PCI — Express (PCIe , PCI — E ) – последовательная, универсальная шина впервые обнародованная 22 июля 2002 года.

Является общей , объединяющей шиной для всех узлов системной платы, в которой соседствуют все подключённые к ней устройства. Пришла на замену устаревающей шине PCI и её вариации AGP , по причине возросших требований к пропускной способности шины и невозможности за разумные средства улучшить скоростные показатели последних.

Шина выступает как коммутатор , просто направляя сигнал из одной точки в другую не изменяя его. Это позволяет без явных потерь скорости, с минимальными изменениями и ошибками передать и получить сигнал.

Данные по шине идут симплексно (полный дуплекс), то есть одновременно в обе стороны с одинаковой скоростью, причём сигнал по линиям, течёт непрерывно , даже при отключении устройства (как постоянный ток, или битовый сигнал из нулей).

Синхронизация построена избыточным методом. То есть вместо 8 бит информации, передаётся 10 бит , два из которых являются служебными (20% ) и в определённой последовательности служат маячками для синхронизации тактовых генераторов или выявления ошибок . Поэтому, заявленная скорость для одной линии в 2.5 Гбитс , на самом деле равна примерно 2.0 Гбитс реальных.

Питание каждого устройства по шине, подбирается отдельно и регулируется с помощью технологии ASPM (Active State Power Management ). Она позволяет при простое (без подачи сигнала) устройства занижать его тактовый генератор и переводить шину в режим пониженного энергопотребления . Если сигнал не поступал в течение нескольких микросекунд, устройство считается неактивным и переводится в режим ожидания (время зависит от типа устройства).

Скоростные характеристики в двух направлениях PCI — Express 1.0 :*

1 x PCI —E ~ 500 Мбс

4х PCI —E ~ 2 Гбс

8 x PCI —E ~ 4 Гбс

16х PCI —E ~ 8 Гбс

32х PCI-E ~ 16 Гбс

*Скорость передачи данных в одном направлении в 2 раза ниже данных показателей

15 января 2007 года, PCI —SIG выпустила обновлённую спецификацию именуемую PCI-Express 2.0

Основным улучшением стала в 2 раза увеличенная скорость передачи данных (5.0 Ггц , против 2.5Ггц в старой версии). Усовершенствованию подвергся также двухточечный протокол передачи данных (точка-точка), доработана программная составляющая и добавлена система программного мониторинга за скоростью шины. При этом сохранилась совместимость с версиями протокола PCI —E 1.х

В новой версии стандарта (PCI — Express 3.0 ), главным нововведением будет измененная система кодирования и синхронизации . Вместо 10 битной системы (8 бит информации, 2 бита служебных), будет применяться 130 битная (128 бит информации, 2 бита служебных). Это позволит снизить потери в скорости с 20% до ~1.5% . Будет также переработан алгоритм синхронизации передатчика и приёмника, улучшен PLL (phase-locked loop). Скорость передачи увеличится предположительно в 2 раза (в сравнении с PCI —E 2.0 ), при этом сохранится совместимость с прошлыми версиями PCI —Express .

В настоящее время в сфере сложной электроники наблюдается активное и быстрое внедрение новых технологий, в результате чего некоторые компоненты системы могут устаревать и не подлежать обновлению и т. п.

В связи с этим приходится подключать к ним различные дополнения и , для чего нередко требуются те или иные переходники.

В данной статье мы рассмотрим переходник pci-e pci, то как он работает и какие особенности имеет.

Определение

Что же это за устройство и для чего оно нужно? Строго говоря, это шина ввода и вывода, которая подключается к персонального компьютера.

К самой этой шине, то есть к переходнику, можно подключить некоторое (различающееся в зависимости от конфигурации) количество внешних периферийных устройств.

С помощью последовательного соединения эти периферийные устройства подключаются к компьютеру.

Основной характеристикой такого устройства является его пропускная способность.

Именно она характеризует (в общем случае) качество работы, скорость ее и быстродействие компьютера и подключенных таким образом элементов.

Характеристика пропускной способности выражается в количестве линий соединения (от 1 до 32).

В зависимости от этой основной характеристики может значительно меняться и цена данного устройства. То есть, чем эта характеристика лучше (показатель выше), тем выше и стоимость такого устройства. Кроме того, многое зависит от статуса производителя, надежности оборудования и его долговечности. В среднем цена начинается от 250-500 рублей (за азиатские изделия с низкой пропускной способностью), до 2000 рублей (за европейские и японские устройства с высокой пропускной способностью).

Технические характеристики

С технической точки зрения такое устройство имеет три составные части:

Выше было написано об исключительной важности пропускной способности устройства для его нормального функционирования.

Что же такое пропускная способность? Чтобы ответить на этот вопрос необходимо понимать принцип действия такого переходника.

Он способен осуществлять одновременное двунаправленное (от карты к периферии и от периферии к карте) соединение оборудования.

При этом передача данных может происходить как по одной, так и по нескольким линиям.

Чем больше таких линий, тем стабильнее работает устройство, тем выше его пропускная способность и тем более быстродейственным будет периферийное оборудование.

Важно! В зависимости от количества линий устройство может иметь различные конфигурации: х1, х2, х4, х8,х12, х16, х32. Цифра указывает непосредственно на количество полос для двусторонней одновременной передачи информации. Каждая из таких полос состоит из двух пар проводов (для передачи в двух направлениях).

Как видно из описания, эта конфигурация значительно влияет на стоимость устройства.

Но какое прикладное значение она имеет, действительно ли есть смысл тратиться дополнительно при покупке устройства?

Это напрямую зависит от того, сколько вы планируете подключить к материнской плате – чем их больше, тем более высокая пропускная способность необходима устройству для поддержания стабильной работы компьютера.

Шифрование

При такой системе передачи информации используется специфическая система защиты ее от искажений и потерь.

Этот метод защиты получил обозначение 8В/10В.

Смысл в том, что для передачи 8 бит необходимой информации должны быть использованы дополнительные 2 служебных бита для осуществления безопасности и защиты от искажений.

При работе такого адаптера, на компьютер постоянно передается 20% служебной информации, не несущей никакой нагрузки и пользователю не нужной. Но именно она, хотя и нагружает (впрочем, совсем незначительно) , обеспечивает стабильность работы шины и периферийных устройств.

История

В начале 2000-х годов активно использовался слот расширения AGP, именно с его помощью устанавливались .

Но, в какой-то момент была достигнута максимальная технически возможная его производительность и появилась необходимость в создании адаптера нового типа.

И скоро появился PCI-E – это был 2002 год.

Сразу же появилась необходимость в адаптере, который позволял бы устанавливать новые графические решения в устаревший слот расширения или наоборот.

Потому в 2002 году многие разработчики и производители всерьез занялись созданием такого адаптера.

На тот момент устройство имело одно важное качество – возможность модернизировать ПК, потратив на это минимальные суммы, ведь вместо замены материнской платы достаточно было относительно недорогого переходника.

Но разработка не увенчалась успехом, так как на тот момент стоили почти так же, как первые переходники, а потому возникла необходимость в разработке более простой конфигурации адаптера.

Интересно, что производители также последовательно увеличивали пропускную способность таких устройств. Если для первых конфигураций она составляла не более 8 Гб/с, то для второй уже 16 Гб/с, а для третьей – 64 Гб/с. Это отвечало требованиям возрастающих нагрузок, появляющихся из-за модернизации периферийных устройств.

При этом, слоты с разной скоростью передачи совместимы с любыми устройствами менее «скоростного» уровня.

То есть, если подключить к слоту третьего поколения графическую платформу второго или первого поколения, то слот автоматически переключится на иной скоростной режим, соответствующий подключенному устройству.

Отличия PCI и PCI-E

Какие специфические отличия имеются у этих двух конфигураций?

По своим техническим и эксплуатационным характеристикам PCI похож на AGP, тогда как PCI-E – принципиально новая разработка.

Тогда как PCI обеспечивает параллельную передачу информации, PCI-E – последовательную, за счет чего достигается значительно более высокая скорость передачи информации и быстродействие даже с учетом применения адаптера.

Зачем нужен?

Зачем нужен такой адаптер и для чего он может применяться, можно ли обойтись без него?

Нужно понимать, что большинство пользователей обходятся без этого оборудования потому, что оно не является необходимым даже на старых, подверженных существенному износу, компьютерах.

Это дополнительное оборудование, которое в ряде случаев улучшить функционал вашего ПК, но без которого вполне может обойтись рядовой пользователь.

По сути, использование такого переходника дает только одно основное преимущество – возможность подключения к карте памяти некоторого количества периферийных устройств, тогда как напрямую столь много их подключить невозможно. Например, таким способом можно подключить дискретную видео- или в дополнение к основной.

Также достаточно удобной возможностью может быть одновременное быстрое отключение всех периферийных устройств при необходимости.

Например, в случае, когда снижается быстродействие компьютера или по иным причинам. В этом случае пользователю не надо длительное время программно отключать компоненты.

В нем применено две новых частоты работы: 100 МГц и 133 МГц. Кроме того, в данной шине реализован механизм раздельных транзакций в целях улучшения производительности при единовременном подключении нескольких устройств.

По сути, PCI-X, который можно расшифровать как PCI-eXtended , является укороченной версией PCI-E. Впоследствии расширение было вытеснено своим более компактным аналогом, поскольку пространство на материнской плате стало все более острым вопросом, "материнки" становились все меньше, что требовало того же от слотов. Так PCI-E практически полностью вытеснил PCI-X.

Для шины PCI-X существуют ограничения по числу подключаемых к ней устройств: 66 МГц - 4, 100 МГц - 2, 133 МГц - 1, 2, 266 и 533 МГц - только 1.

Данная шина совместима со всеми 3.3 В и универсальными картами расширения PCI. Как правило, PCI-X не широко используется на современных материнских платах. В проф-сегменте используется для RAID -контроллеров, в SSD, под PCI-E .

PCI-X была разработана в сотрудничестве компаниий IBM, HP и Compaq. Шина появилась на рынке в 1998 году. Основной целью создания новой шины являлась попытка внедрить на рынок кодифицированную различными расширениями на платформе локальной PCI новую шину, которая бы исключила недостатки PCI, была бы быстрее и производительнее, и при этом увеличила бы популярность таких устройств, как: Gigabit Ethernet , Fibre Channel и карт Ultra3 SCSI . PCI-X отключается от других PCI шин и позволяет различным агентам использовать ее. Сплит-ответы увеличивают эффективность шины за счет устранения повторных циклов, в течение которых данные не могут быть переданы по шине. Кроме того, в PCI-X добавились устройства MSI, прерывание системы с помощью записи в хост-памяти.

Теоретически, максимальный объем данных, передаваемых между процессором и периферийными устройствами посредством PCI-X, составляет 1,06 Гб/с, по сравнению с 133 Мб/с у стандартного PCI. PCI-X также обладает улучшенным уровнем отказоустойчивости, позволяя пользователю, например, провести повторную инициализацию неисправной карты или перевести ее в автономный режим.

PCI-X не совместим со старыми 5-Вольтовыми I/O, которые так широко применялись в стандартной версии PCI.

В чем отличие PCI-X от PCI 64?

64-битный PCI слот отличим от 32-битного по длине, в первую очередь, а от PCI-X он отличается наличием трех сегментов, с одним посередине, который намного короче остальных. PCI-X слоты можно отличить от PCI 64 по маленькому сегменту а начале, такой же маленький в PCI 64 находится посередине слота. Это что касается визуальных отличий.

32-битная карта будет должным образом функционировать на PCI-X слоте, но PCI-X карты не будут работать на 32-битном слоте. Некоторые PCI 64 карты могут функционировать на 32-битных слотах нормально, но при неизбежной двукратной потери мощности, поскольку пропускная способность шины - ниже.

Версии:

Карты

• 66 MHz
• 100 MHz
• 133 MHz
• 266 MHz
• 533 MHz

Слоты

• 66 MHz
• 133 MHz
• 266 MHz
• 533 MHz

Когда мы говорим о шине PCI Express(PCI-E), то, пожалуй, первое что выделяет ее среди других аналогичных решений – это эффективность. Благодаря этой современной шине, повышается производительность компьютера, улучшается качество графики.

На протяжении многих лет, для подключения видеокарты к материнской плате, использовалась шина PCI(Peripheral Component Interconnect), помимо этого она использовалась также и для подключения некоторых других устройств, например, сетевой и звуковой карты.

Вот как выглядят эти слоты:

PCI-Express фактически стало следующим поколением шины PCI, предложив улучшенную функциональность и производительность. Она, использует последовательное соединение, в котором имеется несколько линий, каждая из которых ведет к соответствующему устройству, т.е. каждое периферийное устройство получает свою собственную линию, благодаря чему возрастает общая производительность компьютера.

PCI-Express поддерживает «горячее» подключение, потребляет меньшее, чем ее предшественники количество энергии, контролирует целостность передаваемых данных. К тому же она совместима с драйверами PCI – шины. Еще одной замечательной особенностью данной шины, является ее масштабируемость, т.е. pci express card подключается и работает в любом слоте аналогичной или большей пропускной способности. По всей вероятности, эта функция будет обеспечивать ее использование в последующие годы.

Традиционный тип слота PCI был достаточно хорош для основных аудио/видео функций. С шиной AGP, схема работы с мультимедийными данными улучшилась, соответственно возросло и качество аудио/видео данных. Это было незадолго до того момента, когда достижения в области микроархитектуры процессоров стали еще нагляднее демонстрировать медлительность шины PCI, которая заставляла самые быстрые и новейшие на тот момент времени модели компьютеров буквально еле-еле тащиться.

Характеристики и пропускная способность шины PCI-E

Она может иметь от одной двунаправленной линии соединения x1, до x32 (32 линий). Линия функционирует по принципу точка к точке. Современные версии предоставляют гораздо большую пропускную способность, по сравнению со своими предшественниками. x16 можно использовать для подключения видеокарты, а x1 и x2 могут использоваться для подключения обычных карт.

Вот как выглядят слоты х1 и pci express x16 на :

PCI-E
Количество линий x1 x2 x4 x8 x16 x32
Ширина полосы 500 Мб /с 1000 МБ /с 2000 Мб /с 4000 МБ /с 8000 МБ / с 16000 Мб / с

Версии PCI-E и совместимость

Когда речь идет о компьютерах, то любое упоминание о версиях ассоциируется с проблемами совместимости. И, как любая другая современная технология, PCI-E постоянно развивается и модернизируется. Последний доступный вариант pci express 3.0, но уже ведется развитие шины PCI-E версии 4.0., которая должна появиться примерно в 2015 году(pci express 2.0 практически устарела).
Взгляните на следующую таблицу совместимости PCI-E.
Версии PCI-E 3,0 2,0 1,1
Общая пропускная способность
(X16) 32 Гб / с 16 Гб / с 8 Гб / с
Скорость передачи данных 8,0 ГТ / с 5,0 ГТ / с 2,5 ГТ / с

Версия PCI-E не имеет никакого влияния на функциональность карты. Наиболее отличительной чертой данного интерфейса является его прямая и обратная совместимость, что делает его безопасным и способным к синхронизации со многими вариантами карт, независимо от интерфейса версии. То есть вы можете в слот PCI-Express первой версии, вставить карту второй или третьей версии и она будет работать, хотя и с некоторой потерей производительности. Точно так же и в слот PCI-E третьей версии можно устанавливать карту первой версии PCI-Express. В настоящее время все современные модели видеокарт от NVIDIA и AMD совместимы с такой шиной.

А это на закуску:

В этой статье мы расскажем о причинах успеха шины PCI и дадим описание высокопроизводительной технологии, которая приходит ей на смену – шины PCI Express. Также мы рассмотрим историю развития, аппаратные и программные уровни шины PCI Express, особенности её реализации и перечислим ее преимущества.

Когда в начале 1990-x гг. она появилась, то по своим техническим характеристикам значительно превосходила все существовавшие до того момента шины, такие, как ISA, EISA, MCA и VL-bus. В то время шина PCI(Peripheral Component Interconnect - взаимодействие периферийных компонентов), работавшая на частоте 33 Мгц, хорошо подходила для большинства периферийных устройств. Но сегодня ситуация во многом изменилась. Прежде всего, значительно возросли тактовые частоты процессора и памяти. Например, тактовая частота процессоров увеличились с 33 МГц до нескольких ГГц, в то время как рабочая частота PCI увеличилась всего до 66 МГц. Появление таких технологий, как Gigabit Ethernet и IEEE 1394B грозило тем, что вся пропускная способность шины PCI может уйти на обслуживание одного-единственного устройства на основе данных технологий.

При этом архитектура PCI имеет ряд преимуществ по сравнению с предшественниками, поэтому полностью пересматривать было нерационально. Прежде всего, она не зависит от типа процессора, поддерживает буферную изоляцию, технологию bus mastering (захват шины) и технологию PnP в полном объеме. Буферная изоляция означает, что шина PCI действует независимо от внутренней шины процессора, что дает возможность шине процессора функционировать независимо от скорости и загруженности системной шины. Благодаря технологии захвата шины периферийные устройства получили возможность непосредственно управлять процессом передачи данных по шине, вместо того, чтобы ожидать помощи от центрального процессора, что отразилось бы на производительности системы. Наконец, поддержка Plug and Play позволяет осуществлять автоматическую настройку и конфигурирование пользующихся ею устройств и избежать возни с джамперами и переключателями, которая изрядно портила жизнь владельцам ISA-устройств.

Несмотря на несомненный успех PCI, в нынешнее время она сталкивается с серьезными проблемами. Среди них – ограниченная пропускная способность, недостаток функций передачи данных в реальном времени и отсутствие поддержки сетевых технологий нового поколения.

Сравнительные характеристики различных стандартов PCI

Следует учесть, что реальная пропускная способность может быть меньше теоретической из-за принципа работы протокола и особенностей топологии шины. К тому же общая пропускная способность распределяется между всеми подключенными к ней устройствами, поэтому, чем больше устройств сидит на шине, тем меньшая пропускная способность достается каждому из них.

Такие усовершенствования стандарта, как PCI-X и AGP были призваны устранить ее главный недостаток – низкую тактовую частоту. Однако увеличение тактовой частоты в этих реализациях повлекло за собой уменьшение эффективной длины шины и количества разъемов.

Новое поколение шины - PCI Express (или сокращенно PCI-E), было впервые представлено в 2004 году и было призвано решить все те проблемы, с которыми столкнулась её предшественница. Сегодня большая часть новых компьютеров снабжается шиной PCI Express. Хотя стандартные слоты PCI в них тоже присутствуют, однако не за горами то время, когда шина станет достоянием истории.

Архитектура PCI Express

Архитектура шины имеет многоуровневую структуру, как показано на рисунке.

Шина поддерживает модель адресации PCI, что позволяет работать с ней всем существующим на данный момент драйверам и приложениям. Кроме того, шина PCI Express использует стандартный механизм PnP, предусмотренный предыдущим стандартом.

Рассмотрим предназначение различных уровней организации PCI-E. На программном уровне шины формируются запросы чтения/записи, которые передаются на транспортном уровне при помощи специального пакетного протокола. Уровень данных отвечает за помехоустойчивое кодирование и обеспечивает целостность данных. Базовый аппаратный уровень состоит из двойного симплексного канала, состоящего из передающей и принимающей пары, которые вместе называются линией. Общая скорость шины в 2,5 Гб/с означает, что пропускная способность для каждой линии PCI Express составляет 250 Мб/c в каждую сторону. Если принять во внимание потери на накладные расходы протокола, то для каждого устройства доступно около 200 Мб/c. Эта пропускная способность в 2-4 раза выше, чем та, которая была доступна для устройств PCI. И, в отличие от PCI, в том случае, если пропускная способность распределяется между всеми устройствами, то она в полном объеме достается каждому устройству.

На сегодняшний день существует несколько версий стандарта PCI Express, различающихся своей пропускной способностью.

Пропускная способность шины PCI Express x16 для разных версий PCI-E, Гб/c:

• 32/64
• 64/128
• 128/256

Форматы шины PCI-E

На данный момент доступны различные варианты форматов PCI Express, в зависимости от предназначения платформы – настольный компьютер, ноутбук или сервер. Серверы, требующие большую пропускную способность, имеют больше слотов PCI-E, и эти слоты имеют большее число соединительных линий. В противоположность этому ноутбуки могут иметь лишь одну линию для среднескоростных устройств.

Видеокарта с интерфейсом PCI Express x16.

Платы расширения PCI Express очень похожи на платы PCI, однако разъемы PCI-E отличаются повышенным сцеплением, что позволяет быть уверенным в том, что плата не выскользнет из слота из-за вибрации или при транспортировке. Существует несколько форм-факторов слотов PCI Express, размер которых зависит от количества используемых линий. Например, шина, имеющая 16 линий, обозначается как PCI Express x16. Хотя общее количество линий может достигать 32, на практике большинство материнских плат в настоящее время оснащены шиной PCI Express x16.

Карты меньших форм-факторов могут подключаться в разъемы для больших без ущерба для работоспособности. Например, карта PCI Express х1 может подключаться в разъем PCI Express x16. Как и в случае шины PCI, для подключения устройств при необходимости можно использовать РCI Express-удлинитель.

Внешний вид разъемов различных типов на материнской плате. Сверху вниз: слот PCI-X, слот PCI Express х8, слот PCI, слот PCI Express х16.

Express Card

Стандарт Express Card предлагает очень простой способ добавления оборудования в систему. Целевым рынком для модулей Express Card являются ноутбуки и небольшие ПК. В отличие от традиционных плат расширения настольных компьютеров, карта Express может подключаться к системе в любой момент во время работы компьютера.

Одной из популярных разновидностей Express Card является карта PCI Express Mini Card, разработанная в качестве замены карт форм-фактора Mini PCI. Карта, созданная в этом формате, поддерживает как PCI Express, так и USB 2.0. Размеры PCI Express Mini Card составляют 30×56 мм. Карта PCI Express Mini Card может подключаться к PCI Express х1.

Преимущества PCI-E

Технология PCI Express позволила получить преимущество по сравнению с PCI в следующих пяти областях:

1. Более высокая производительность. При наличии всего одной линии пропускная способность PCI Express в два раза выше, чем у PCI. При этом пропускная способность увеличивается пропорционально количеству линий в шине, максимальное количество которых может достигать 32. Дополнительным преимуществом является то, что информация по шине может передаваться одновременно в обоих направлениях.
2. Упрощение ввода-вывода. PCI Express использует преимущества таких шин, как AGP и PCI-X и обладает при этом менее сложной архитектурой, а также сравнительной простотой реализации.
3. Многоуровневая архитектура. PCI Express предлагает архитектуру, которая может подстраиваться к новым технологиям и не требует значительного обновления ПО.
4. Технологии ввода/вывода нового поколения. PCI Express дает новые возможности получения данных при помощи технологии одновременных передач данных, обеспечивающей своевременное получение информации.
5. Простота использования. PCI-E значительно упрощает обновление и расширение системы пользователем. Дополнительные форматы плат Express, такие, как ExpressCard, значительно увеличивают возможности добавления высокоскоростных периферийных устройств в серверы и ноутбуки.

Заключение

PCI Express – это технология шины для подключения периферийных устройств, пришедшая на смену таким технологиям как ISA, AGP и PCI. Её применение значительно увеличивает производительность компьютера, а также возможности пользователя по расширению и обновлению системы.