Шина e pci: Все, что вы хотели знать PCI Express

Шина PCI Express

Специальной организацией по совершенствованию интерфейса PCI в 2003 г. была утверждена спецификация последовательного интерфейса PCI Express. Причина появления новой шины расширения довольно проста: параллельный интерфейс PCI не отвечал требованиям наращивания производительности компонентов. Для параллельных шин основной проблемой является невозможность радикального повышения рабочих частот. Последовательную шину гораздо проще запустить на повышенных тактовых частотах, что значительно поднимает производительность. Более того, масштабируемость последовательных шин относительно легко достигается как за счет повышения частоты работы, так и увеличения числа линий.

Спецификация шины PCI Express предусматривает иерархию, аналогичную применяемой в сетевой архитектуре. На самом верхнем, логическом уровне, располагаются прикладные программы, использующие PCI-устройство. Для них в архитектуре ничего не меняется: при обмене данными через шину PCI Express приложения привычно обращаются к операционной системе. На уровне драйверов и конфигурирования устройств архитектура шины PCI Express полностью совместима с интерфейсом PCI.

Однако на других уровнях архитектуры произошли кардинальные изменения. Прежде всего, добавлено два новых уровня — транзакций и соединений, функции которых аналогичны сетевым протоколам адресации и передачи данных ТСР/IP.

На уровне транзакций происходит первоначальная упаковка данных, передача их конкретному получателю и контроль доставки. На уровне соединений указывается физический адрес назначения пакета. Получив адрес, контроллеры шины принимают решение о направлении пакета в конкретную физическую линию.

Маршрутизация пакетов осуществляется на уровне транзакций. Здесь принимается решение о том, на какую шину направить пакет, в какой очередности передавать несколько пакетов. Пакет передается только в том случае, когда поступил сигнал готовности от буфера приема.

Между участниками обмена данными по шине PCI Express устанавливается выделенный канал связи, ширина которого и тактовая часто­та обговариваются устройствами в процессе инициализации канала. Тем самым реализуется концепция обмена данными «точка-точка».

Помимо оконечных устройств архитектурой интерфейса предусмотрено наличие контроллеров (Host), мостов (Bridge) и переключателей (Switch), что позволяет организовать сложную топологию каналов и обеспечить совместимость с другими интерфейсами.

Фундаментом архитектурной модели PCI Express является собственно физическая шина передачи данных: две дифференциальные пары проводников (первая пара работает на прием, вторая на передачу). Никакого внешнего синхронизирующего сигнала от тактового генератора в PCI Express не предусмотрено.

Интерфейс PCI Express позволяет объединять в шину несколько независимых линий передачи данных. Спецификацией предусмотрено использование 1, 2, 4, 8,16 и 32 линий. Передаваемые данные поровну распределяются между ними по схеме «первый байт на первую линию, второй байт на вторую линию,… n+1-й байт снова на первую» и так далее. Так достигается масштабируемость PCI Express, с максимальной пропускной способностью до 6,4 Гбайт/с в одном направлении.

Номинальной рабочей частотой шины PCI Express сейчас является 2,5 ГГц. При этом пиковая пропускная способность (на один канал передачи данных) достигает 200 Мбайт/с, что составляет 100 Мбайт/с на контакт.

Шина PCI Express поддерживает питание устройств достаточно большой мощности: на слот x1 подается до 10 Вт, на слот x4 — до 25 Вт, а на слот x16 — до 75 Вт. Спецификацией предусмотрена установка на системную плату второго разъема питания. Суммарно две линии питания обеспечат функционирование устройств мощностью до 140 Вт.

На системных платах с шиной PCI Express разъем питания АТХ увеличился на четыре контакта (добавились линии +12 В, +5 В, земля и +3,3 В) и стал насчитывать 24 линии.

Шина PCI

Подробности

Родительская категория: Системные платы

Категория: Локальные шины

В начале 1992 года Intel организовала группу разработчиков, перед которой была поставлена та же задача, что и перед группой VESA: разработать новую шину, в которой были бы устранены все недостатки шин ISA и EISA.

В июне 1992 года была выпущена спецификация шины PCI версии 1.0, которая с тех пор претерпела несколько изменений.

Создатели PCI отказались от традиционной концепции, введя еще одну шину между процессором и обычной шиной ввода-вывода. Вместо того чтобы подключить ее непосредственно к шине процессора, весьма чувствительной к подобным вмешательствам (что было характерно для VL-Bus), они разработали новый комплект микросхем контроллеров для расширения шины.

Шина PCI добавляет к традиционной конфигурации шин еще один уровень. При этом обычная шина ввода-вывода не используется, а создается фактически еще одна высокоскоростная системная шина с разрядностью, равной разрядности данных процессора. Компьютеры с шиной PCI появились в середине 1993 года, и вскоре она стала неотъемлемой частью компьютеров высокого класса.

Тактовая частота стандартной шины PCI — 33 МГц, а разрядность соответствует разрядности данных процессора. Для 32-разрядного процессора пропускная способность составляет 132 Мбайт/с:

33,33 МГц × 4 байт (32 бит) = 133 Мбайт/с.

Стандартная шина PCI имеет несколько разновидностей, представленных в табл. 4.76. Большинство современных компьютеров вооружены разъемами PCI-Express x1 и PCI-Express x16. В настоящее время 64-разрядные шины или шины с рабочей частотой 66 и 133 МГц используются только в системных платах серверов или рабочих станций. Одно из основных преимуществ шины PCI заключается в том, что она может функционировать параллельно с шиной процессора (т.е. независимо от нее). Это позволяет процессору обрабатывать данные внешней кэш-памяти одновременно с передачей информации по шине PCI между другими компонентами системы.

Для подключения адаптеров шины PCI используется специальный разъем (см. рисунок ниже). Платы PCI могут быть тех же размеров, что и платы для обычной шины ввода-вывода, однако конфигурация разъемов позволяет отличить их от старых плат с интерфейсами ISA, MCA и EISA.

В спецификации PCI определено три типа системных плат, каждая из которых разработана для определенных моделей компьютеров с различными требованиями к электроснабжению. Существуют 32- и 64-разрядные версии шины PCI. Версия с напряжением 5 В предназначена для стационарных компьютеров (PCI 2.2 или более ранних версий), версия с напряжением 3,3 В — для портативных систем (также поддерживается PCI 2.3), а универсальная версия предназначена для системных плат и внешних адаптеров, подключаемых к любому из перечисленных разъемов. Универсальные шины и 64-разрядные шины PCI с напряжением 5 В преимущественно предназначены для серверных системных плат. Спецификацией PCI-X 2.0 для версий 266/533 обусловлена поддержка напряжений 3,3 и 1,5 В, что соответствует стандарту PCI 2.3 с поддержкой напряжения 3,3 В.

Обратите внимание, что универсальная плата PCI может устанавливаться в разъем, предназначенный для любой платы с фиксированным напряжением питания. Если напряжение, подаваемое на те или иные контакты, может быть разным, то оно обозначается +В I/O. На эти контакты подается опорное напряжение, определяющее уровни выходных логических сигналов.

Другим важным свойством платы PCI является то, что она удовлетворяет спецификации Plug and Play компании Intel. Это означает, что PCI не имеет перемычек и переключателей и может настраиваться с помощью специальной программы настройки. Системы с Plug and Play способны самостоятельно настраивать адаптеры, а в тех компьютерах, в которых отсутствует система Plug and Play, но есть разъемы PCI, настройку адаптеров нужно выполнять вручную с помощью программы настройки BIOS. С конца 1995 года в большинстве компьютеров устанавливается система BIOS, удовлетворяющая спецификации Plug and Play и обеспечивающая автоматическую настройку.

• < Назад
• Вперёд >

PCI Express: обзор | Ars Technica

Введение

С выпуском чипсетов Intel 900-й серии и недавним возвращением SLI на сцену видеокарт, PCI Express наконец-то широко появился на сцене энтузиастов ПК. Материнские платы с поддержкой PCI Express будут становиться все более и более распространенными, и с растущим распространением новой шины возникнет неизбежная путаница, сопровождающая развитие любой новой технологии, особенно такой сложной и многофункциональной, как PCI Express. В этой статье мы подробно рассмотрим особенности PCI Express? что это такое, чем это не является, и как это улучшает почтенную схему межсоединений, которую мы все знаем и проклинаем: PCI.

Базовая системная архитектура ПК

Без сомнения, большинство читателей Ars знакомы с базовой структурой системы ПК, но стоит сделать краткий обзор, чтобы подготовить почву для последующего обсуждения.

Логически средняя система PCI организована примерно следующим образом:

Рисунок 1. Схема системы PCI

Набор микросхем базовой логики действует как коммутатор или маршрутизатор и направляет трафик ввода-вывода между различными устройствами. которые составляют систему.

В действительности набор микросхем базовой логики разделен на две части: северный мост и южный мост (или мост ввода-вывода). Это разделение существует по нескольким причинам, наиболее важной из которых является тот факт, что существует три типа устройств, которые, естественно, работают очень тесно друг с другом, и поэтому им нужен более быстрый доступ друг к другу: ЦП, основная память , и видеокарта. В современной системе графический процессор видеокарты функционально является вторым (или третьим) процессором, поэтому ему необходимо совместно использовать привилегированный доступ к основной памяти с процессором (ами). В результате все эти три устройства сгруппированы вместе за пределами северного моста.

Северный мост привязан к вторичному мосту, южному мосту, который направляет трафик от различных устройств ввода-вывода в системе: жестких дисков, портов USB, портов Ethernet и т. д. Трафик от этих устройств направляется через южный мост к северному мосту, а затем к процессору и/или памяти.

Реклама

Рисунок 2: северный и южный мосты

Как видно из приведенной выше схемы, шина PCI подключена к южному мосту. Эта шина обычно является самой старой и самой медленной шиной в современной системе и больше всего нуждается в обновлении.

А пока главное, что вы должны вынести из предыдущей схемы, это то, что современный ПК представляет собой разношерстный набор специализированных шин с разными протоколами и пропускной способностью. Это сочетание специализированных шин, предназначенных для подключения различных типов аппаратных средств непосредственно к южному мосту, является чем-то вроде постоянно развивающегося хака, который постепенно и коллективно разрабатывается индустрией ПК, пытаясь обойти ограничения устаревшей шины PCI. Поскольку шина PCI не подходит для таких вещей, как Serial ATA, Firewire и т. д., появилась тенденция подключать интерфейсы как для внутреннего, так и для внешнего ввода-вывода непосредственно к южному мосту. Таким образом, современный южный мост — это своего рода швейцарский армейский нож среди коммутаторов ввода-вывода, и благодаря кривым Мура он может продолжать добавлять функциональные возможности в виде новых интерфейсов, которые не позволяют требовательным к пропускной способности устройствам голодать на шине PCI.

В идеальном мире должен быть один основной тип шины и один шинный протокол, который соединяет все эти различные устройства ввода-вывода? включая видеокарту/графический процессор? к процессору и основной памяти. Конечно, этот идеал «один автобус, чтобы править всеми» никогда не будет реализован в реальном мире. Этого не произойдет с PCI Express, и этого не произойдет с Infiniband (хотя технически может произойти с Infiniband, если мы выбросим все сегодняшнее аппаратное обеспечение ПК и начнем с нуля с целым рядом устройств, изначально совместимых с Infiniband). ).

Тем не менее, даже несмотря на то, что утопический идеал одной шины и одного протокола шины для каждого устройства никогда не будет достигнут, должен быть способ навести порядок в этом хаосе. К счастью для нас, этот путь наконец-то появился в виде PCI Express (также известного как PCIe).

С недавним выпуском Intel чипсетов серии 900 и анонсами NVIDIA и ATI карт, совместимых с PCI Express, PCIe скоро начнет появляться в потребительских системах. Эта статья расскажет вам о том, что вы можете ожидать от шинной технологии, которая будет доминировать в персональных компьютерах в ближайшее десятилетие.

Примечание . В этой статье не рассматриваются некоторые особенности PCI Express, характерные для сервера. К ним относятся горячее подключение и горячая замена, а также функции, ориентированные на надежность, такие как повторные попытки пакетов и тому подобное.

Каналы шины PCI Express

Предупреждение: Технологии меняются очень быстро, поэтому всегда рекомендуется смотреть на дату последнего обновления статьи. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам.

Дата статьи: 23-02-2023

Количество линий шины PCI Express, доступных для вас через ваш ПК, зависит от линий ЦП, линий вашего набора микросхем и версии DMI (Direct Media Interface) вашего набора микросхем. С современными наборами микросхем для энтузиастов ваш ЦП в значительной степени определяет, сколько линий PCI доступно вам через ваш ПК. С бюджетными чипсетами ваши данные часто проходят через DMI (Direct Media Interface — Intel) или UMI/Uplink (AMD), чтобы получить данные со стороны чипсета вашей материнской платы.

Текущий набор микросхем PCIe Bus Lane/DMI Chart

Почему так важны линии PCIe?

Линии шины PCI Express состоят из линий связи, которые материнская плата использует для управления функциями ПК. Ваш ЦП, в частности, управляет вашим ЦП и памятью, а также обычно управляет вашим первым слотом PCIe и, как правило, вашим первым слотом PCIe и, как правило, вашим первым диском NVMe M.2.

Типичные функции Управление линиями PCIe вашего ЦП:

• Обработка ЦП
• Память
• Бортовое видео
• 1-й слот PCIe 3.0 x16 (больше на некоторых платах для энтузиастов)
• 1st M.2 (подробнее на некоторых досках для энтузиастов)
• LAN (на некоторых платах для энтузиастов)
• TPM (на некоторых платах для энтузиастов)

Другие функции используют линии шины PCIe вашего набора микросхем. Старые чипсеты выделяют меньше линий PCIe 2.0/3.0/4.0 для этих функций. Функции, которыми могут управлять линии PCIe вашего набора микросхем:

• Thunderbolt 4 / USB4
• M. 2/U.2 (кроме плат для энтузиастов)
• Жесткие диски SATA
• Встроенный звук
• Встроенный RAID
• Бортовой сетевой контроллер
• Все слоты PCIe, кроме первого (кроме плат для энтузиастов)
• Бортовая локальная сеть
• Встроенный звук
• Звуковая карта
• Сетевая карта
• Плата RAID-контроллера

Ниже приведены общепринятые значения пропускной способности PCIe 4.0, которые требуются различным компонентам:

• 16 линий на каждую — видеокарты x16 PCIe
• 8–16 дорожек каждая — другие специализированные карты PCIe
• 4 канала каждая — диск M.2
• 4 канала на каждом — Thunderbolt 4 (использует 4 канала PCIe 4.0)
• 4 канала на каждом — аппаратные RAID-контроллеры
• 2 канала на каждом — выход для одного видеодисплея 4K
• 1 дорожка на каждой — диски SATA
• 2 канала на каждом — USB 3.2 2×2
• 1 дорожка на каждой — USB 3. 2 2×1 (USB 3.1 Gen. 2)
• 1 линия на каждой — USB 3.2 1×1 (USB 3.0)
• 1-я полоса — звук
• 1 полоса — сетевые контроллеры

Требования к полосе пропускания PCIe

Количество линий шины PCIe, доступных вам, может определить производительность вашего ПК, особенно если вы используете программное обеспечение, зависящее от производительности, такое как программное обеспечение для фото/видео, САПР, финансовое программное обеспечение, программное обеспечение для производства звука. и т. д. Кроме того, если вы используете свой компьютер для интенсивных игровых приложений или для поддержки нескольких мониторов высокой четкости, у вас будет повышенный спрос на линии шины PCIe.

Если вы не используете свой компьютер для приложений, требовательных к производительности, вряд ли вам потребуется более 12 линий шины PCIe. Вы можете использовать компьютер только для просмотра, мультимедиа или в качестве простого киоска, тогда вам подойдет набор микросхем с меньшим количеством полос. Однако, если вы планируете использовать свой ПК для ресурсоемких приложений или использовать несколько высокоскоростных дисков M.2, использование наборов микросхем и ЦП с меньшим количеством линий PCIe может стать узким местом для вашей системы, особенно во время интенсивного использования.

Эффективная скорость PCIe 4.0

Когда все линии шины PCIe используются на ПК, ваш ПК согласовывает, какое устройство получает пропускную способность PCIe. Большинство материнских плат, которые мы используем в наших системах, используют последнюю версию PCIe (PCIe 4.0). PCIe 4.0 почти удвоил эффективную пропускную способность (после накладных расходов) каждой линии шины PCIe по сравнению с PCIe 3.0.

Если вы используете свой ПК для ресурсоемких приложений, рекомендуется выбрать систему с большим количеством доступных линий PCIe.

Какой набор микросхем следует использовать?

Набор микросхем Intel Z790 — это самый производительный набор микросхем Intel, ориентированный на потребителя. Новейшие процессоры Intel 13-го и 12-го поколения обладают большим потенциалом производительности, чем предыдущие поколения. Верхняя часть процессоров AMD Ryzen серии 7000 немного превосходит процессоры Intel. Для действительно производительного ПК без необходимости переходить на серверную материнскую плату мы рекомендуем AMD Threadripper.

В качестве платформ рабочих станций/серверов (предназначенных для обеспечения стабильности) мы предлагаем три платформы Intel: Intel Xeon Entry, Intel Xeon-W и Intel Scalable. Мы предлагаем одну платформу AMD: AMD EPYC. AMD и Intel предлагают хорошую производительность. Как всегда, вы можете поговорить с нами по любым вопросам, которые у вас есть о ваших конкретных потребностях в компьютере. Отправка нам электронного письма — лучший способ получить исчерпывающие ответы на ваши вопросы. Техническая поддержка — [email protected]

Что такое DMI (Direct Media Interface)

DMI — это название Intel для линий, по которым данные перемещаются со стороны хранилища и периферийных устройств материнской платы на сторону процессора материнской платы. UMI или Uplink — это название AMD для тех дорожек между полосами ЦП и полосами набора микросхем. Количество дорожек на DMI (Direct Media Interface) определяет, насколько быстро и сколько информации может перемещаться с одной стороны материнской платы на другую. В материнских платах для энтузиастов и большинстве материнских плат для серверов DMI играет меньшую роль, поскольку высокоскоростные устройства хранения находятся на стороне процессора материнской платы.

В следующих таблицах показаны текущие дорожки шины ЦП, версия DMI и дорожки шины набора микросхем (на момент написания этой статьи), чтобы помочь вам принять решение о том, какой ПК вам подходит.

Набор микросхем	Набор микросхем Линии PCIe 4.0	Набор микросхем Линии PCIe 3.0	ЦП/с Поддерживается	ЦП Каналы PCIe 4.0	Нагрев процессора
Intel Z790	20	8	Intel Core 13-го/12-го поколения — Raptor Lake/Alder Lake	20	DMI 4 x 8 ~ PCIe 4. 0 x8
Intel H770	16	8	Intel Core 13-го/12-го поколения — Raptor Lake/Alder Lake	20	DMI 4 x 8 ~ PCIe 4.0 x8
Интел Б760	10	4	Intel Core 13-го/12-го поколения — Raptor Lake/Alder Lake	20	DMI 4 x 4 ~ PCIe 4.0 x4
Intel H610	0	12	Intel Core 12-го поколения — Ольховое озеро	20	DMI 4 x 4 ~ PCIe 4.0 x4
Intel B560	0	12	Intel Core 11-го поколения — Rocket Lake	20	DMI 3 x 4 ~ PCIe 3.0 x 4
Intel C252*	0	10	Серверные процессоры Xeon Entry E-2300 — Rocket Lake	20	DMI 3 x 4 ~ PCIe 3. Назад: На клавиатуре что означает: Что означают символы, отображаемые в меню на Mac? Вперед: Visual studio настройка: Параметры и настройки — Visual Studio (Windows)