Шина pci express архитектура

Эта статья посвящена обзору успешного и широко-распространенного стандарта шины PCI и описывает следующее поколение шины ввода вывода, называемой PCI Express (часто обозначается как PCIe ), которая будет служить стандартом локальной шины ввода-вывода для будущих компьютерных систем. Ключевые атрибуты PCI, такие как ее модель использования и программный Интерфейс сохраняются, в то время как ее реализация с ограниченной пропускной способностью и параллельная архитектура, заменяется последовательной. Протокол разделяемых транзакций (split-transaction protocol) реализуется с поддержкой пакетов обладающих набором атрибутов, которые поддерживают назначение приоритетов и доставляются к цели оптимальным образом. Архитектура PCI Express поддерживает широкий набор форм-факторов для обеспечения совместимости с существующими PCI устройствами и для развития новых форм-факторов систем. Архитектура PCI Express обеспечит лучшую в индустрии производительность и соотношение цена/производительность.

Это перевод статьи, опубликованной на сйте Intel » . Оригинал (PDF на английском языке) находится .

Шина PCI хорошо служила нам последние 10 лет и будет играть важную роль в течение еще нескольких. Но, нынешние и «завтрашние» процессоры и устройства ввода-вывода требуют гораздо большей пропускной способности, чем может обеспечить PCI 2.2 или PCI-X, так что пришло время для разработки следующего поколения PCI, которое будет служить в качестве стандартной шины ввода-вывода для новых систем. Уже было предпринято несколько попыток увеличения пропускной способности шины, которые привели к появлению в PC платформах специализированных шин, которые сосуществуют вместе с шиной расширения ввода-вывода PCI, как показано на рисунке.

Шина процессоров постоянно масштабируется и по частоте и по напряжению. Пропускная способность оперативной памяти увеличивается, что бы соответствовать процессорам. Соответственно, как показано на рисунке 1, системный набор микросхем (чипсет) обычно разделен на концентратор памяти и концентратор ввода-вывода, поскольку шина памяти часто меняется (вслед за процессорами). Одной из основных функций такого разделения является изоляция изменений в шине памяти, от стабильной шины ввода-вывода.

Появившаяся в 90-х годах прошлого века параллельная реализация PCI, в настоящее время приблизилась к своему теоретическому пределу производительности: уже нельзя без существенного удорожания ни повысить ее частоту, ни понизить напряжение; как всякая параллельная шина она подвержена влиянию эффекта, называемого Skew (временное отклонение). Все попытки преодолеть эти ограничения приводят к существенному увеличению стоимости, при незначительном приросте производительности.

Но это только половина проблемы, вторая заключается в том, что существует множество разновидностей PCI несовместимых между собой (например, PCI устройства для использования в мобильных компьютерах).

Современные приложения более зависимы от аппаратных средств, и в частности, от подсистемы ввода-вывода. Обработка потоков данных от различных аудио и видео источников являются теперь обычным делом для мобильных или настольных систем, но в стандарте PCI 2.2 или PCI-X нет встроенных механизмов для поддержки время-связанных данных. Многие приложения связи и системы контроля, так же должны передавать и обрабатывать данные в режиме «реального времени». Современные системы, как показано на рисунке 2, должны одновременно обрабатывать несколько конкурирующих потоков данных от разных источников. Более неприемлемо трактовать все данные, как одинаковые – более важно, например, обработать потоковые данные, поскольку устаревшие данные «реального времени» абсолютно бесполезны. Данные должны быть «помечены» таким образом, чтобы система ввода-вывода могла назначить им правильные приоритеты обработки.

Читайте также: Шины с дисками в томске

Следующий список суммирует основные требования к третьему поколению системы ввода-вывода.

• Универсальность:
  • Унификация архитектуры ввода-вывода для настольных, мобильных, серверных, встроенных и коммуникационных систем.
  • Цена не должна быть выше, чем у существующей сейчас PCI шины.
  • Загрузка существующих ОС без изменений.
  • Совместимая с PCI конфигурация и интерфейсы системных драйверов.
  • Масштабируемая производительность посредством увеличения частоты и кол-ва каналов передачи данных.
  Содержание

  1. Шины PCI и PCI Expres
  2. Типы устройств, использующих PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32
  3. PCI Express* Architecture
  4. Still Pushing the Limits of I/O Performance
  5. PCI Express* Architecture
  6. PCI Express* 3.0 – A New Era in I/O Performance
  7. The Future of PCI Express*
  8. Compatibility, Scalability, and Forward-thinking Design
  9. PCI Express* Architecture Resources
  10. 🎬 Видео

  Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать

  

  Шины PCI и PCI Expres

  PCI – это компьютерная параллельная шина ввода-вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. PCI используется для подключения: видеокарт, звуковых карт, сетевых карт, TV-тюнеров и других устройств.

  Последовательная шина PCI Express, разработанная Intel и ее партнерами, призвана заменить параллельную шину PCI и ее расширенный и специализированный вариант шину 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. 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. В связи с чем шина PCI являлась «бутылочным горлышком» т.е. замедляла работу компьютера.

  Функциональная схема работы современного компьютера с контроллером памяти в чипсете:

  Источник: Учебник организация ЭВМ и систем. С.А. Орлов и Б.Я. Цилькер.

  Решение проблемы:

  В далеких 2000-х, состоялся переход с устаревающего стандарта PCI на PCI Express. У последнего появилось 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.

  

  Организация системной шины на базе стандартов PCI-E>:

  Источник: Учебник Шины PCI, PCI Express. Архитектура, дизайн, принципы функционирования, Автор Петров С.В.

  PCI Express или PCIe или PCI-E (также известна 3GIO) – это компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI, а также высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных. PCI Express предназначен для замены PCI и AGP и доступен в нескольких различных форматах: x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32. Впервые спецификация PCI-E появилась в июле 2002 года. Слоты PCI-E на сегодняшний день являются стандартными и расположены на большинстве современных компьютерах.

  Читайте также: Давление в шинах для уаз буханка

  Частота, на которой работает шина PCI Express — 2.5 ГГц, что дает пропускную способность 250 Мб/сек для каждого устройства PCI Express 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.

  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.

  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.

  Источник: Учебник Шины PCI, PCI Express. Архитектура, дизайн, принципы функционирования, Автор Петров С.В.

  Видео:Шина PCI Express: эволюция от поколения к поколениюСкачать

  

  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.

  

  Wifi адаптер PCI-E X1:

  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.

  Читайте также: Размер шин пассат б3 r15

  

  SSD накопитель PCI-E X4:

  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.

  

  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.

  Источник: Шины PCI, USB и FireWire. Энциклопедия. Михаил Гук

  Видео:ОБЪЯСНЯЕМ PCI Express 4.0Скачать

  

  PCI Express* Architecture

  Видео:Линии PCIe - сколько их реально нужно и чем линии CPU отличаются от линий MB?Скачать

  

  Still Pushing the Limits of I/O Performance

  Видео:5 лекция "Шины AGP и PCI Express"Скачать

  

  PCI Express* Architecture

  Introduced to replace the more limited parallel PCI* bus and extend I/O performance for the future, PCI Express* is a standards-based, bidirectional, point-to-point serial interconnect, capable of high-bandwidth data transfers up to 32 GB/s on a x16 connector with PCI Express* 3.0. PCI Express* supports enhanced features, such as scalable performance, power management, lower latencies, and hot swappable devices.

  Видео:Что такое PCIe? Все виды скоростного интерфейса подключения PCIe 1.0-6.0 (x1 x4 x8 x18 x32)Скачать

  

  PCI Express* 3.0 – A New Era in I/O Performance

  Upgraded in 2010, PCI Express* 3.0 doubles the data transfer rate over its predecessor, while maintaining backwards compatibility with versions 1.0 and 2.0. PCI Express* 3.0 provides the following:

  • PCI software compatibility
  • Scalable performance
  • High-bandwidth, low pin-count implementations
  • Cost effective silicon component designs
  • Low overhead, low latency data transfers
  • Maximized interconnect efficiency
  • Improved power management capabilities

  As a flexible, low-cost solution, PCI Express* is broadly adopted and software-compatible with all existing PCI-based software to enable smooth integration in future systems. Next-generation PCI Express* is currently in the definition stages of development. If you would like to provide input on requirements, please contact your company’s PCI-SIG representative.

  Видео:Системная шина персонального компьютера pci expressСкачать

  

  The Future of PCI Express*

  Increasing demand for richer application content drives faster, more advanced hardware and processing support in a wide range of devices. PCI Express* allows for increased performance and scalability for years to come. It’s an ideal unifying solution in the development of a broad range of platforms and embedded devices.

  Видео:Влияние шин PCI-e и внутренней шины видеокарты на производительностьСкачать

  

  Compatibility, Scalability, and Forward-thinking Design

  Intel works with industry leaders to ensure the PCI standard is based on a robust specification to ensure compatibility for a multitude of products including CPUs, chipsets, chip-level interconnects, adapter cards, and device drivers. Providing extensive resources to developers, Intel and the PCI-SIG delivers specifications that are ultimately moving the industry towards more forward-thinking, scalable designs.

  Видео:Технология PCI ExpressСкачать

  

  PCI Express* Architecture Resources

  The Intel® developer network for PCI Express* Architecture is a developer community sponsored by Intel that helps you innovate faster and easier with access to whitepapers, specification drafts, and more to design, develop, and deploy innovative solutions based on the widely supported standards-based Single Root I/O Virtualization (SR-IOV) architecture.

  • Свежие записи
    • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
    • Скрипят амортизаторы на машине что делать
    • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
    • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
    • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле
    • Правообладателям
    • Политика конфиденциальности

    🎬 Видео

    PCI Express 4.0 vs 3.0 Важно знать при выборе процессора и материнской платыСкачать

    

    Шина PCIСкачать

    

    Распределение линий PCI-Express в компьютереСкачать

    

    PCI и PCI-Express что можно подключитьСкачать

    

    Каким видеокартам нужна высокая скорость PCI-e x8 x16 Gen. 4, 3 и 2Скачать

    

    Про Pci express #shortsСкачать

    

    PCIe 3 и PCIe 4: в чем разница?Скачать

    

    Компьютерная шина PCI ExpressСкачать

    

    Системная шина персонального компьютера PCIСкачать

    

    Что будет, если подключить мощную видеокарту в слот PCI-express x1 версии 1.1?Скачать