 2015 году ожидается появление на свет PCI-E 4.0 , что для динамической IT-индустрии абсолютно неудивительно.

Ну да ладно, будем заканчивать с этими версиями и цифрами пропускной способности, и затронем очень важный вопрос обратной совместимости различных версий PCI-Express.

Обратная совместимость версий PCI-Express 1.0, 2.0 и 3.0

Данный вопрос волнует многих, особенно при выборе видеокарты для текущей системы. Так как довольствуясь системой с материнской платой, которая поддерживает PCI-Express 1.0, возникают сомнения, будет ли корректно работать видеокарта с PCI-Express 2.0 или 3.0? Да, будет, по крайней мере так обещают разработчики, которые обеспечили эту самую совместимость. Единственное то, что видеокарта, не сможет полностью раскрыться во всей красе, но потери производительности, в большинстве случаев, будут незначительны.

С точностью наоборот, можно преспокойно устанавливать видеокарты с интерфейсом PCI-E 1.0, в материнские платы, которые поддерживают PCI-E 3.0 или 2.0, тут вообще ничего не ограничивается, так что будьте спокойны по поводу совместимости. Если, конечно же, с другими факторами все в порядке, к таковым можно отнести недостаточно мощный блок питания и т.д.

В общем, мы довольно подробно поговорили относительно PCI-Express, что позволит вам избавиться от множества неясностей и сомнений по поводу совместимости и понимания различий в версиях PCI-E.

Весной 1991 года компания Intel завершает разработку первой макетной версии шины PCI. Перед инженерами была поставлена задача разработать недорогое и производительное решение, которое позволило бы реализовать возможности процессоров 486, Pentium и Pentium Pro. Кроме того, было необходимо учесть ошибки, допущенные VESA при проектировании шины VLB (электрическая нагрузка не позволяла подключать более 3 плат расширения), а также реализовать автоматическую настройку устройств.

В 1992 году появляется первая версия шины PCI, Intel объявляет, что стандарт шины будет открытым, и создаёт PCI Special Interest Group. Благодаря этому любой заинтересованный разработчик получает возможность создавать устройства для шины PCI без необходимости приобретения лицензии. Первая версия шины имела тактовую частоту 33 МГц, могла быть 32- или 64-битной, а устройства могли работать с сигналами в 5 В или 3,3 В. Теоретически пропускная способность шины 133 Мбайт/с, однако в реальности пропускная способность составляла около 80 Мбайт/с.

Основные характеристики:

частота шины - 33,33 или 66,66 МГц, передача синхронная;
разрядность шины - 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);
пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33 МГц - 133 Мбайт/с;
адресное пространство памяти - 32 бита (4 байта);
адресное пространство портов ввода-вывода - 32 бита (4 байта);
конфигурационное адресное пространство (для одной функции) - 256 байт;
напряжение - 3,3 или 5 В.

Фото разъемов:

MiniPCI - 124 pin
MiniPCI Express MiniSata/mSATA - 52 pin

Apple MBA SSD, 2012
Apple SSD, 2012
Apple PCIe SSD
MXM, Graphics Card, 230 / 232 pin
MXM2 NGIFF 75 pins KEY A PCIe x2 KEY B PCIe x4 Sata SMBus
MXM3, Graphics Card, 314 pin
PCI 5V
PCI Universal
PCI-X 5v
AGP Universal
AGP 3.3 v
AGP 3.3 v + ADS Power
PCIe x1
PCIe x16
Custom PCIe
ISA 8bit
ISA 16bit
eISA
VESA
NuBus
PDS
PDS
Apple II / GS Expasion slot
PC/ XT / AT expasion bus 8 bit
ISA (industry standard architecture) - 16 bit
eISA
MBA - Micro Bus architecture 16 bit
MBA - Micro Bus architecture с видео 16 bit
MBA - Micro Bus architecture 32 bit
MBA - Micro Bus architecture с видео 32 bit
ISA 16 + VLB (VESA)
Processor Direct Slot PDS
601 Processor Direct Slot PDS
LC Processor Direct Slot PERCH
NuBus
PCI (Peripheral Computer Interconnect) - 5v
PCI 3.3v
CNR (Communications / network Riser)
AMR (Audio / Modem Riser)
ACR (Advanced communication Riser)
PCI-X (Периферийный PCI) 3.3v
PCI-X 5v
PCI 5v + RAID option - ARO
AGP 3.3v
AGP 1.5v
AGP Universal
AGP Pro 1.5v
AGP Pro 1.5v+ADC power
PCIe (peripheral component interconnect express) x1
PCIe x4
PCIe x8
PCIe x16

PCI 2.0

Первая версия базового стандарта, получившая широкое распространение, использовались как карты, так и слоты с сигнальным напряжением только 5 вольт. Пиковая пропускная способность - 133 Мбайт/с.

PCI 2.1 - 3.0

Отличались от версии 2.0 возможностью одновременной работы нескольких шинных задатчиков (англ. bus-master, т. н. конкурентный режим), а также появлением универсальных карт расширения, способных работать как в слотах, использующих напряжение 5 вольт, так и в слотах, использующих 3,3 вольта (с частотой 33 и 66 МГц соответственно). Пиковая пропускная способность для 33 МГц - 133 Мбайт/с, а для 66 МГц - 266 Мбайт/с.

Версия 2.1 - работа с картами, рассчитанными на напряжение 3,3 вольта, и наличие соответствующих линий питания являлись опциональными.
Версия 2.2 - сделанные в соответствии с этими стандартами карты расширения имеют универсальный ключ разъёма по питанию и способны работать во многих более поздних разновидностях слотов шины PCI, а также, в некоторых случаях, и в слотах версии 2.1.
Версия 2.3 - несовместима с картами PCI, рассчитанными на использование 5 вольт, несмотря на продолжающееся использование 32-битных слотов с 5-вольтовым ключом. Карты расширения имеют универсальный разъём, но не способны работать в 5-вольтовых слотах ранних версий (до 2.1 включительно).
Версия 3.0 - завершает переход на карты PCI 3,3 вольт, карты PCI 5 вольт больше не поддерживаются.

PCI 64

Расширение базового стандарта PCI, появившееся в версии 2.1, удваивающее число линий данных, и, следовательно, пропускную способность. Слот PCI 64 является удлинённой версией обычного PCI-слота. Формально совместимость 32-битных карт с 64-битным слотами (при условии наличия общего поддерживаемого сигнального напряжения) полная, а совместимость 64-битной карты с 32-битным слотами является ограниченной (в любом случае произойдёт потеря производительности). Работает на тактовой частоте 33 МГц. Пиковая пропускная способность - 266 Мбайт/с.

Версия 1 - использует слот PCI 64-бита и напряжение 5 вольт.
Версия 2 - использует слот PCI 64-бита и напряжение 3,3 вольта.

PCI 66

Версия PCI 66 является работающим на тактовой частоте 66 МГц развитием PCI 64; использует напряжение 3,3 вольта в слоте; карты имеют универсальный, либо форм-фактор на 3,3 В. Пиковая пропускная способность - 533 Мбайт/с.

PCI 64/66

Комбинация PCI 64 и PCI 66 позволяет вчетверо увеличить скорость передачи данных по сравнению с базовым стандартом PCI; использует 64-битные 3,3-вольтовые слоты, совместимые только с универсальными, и 3,3-вольтовые 32-битные карты расширения. Карты стандарта PCI64/66 имеют либо универсальный (но имеющий ограниченную совместимость с 32-битными слотами), либо 3,3-вольтовый форм-фактор (последний вариант принципиально не совместим с 32-битными 33-мегагерцовыми слотами популярных стандартов). Пиковая пропускная способность - 533 Мбайт/с.

PCI-X

PCI-X 1.0 - расширение шины PCI64 с добавлением двух новых частот работы, 100 и 133 МГц, а также механизма раздельных транзакций для улучшения производительности при одновременной работе нескольких устройств. Как правило, обратно совместима со всеми 3.3В и универсальными PCI-картами. PCI-X карты обычно выполняются в 64-бит 3,3 В формате и имеют ограниченную обратную совместимость со слотами PCI64/66, а некоторые PCI-X карты - в универсальном формате и способны работать (хотя практической ценности это почти не имеет) в обычном PCI 2.2/2.3. В сложных случаях для того, чтобы быть полностью уверенным в работоспособности комбинации из материнской платы и карты расширения, надо посмотреть таблицы совместимости (compatibility lists) производителей обоих устройств.

PCI-X 2.0

PCI-X 2.0 - дальнейшее расширение возможностей PCI-X 1.0; добавлены частоты 266 и 533 МГц, а также - коррекция ошибок чётности при передаче данных (ECC ). Допускает расщепление на 4 независимых 16-битных шины, что применяется исключительно во встраиваемых и промышленных системах ; сигнальное напряжение снижено до 1,5 В, но сохранена обратная совместимость разъёмов со всеми картами, использующими сигнальное напряжение 3,3 В. В настоящее время для не профессионального сегмента рынка высокопроизводительных компьютеров (мощных рабочих станций и серверов начального уровня), в которых находит применение шина PCI-X, выпускается крайне мало материнских плат с поддержкой шины. Примером материнской платы для такого сегмента является ASUS P5K WS. В профессиональном сегменте применяется в RAID-контроллерах, в SSD-накопителях под PCI-E.

Mini PCI

Форм-фактор PCI 2.2, предназначен для использования, в основном, в ноутбуках.

PCI Express

PCI Express, или PCIe, или PCI-E (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X и PXI ) - компьютерная шина (хотя на физическом уровне шиной не является, будучи соединением типа «точка-точка»), использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол , основанный на последовательной передаче данных . Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel после отказа от шины InfiniBand. Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года.Развитием стандарта PCI Express занимается организация PCI Special Interest Group.

В отличие от стандарта PCI, использовавшего для передачи данных общую шину с подключением параллельно нескольких устройств, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда . Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором. Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

горячая замена карт;
гарантированная полоса пропускания (QoS );
управление энергопотреблением;
контроль целостности передаваемых данных.

MiniCard (Mini PCIe ) - замена форм-фактора Mini PCI . На разъём Mini Card выведены шины: x1 PCIe, 2.0 и SMBus.
- M.2 - вторая версия Mini PCIe, до x4 PCIe и SATA.
ExpressCard - подобен форм-фактору PCMCIA . На разъём ExpressCard выведены шины x1 PCIe и USB 2.0, карты ExpressCard поддерживают горячее подключение.
AdvancedTCA , MicroTCA - форм-фактор для модульного телекоммуникационного оборудования.
Mobile PCI Express Module (MXM) - промышленный форм-фактор, созданный для ноутбуков фирмой NVIDIA . Его используют для подключения графических ускорителей.
Кабельные спецификации PCI Express позволяют доводить длину одного соединения до десятков метров, что делает возможным создание ЭВМ, периферийные устройства которой находятся на значительном удалении.
StackPC - спецификация для построения наращиваемых компьютерных систем. Данная спецификация описывает разъёмы расширения StackPC , FPE и их взаимное расположение.

Несмотря на то, что стандарт допускает x32 линий на порт, такие решения физически достаточно громоздки и не выпускаются.

Год выпуска	Версия PCI Express	Кодирование	Скорость передачи	Пропускная способность на x линий
Год выпуска	Версия PCI Express	Кодирование	Скорость передачи	×1	×2	×4	×8	×16
2002	1.0	8b/10b	2,5 ГТ/с	2	4	8	16	32
2007	2.0	8b/10b	5 ГТ/с	4	8	16	32	64
2010	3.0	128b/130b	8 ГТ/с	~7,877	~15,754	~31,508	~63,015	~126,031
2017	4.0	128b/130b	16 ГТ/с	~15,754	~31,508	~63,015	~126,031	~252,062
2019	5.0	128b/130b	32 ГТ/с	~32	~64	~128	~256	~512

PCI Express 2.0

Группа PCI-SIG выпустила спецификацию PCI Express 2.0 15 января 2007 года . Основные нововведения в PCI Express 2.0:

Увеличенная пропускная способность: ПСП одной линии 500 МБ/с, или 5 ГТ/с (Гигатранзакций/с ).
Внесены усовершенствования в протокол передачи между устройствами и программную модель.
Динамическое управление скоростью (для управления скоростью работы связи).
Оповещение о пропускной способности (для оповещения ПО об изменениях скорости и ширины шины).
Службы управления доступом - опциональные возможности управления транзакциями точка-точка.
Управление таймаутом выполнения.
Сброс на уровне функций - опциональный механизм для сброса функций (англ. PCI functions) внутри устройства (англ. PCI device).
Переопределение предела по мощности (для переопределения лимита мощности слота при присоединении устройств, потребляющих бо́льшую мощность).

PCI Express 2.0 полностью совместим с PCI Express 1.1 (старые будут работать в системных платах с новыми разъемами, но только на скорости 2,5 ГТ/с, так как старые чипсеты не могут поддерживать удвоенную скорость передачи данных; новые видеоадаптеры будут без проблем работать в старых разъемах стандарта PCI Express 1.х.).

PCI Express 2.1

По физическим характеристикам (скорость, разъём) соответствует 2.0, в программной части добавлены функции, которые в полной мере планируют внедрить в версии 3.0. Так как большинство системных плат продаются с версией 2.0, наличие только видеокарты с 2.1 не даёт задействовать режим 2.1.

PCI Express 3.0

В ноябре 2010 года были утверждены спецификации версии PCI Express 3.0. Интерфейс обладает скоростью передачи данных 8 GT/s (Гигатранзакций/с ). Но, несмотря на это, его реальная пропускная способность всё равно была увеличена вдвое по сравнению со стандартом PCI Express 2.0. Этого удалось достигнуть благодаря более агрессивной схеме кодирования 128b/130b, когда 128 бит данных, пересылаемых по шине, кодируются 130 битами. При этом сохранилась полная совместимость с предыдущими версиями PCI Express. Карты PCI Express 1.x и 2.x будут работать в разъёме 3.0 и, наоборот, карта PCI Express 3.0 будет работать в разъёмах 1.х и 2.х.

PCI Express 4.0

PCI Special Interest Group (PCI SIG) заявила, что PCI Express 4.0 может быть стандартизирован до конца 2016 года, однако на середину 2016 года, когда ряд чипов уже готовился к изготовлению, СМИ сообщали, что стандартизация ожидается в начале 2017. Ожидается, что он будет иметь пропускную способность 16 GT/s, то есть будет в два раза быстрее PCIe 3.0.

Оставьте свой комментарий!

PCI Express «родилась» 22 июля 2002 года. Ее создателем стала корпорация Intel, именно в этот день стала доступна её техническая документация. До этого момента, на этапе разработки «шина» имела обозначение 3GIO (third generation input-output). Два этих названия были брендированы PCI SIG (организацией, которая теперь продвигает этот стандарт).

PCIe — высокопроизводительное соединение «точка – точка», пришедшее на смену шине PCI (читается, как ПиСиАй). Физически отличается тем, что не использует общие выделенные линии для связи с процессором, а имеет свои собственные, для каждого подключенного устройства. Напряжение передачи сигнала составляет 0,8 вольт. Каждый канал – представляет собой два физических проводника (четыре контакта). При транслировании информации восемь бит кодируется десятью, что дает неплохую защиту от помех.

Роднит с предшественником ее общая программная модель. Для передачи данных, которая в данном случае осуществляется последовательно, применяется физический протокол с большой пропускной способностью. Используется для подключения высокопроизводительных периферийных устройств. За псевдошиной закрепилась роль локального канала обмена данными.

Отличия PCI Express от PCI

PCI – прежде всего шина, то есть общий канал, который делят все подключенные к нему устройства. А PCI Express – для каждого устройства имеет свои пути, которые оформлены физически. Преемственность цифровой структуры трансфера информации упрощает адаптацию существующих изделий, ранее выпускавшихся для работы со старой шиной. На производстве оказывается достаточным внести незначительные поправки в конструкцию и можно выпускать ту же разновидность, но с новым интерфейсом.

Принцип работы, совместимость

Являясь двусторонним, соединение передает данные последовательно в пакетном режиме. Пропускная способность зависит от исполнения в каждом конкретном случае. PCI Express бывают одна (1х), две и более линий транспорта (2Х, 4Х, 6х, 8х, 12х, 16х, 32х), что определяет длину слота на системной плате. Характерно, что аппаратура способна работать c любым из них, но приспособленные для серьезных скоростей карты расширения не могут физически поместиться в менее производительные разъемы, просто не совпадая в размере. Хотя наоборот, менее продуктивные платы расширения, имеющие короткие контактные группы — легко помещаются в большие и корректно работают.

В таблице мы привели сводную таблицу соотношения количества линий и пропускной способности :

Сейчас доступно несколько спецификаций шины:

PCI Express 1.0 и 1.1. Первые и наименее производительные решения, которые сейчас практически не используются. Сохраняются на старых платах, еще встречающихся в эксплуатации.
2.0. Переработке и усовершенствованию подверглись все сколько-нибудь определяющие производительность качества, усовершенствованы логические протоколы, всесторонне оптимизировано управление связью, улучшено автоопределение подключаемых модулей.
Внешняя кабельная спецификация PCIe . Позволяет соединять оборудование кабелем длинной до 10 м.
2.1. Промежуточный аналог 2.0 с некоторыми расширенными возможностями, предшествующими появлению 3.0.
3.0. Скорость в 8 гигатранзакций в секунду (ГТ/с) стала доступной благодаря новой системе шифрования 128b/130b. Таким образом разница между pci 2.0 и 3.0 в шифровании и скорости передачи данных.
4.0. Утвержден стандарт недавно — 5.10.2017. По сравнению с предыдущим — скорость удвоена. Возросли отдельные показатели, связанные с виртуализацией, оптимизирована передача пакетов данных.
5.0. Ориентировочно, релиз запланирован зимой-весной 2019. Заявлена расширенная поддержка приложений, визуализирующих виртуальную реальность.

Существующие разъемы и виды портов

Портов подключения для интерфейса существуют множество. Рассмотрим некоторые, самые распространённые из них:

MiniPCI-E (M.2). Общая шина для некоторых наиболее распространённых компьютерных протоколов и устройств с интерфейсом x1 и х4 PCIe.
ExpressCard. Аналогичный разъем, но с выводом шины только для x1 PCIe.
AdvancedTCA, MicroTCA – порты для аппаратуры связи.
MobilePCIExpressModule (MXM) – разработка NVIDIA для соединения видеокарт.
StackPC – для создания суперкомпьютеров, позволяет масштабировать вычислительные устройства.

Как узнать версию PCI Express на материнской плате

Обычно пишется возле самого слота на материнской плате, но может быть нанесено в другом месте. Еще часто пишут на упаковке материнской платы и указывают в руководстве. Можно зайти на официальный сайт и вбить в поиск серийник системной платы, или попробовать поискать спецификацию по названию и ревизии (разновидность).

Самая часто встречающаяся периферия для наиболее производительных слотов х16 – это видеокарты и ssd-диски. Не редки и контролеры типа дополнительных USB, SATA и подобных им скоростных портов или разнообразные адаптеры, такие как звуковые, музыкальные карты, Wi-Fi модули.

Видеокарта

Жесткий диск

Беспроводной адаптер

Распиновка PCI Express

Исчерпывающе показать расположение выходов линий связи проще на примере линий самого крупного и скоростного порта.

Устройство контактной группы слота PCI-Express 16x:

Соединение PCIe доказало свою эффективность. Оно отвечает всем современным требованиям по скорости передачи информации и стабильности работы. Обладая огромным потенциалом модернизации позволяет сохранять совместимость многочисленных устройств разного поколения: контролеров, адаптеров. Кроме того, служит широким каналом, позволяющим наращивать вычислительные мощности. Особенным и неожиданным местом применения этой технологии стала телекоммуникационная сфера.

Появившись в 2002 году, эта разновидность транспорта данных до сих пор остается самой актуальной, распространенной, непрерывно развивающейся и по-прежнему перспективной.

Стандарт PCI Express является одной из основ современных компьютеров. Слоты PCI Express уже давно занимают прочное место на любой материнской плате декстопного компьютера, вытесняя другие стандарты, например, такие как PCI. Но даже стандарт PCI Express имеет свои разновидности и отличающийся друг от друга характер подключения. На новых материнских платах, начиная примерно с 2010 года, можно увидеть на одной материнской плате целую россыпь портов, обозначенных как PCIE или PCI-E , которые могут отличаться по количеству линий: одной x1 или нескольких x2, x4, x8, x12, x16 и x32.

Итак, давайте выясним почему такая путаница среди казалось бы простого периферийного порта PCI Express. И какое предназначение у каждого стандарта PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32?

Что такое шина PCI Express?

В далеких 2000-х, когда состоялся переход с устаревающего стандарта PCI (расш. - взаимосвязь периферийных компонентов) на PCI Express, у последнего было одно огромное преимущество: вместо последовательной шины, которой и была PCI, использовалась двухточечная шина доступа. Это означало, что каждый отдельный порт PCI и установленные в него карты, могли в полной мере использовать максимальную пропускную способность не мешая друг другу, как это происходило при подключении к PCI. В те времена количество периферийных устройств, вставляемых в карты расширения, было предостаточно. Сетевые карты, аудио карты, ТВ-тюнеры и так далее - все требовали достаточное количество ресурсов ПК. Но в отличие от стандарта PCI, использовавшего для передачи данных общую шину с подключением параллельно нескольких устройств, PCI Express, если рассматривать в общем, является пакетной сетью с топологией типа звезда.

PCI Express x16, PCI Express x1 и PCI на одной плате

С точки зрения непрофессионала, представьте свой настольный ПК в качестве небольшого магазина с одним, двумя продавцами. Старый стандарт PCI был как гастроном: все ожидали в одной очереди, чтобы их обслужили, испытывая проблемы со скоростью обслуживания с ограничением в лице одного продавца за прилавком. PCI-E больше похож на гипермаркет: каждый покупатель движется за продуктами по своему индивидуальному маршруту, а на кассе сразу несколько кассиров принимают заказ.

Очевидно, что гипермаркет по скорости обслуживания выигрывает в несколько раз у обычного магазина, благодаря тому, что магазин не может себе позволить пропускную способность больше чем один продавец с одной кассой.

Также и с выделенными полосами передачи данных для каждой карты расширения или встроенными компонентами материнской платы.

Влияние количества линий на пропускную способность

Теперь, чтобы расширить нашу метафору с магазином и гипермаркетом, представьте, что каждый отдел гипремаркета имеет своих кассиров, зарезервированных только для них. Вот тут-то и возникает идея нескольких полос передачи данных.

PCI-E прошел множество изменений со времени своего создания. В настоящее время новые материнские платы обычно используют уже 3 версию стандарта, причем более быстрая 4 версия становится все более распространенной, а версия 5 ожидается в 2019 году. Но разные версии используют одни и те же физические соединения, и эти соединения могут быть выполнены в четырех основных размерах: x1, x4, x8 и x16. (x32-порты существуют, но крайне редко встречаются на материнских платах обычных компьютерах).

Различные физические размеры портов PCI-Express позволяют четко разделить их по количеству одновременных соединений с материнской платой: чем больше порт физически, тем больше максимальных подключений он способен передать на карту или обратно. Эти соединения еще называют линиями . Одну линию можно представить как дорожку, состоящею из двух сигнальных пар: одна для отправки данных, а другая для приема.

Различные версии стандарта PCI-E позволяют использовать разные скорости на каждой полосе. Но, вообще говоря, чем больше полос находится на одном PCI-E-порту, тем быстрее данные могут перетекать между периферийной и остальной частью компьютера.

Возвращаясь к нашей метафоре: если речь идёт об одном продавце в магазине, то полоса x1 и будет этим единственным продавцом, обслуживающим одного клиента. У магазина с 4-мя кассирами - уже 4 линии х4 . И так далее можно расписать кассиров по количеству линий, умножая на 2.

Различные карты PCI Express

Типы устройств, использующих PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32

Для версии PCI Express 3.0 общая максимальная скорость передачи данных составляет 8 ГТ/с, В реальности же скорость для версии PCI-E 3 чуть меньше одного гигабайта в секунду на одну полосу.

Таким образом, устройство, использующее порт PCI-E x1, например, маломощная звуковая карта или Wi-Fi-антенна смогут передавать данные с максимальной скоростью в 1 Гбит/с.

Карта, которая физически подходит в более крупный слот - x4 или x8 , например, карта расширения USB 3.0, сможет передавать данные в четыре или восемь раз быстрее соответственно.

Скорость передачи портов PCI-E x16 теоретически ограничивается максимальной полосой пропуская в размере около 15 Гбит/с. Этого более чем достаточно в 2017 года для всех современных графических видеокарт, разработанных NVIDIA и AMD.

Большинство дискретных видеокарт используют слот PCI-E x16

Протокол PCI Express 4.0 позволяет использовать уже 16 ГТ/с, а PCI Express 5.0 будет задействовать 32 ГТ/с.

Но в настоящее время не существует компонентов, которые смогли бы использовать такое количество полос с максимальной пропускной способностью. Современные топовые графические карты обычно используют x16 стандарта PCI Express 3.0. Нет смысла использовать те же полосы и для сетевой карты, которая на порту x16 будет использовать только одну линию, так как порт Ethernet способен передавать данные только до одного гигабита в секунду (что, около одной восьмой пропускной способности одной PCI-E полосы - помните: восемь бит в одном байте).

На рынке можно найти твердотельные накопители PCI-E, которые поддерживают порт x4, но они, похоже, скоро будут вытеснены быстро развивающимся новым стандартом M.2. для твердотельных накопителей, которые также могут использовать шину PCI-E. Высококачественные сетевые карты и оборудование для энтузиастов, такие как RAID-контроллеры, используют сочетание форматов x4 и x8.

Размеры портов и линий PCI-E могут различаться

Это одна из наиболее запутанных задач по PCI-E: порт может быть выполнен размером в форм-факторе x16, но иметь недостаточное количество полос для пропуска данных, например, всего например x4. Это связано с тем, что даже если PCI-E может нести на себе неограниченное количество отдельных соединений, все же существует практический предел пропускной способности полосы пропускания чипсета. Более дешевые материнские платы с более бюджетными чипсетами могут иметь только один слот x8, даже если этот слот может физически разместить карту форм-фактора x16.

Кроме того, материнские платы, ориентированные на геймеров, включают до четырех полных слотов PCI-E с x16 и столько же линий для максимальной пропускной способности.

Очевидно, это может вызывать проблемы. Если материнская плата имеет два слота размером x16, но один из них имеет только полосы x4, то подключение новой графической карты снизит производительность первой аж на 75%. Это, конечно, только теоретический результат. Архитектура материнских плат такова, что Вы не увидите резкого снижения производительности.

Правильная конфигурация двух графических видео карт должна задействовать именно два слота x16, если Вы хотите максимального комфорта от тандема двух видеокарт. Выяснить сколько линий на Вашей материнской плате имеет тот или иной слот поможет руководство на оф. сайте производителя.

Иногда производители даже помечают на текстолите материнской платы рядом со слотом количество линий

Нужно знать, что более короткая карта x1 или x4 может физически вписаться в более длинный слот x8 или x16. Конфигурация контактов электрических контактов делает это возможным. Естественно, если карта физически больше, чем слот, то вставить ее не получится.

Поэтому помните, при покупке карт расширения или обновления текущих необходимо всегда помнить как размер слота PCI Express, так и количество необходимых полос.