Последовательная шина PCI Express, разработанная Intel и ее партнерами, призвана заменить параллельнуrю шину PCI и ее расширенный и специализированный вариант AGP. Несмотря на похожие наименования, шины PCI и PCI Express имеют мало общего. Протокол параллельной передачи данных, используемый в PCI, накладывает ограничения на ширину полосы пропускания и частоту работы шины; последовательная передача данных, примененная в PCI Express, обеспечивает возможность масштабирования (в спецификациях описываются реализации PCI Express 1x, 2x, 4x, 8x, 16x и 32x). На данный момент актуальной является версия шины с индексом 3.0
В ноябре 2010 года организация PCI-SIG, которая занимается стандартизацией технологии PCI Express, объявила о принятии спецификации PCIe Base 3.0.
Ключевым отличием от предыдущих двух версий PCIe можно считать измененную схему кодирования - теперь вместо 8 бит полезной информации из 10 бит переданной (8b/10b), по шине можно передать 128 бит полезной информации из 130 бит отправленной, т.е. коэффициент полезной нагрузки практически приблизился к 100%. Кроме того, увеличилась скорость передачи данных до 8 GT/s. Напомним, что это значение для PCIe 1.x составляло 2.5 GT/s, а для PCIe 2.x - 5 GT/s.
Все вышеперечисленные изменения привели к удвоению пропускной способности шины, по сравнению с шиной PCI-E 2.x. Это значит, что общая пропускная способность шины PCIe 3.0 в конфигурации 16x будет достигать 32 Гб/с. Первыми процессорами, которые были оснащены контроллером PCIe 3.0, стали процессоры Intel, созданные на основе микроархитектуры Ivy Bridge.
Несмотря на увеличившуюся более чем в три раза пропускную способность PCI-E 3.0 по сравнению с PCI-E 1.1, производительность одних и тех же видеокарт при использовании разных интерфейсов отличается не сильно. В таблице ниже представлены результаты тестов GeForce GTX 980 в разных тестах. Измерения проводились при одних графических настройках, в одной конфигурации Версия шины PCI-E изменялась в настройках BIOS.
PCI Express 3.0 по-прежнему сохраняет обратную совместимость с предыдущими версиями PCIe.
В 2007 году была принята новая спецификация шины PCI Express - 2.0, главное отличие которой заключается в удвоенной пропускной способности каждой линии передачи в каждом направлении, т.е. в случае с самой популярной версии PCI-E 16x, применяемой в видеокартах, пропускная способность составляет 8Гб/cек в каждом направлении. Первым чипсетом с поддержкой PCI-E 2.0 стал Intel X38.
PCI-E 2.0 полностью обратно совместим с PCI-E 1.0, т.е. все существующие устройства с интерфейсом PCI-E 1.0 могут работать в слотах PCI-E 2.0 и наоборот.
Первая версия интерфейса PCI Express, появившаяся в 2002 году. Обеспечивала пропускную способность 500 МБ/с на одну линию.
Шина PCI работает на частоте 33 или 66 МГц и обеспечивает пропускную способность 133 или 266 Мб/сек, но эта пропускная способность делится между всеми устройствами PCI. Частота, на которой работает шина PCI Express 1.1 - 2.5 ГГц, что дает пропускную способность 2500 МГц / 10 * 8 = 250 * 8 Мбит/сек = 250 Мб/сек (из-за избыточного кодирования для передачи 8 бит данных реально передается 10 бит информации) для каждого устройства PCI Express 1.1 x1 в одном направлении. При наличии нескольких линий для вычисления пропускной способности величину 250 Мб/сек надо умножить на число линий и на 2, т.к. PCI Express является двунаправленной шиной.
| Число линий PCI Express 1.1 | Пропускная способность в одном направлении | Суммарная пропускная способность |
| 1 | 250 МБ/сек | 500 МБ/сек |
| 2 | 500 Мб/сек | 1 ГБ/сек |
| 4 | 1 ГБ/сек | 2 ГБ/сек |
| 8 | 2 ГБ/сек | 4 ГБ/сек |
| 16 | 4 ГБ/сек | 8 ГБ/сек |
| 32 | 8 ГБ/сек | 16 ГБ/сек |
Отключите компьютер от электросети. Выключите его и обесточьте - иными словами, отключите системный блок от электричества, вытащив из него соответствующий кабель. Впрочем, затем вам нужно будет отключить и все прочие кабели, которые подключены к системному блоку. Если компьютер вы использовали недавно, то есть смысл несколько минут подождать, пока тот не остынет.
Откройте корпус компьютера. PCI-слоты расположены на материнской плате, а добраться до нее можно лишь одним способом: открыв корпус системного блока. Для этого придется снять боковую крышку (правую, если смотреть на заднюю панель корпуса), а та, как правило, сидит на винтах (иногда встречаются модели корпусов, где надо сперва снять верх, но там все тоже на винтах).
Найдите PCI-слоты. Прямоугольные слоты напротив прямоугольных же отверстий (прикрытых заглушками) на корпусе - это как раз то, что нужно. Скорее всего, один или даже 2 PCI-слота (те, что ближе всего к процессору) будут заняты видеокартой. Свободным будут, соответственно, 1-2 слота, если только у вас уже не установлены какие-то другие платы.
Снимите заглушку напротив пустого PCI-слота. Место напротив каждого слота прикрыто такой заглушкой, чтобы в корпус не попадала пыль. Не бойтесь, заглушки в наше время выламывать уже не надо, они, как правило, на зажимах, а то и на одном-единственном зажиме. Главное на этом этапе - не ошибиться с заглушкой.
Заземлитесь. Помните, что мы говорили про статику? Запомните: прежде чем лезть во внутренности компьютера, надо заземлиться. Если не заземляться, то есть риск убить статикой платы.
Достаньте плату из коробки. Вытаскивайте ее аккуратно, не трогайте ни контуры, вытравленные на плате, ни контакты.
Вставьте карту. Итак, приставьте карту контактами к PCI-слоту и надавите на нее, чтобы та вошла в слот. Применяйте силу с умом, не сломайте ничего! Затем обязательно проверьте, до конца ли встала карта.
Закрепите карту. Тем же крепежом, который вы снимали, чтобы вытащить заглушку, теперь закрепите карту, да понадежнее, чтобы та не шаталась!
Закройте корпус компьютера. Верните боковую панель на место, не забудьте про болты. Затем поставьте компьютер обратно и подключите к нему все, что вы перед этим отключили. Впрочем, если вы подключили плату, которая, скажем, добавляет новые USB-порты, то пока в них ничего не подключайте.
1 / 5
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:
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.
| 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 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 |
| 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 |
Слоты ExpressCard на настоящее время (ноябрь 2010) применяются для подключения:
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.
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.
HighPoint RocketRAID 2320: второй RAID-контроллер SATA II в нашей лаборатории с интерфейсом PCIe.
Интерфейс PCI Express (PCIe) находится на рынке уже примерно полтора года, но до сих пор он воспринимается, по большей части, как новый интерфейс графических карт. Настольные материнские платы с поддержкой PCI Express предлагают дополнительные слоты с этим интерфейсом, но используются они сегодня очень редко. Собственно, как и версии с большей пропускной способностью на материнских платах для серверов и рабочих станций.
Хотя теоретически PCI Express x16 может обеспечить большую пропускную способность по сравнению с PCI-X 533 (8 Гбайт/с против 4,26 Гбайт/с), важно подчеркнуть, что PCIe был предназначен для замены не PCI-X, а других, более старых шинных интерфейсов. PCIe был нацелен на замену графического интерфейса AGP по маркетинговым соображениям, а также чтобы проложить путь использованию двух графических карт. Да и устаревшая 32-битная параллельная шина PCI тоже требовала замены. Вряд ли PCI можно назвать хорошей шиной по современным понятиям: она предлагает относительно низкую пропускную способность, которая, к тому, же разделяется между всеми устройствами PCI. Современные технологии - вроде гигабитного Ethernet, периферии с поддержкой высокого разрешения и контроллеров накопителей - требуют более высокой пропускной способности.
Перейдём к сути PCI Express: этот интерфейс не обязательно быстрее PCI-X, но он проще и обеспечивает пропускную способность отдельно для каждого устройства. Именно поэтому сегодня появляется всё больше чипсетов класса "сервер/рабочая станция" с поддержкой PCI Express: слишком уж заманчиво, когда пропускная способность выделяется для каждого устройства.
Одним из возможных применений можно сразу же назвать контроллеры сети и накопителей, так как они уже давно страдают из-за "узости" интерфейса. Вполне понятно, что построить 10-Гбит/с тестовое окружение Ethernet сложнее, чем использовать контроллеры накопителей. Поэтому для тестирования мы выбрали RAID.
Мы отобрали два последних контроллера HighPoint Serial ATA II RAID RocketRAID, модели 2220 и 2320, поскольку они построены на одинаковой технологии и различаются только интерфейсом. 2220 является моделью PCI-X, а 2320 использует интерфейс x4 PCI Express.
PCI-X является существенно доработанной версией параллельной шины Peripheral Components Interconnect (PCI). Она построена на классической шинной топологии и требует для подключения большое число дорожек/контактов. Как мы уже упоминали выше, доступная пропускная способность разделяется между всеми устройствами.
В отличие от обычной PCI в вашем компьютере, имеющей ширину 32 бита, PCI-X является 64-битной шиной. В результате пропускная способность автоматически удваивается, равно как число дорожек/контактов и размеры слота. Но всё остальное, включая протоколы передачи, сигналы и типы разъёмов, обратно совместимо. То есть в слот PCI-X можно установить 32-битную карту PCI (3,3 В). Кроме того, многие 64-битные карты PCI-X могут работать в 32-битных слотах PCI, но, конечно, с заметно сниженной пропускной способностью.
Но даже такое расширение шины всё равно не обеспечивало достаточную пропускную способность для профессиональных контроллеров накопителей SCSI, iSCSI, Fibre Channel, 10-Гбит/с Ethernet, InfiniBand и прочего. Поэтому группа PCI-SIG (Special Interest Group) добавила в спецификацию несколько скоростных градаций, меняющихся от PCI-X 66 (Rev. 1.0b) до PCI-X 533 (Rev. 2.0). В следующей таблице дана подробная информация.
| Ширина шины | Тактовая частота | Функции | Пропускная способность | |
| PCI-X 66 | 64 бит | 66 МГц | "Горячее подключение", 3,3 В | 533 Мбайт/с |
| PCI-X 133 | 64 бит | 133 МГц | "Горячее подключение", 3,3 В | 1,06 Гбайт/с |
| PCI-X 266 | 133 МГц (DDR) | 2,13 Гбайт/с | ||
| PCI-X 533 | 64 бит, опционально только 16 бит | 133 МГц (QDR) | "Горячее подключение", 3,3 и 1,5 В, поддержка ECC | 4,26 Гбайт/с |
Как можно видеть, по достижении 133 МГц с PCI-X 133 тактовая частота больше не возрастала. Чтобы обеспечить более высокую пропускную способность, были задействованы две технологии, с которыми вы наверняка уже знакомы по шинам памяти и FSB. PCI-X 266 опирается на технологию удвоенной передачи данных Double Data Rate, когда данные передаются на спаде и возрастании тактового импульса. PCI-X 533 заходит ещё дальше и использует учетверённую передачу данных (Quad Data Rate). Intel уже давно использует эту технологию для FSB процессоров Pentium 4 и Xeon.
Широкие слоты слева - это и есть 64-битная шина PCI-X.
Источник: презентация PCI-SIG PCI-X 2.0.
Как мы уже указывали выше, общая пропускная способность с максимумом в 4,26 Гбайт/с разделяется между всеми устройствами, подключёнными к шине. Кроме того, если какое-либо устройство не способно работать на высокой тактовой частоте, система снизит скорость шины до наименьшего общего значения, вплоть до 33 МГц. Впрочем, именно такую цену приходится платить за совместимость. Но проблему можно решить, реализовав на материнской плате более одного моста PCI-X. Продукты с подобной возможностью предлагаются всеми производителями профессионального уровня, включая такие компании, как Asus, Supermicro и Tyan.
Обратная совместимость является большим плюсом PCI-X. Администраторы желают быть абсолютно уверенными, что новое оборудование будет работать правильно. Именно поэтому внедрение новых технологий на рынке серверов и рабочих станций не такое быстрое. Зачем нужно прощаться с технологией, если она является обратно совместимой, обеспечивает достаточную производительность и отличается большой базой имеющегося оборудования? Эта ситуация вряд ли изменится в будущем, поскольку сегодня группа PCI-SIG работает уже над стандартом PCI-X 1066. Он ещё раз удвоит пропускную способность и, кроме того, получит новые функции вроде сжатия данных "на лету", автоматических резервных путей и защиты от сбоев. Кроме того, может появиться поддержка изохронной передачи, но тогда придётся отказаться от совместимости с обычной PCI.
