Описание

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.

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.
    • 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.

PCI Express X1

Mini PCI-E

См. также M.2

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

Для этого стандарта разъёма выпускается много периферийных устройств:

  • WiFi-карты
  • WiMax-карты
  • GSM-модемы
  • GPS-приёмники
  • SSD-накопители — использует нестандартную распиновку разъёма Mini PCI-E (SSD Mini PCI Express)
  • Контроллеры USB (2.0 или 3.0), SATA (I, II или III)
  • Контроллер COM-портов (RS232)
  • SMBus
  • Выводы для индикаторных светодиодов
  • Выводы подключения СИМ карт (для GSM WCDMA)
  • Имеет зарезервированные контакты (для будущих устройств)
  • Питание 1.5 В и 3.3 В
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

MiniPCI и MiniPCI Express

SSD Mini PCI Express

  • PATA
  • SATA
  • USB
  • Питание 3.3 В

ExpressCard

Слоты ExpressCard применяются в ноутбуках для подключения:

  • Плат SSD накопителей
  • Видеокарт
  • Контроллеров 1394/FireWire (iLINK)
  • Док-станций
  • Измерительных приборов
  • Адаптеров карт памяти (CF, MS, SD, xD, и т. д.)
  • Сетевых адаптеров
  • Контроллеров параллельных и последовательных портов
  • Адаптеров PC Card/PCMCIA
  • Дистанционного управления
  • Контроллеров SATA
  • 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

Видеокарта для PCI Express x16

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.

Соединение (англ. link — связь, соединение) между двумя устройствами PCI Express состоит из одной (x1) или нескольких (x2, x4, x8, x12, x16 и x32) двунаправленных последовательных линий. Каждое устройство должно поддерживать соединение, по крайней мере, с одной линией (x1).

На электрическом уровне каждое соединение использует низковольтную дифференциальную передачу сигнала (LVDS), приём и передача информации производится каждым устройством PCI Express по отдельным двум проводникам, таким образом, в простейшем случае устройство подключается к коммутатору PCI Express всего лишь четырьмя проводниками.

Использование подобного подхода имеет следующие преимущества:

  • карта PCI Express помещается и корректно работает в любом слоте той же или большей пропускной способности (например, карта x1 будет работать в слотах x4 и x16);
  • слот большего физического размера может использовать не все линии (например, к слоту x16 можно подвести проводники передачи информации, соответствующие x1 или x8, и всё это будет нормально функционировать; однако при этом необходимо подключить все проводники питания и заземления, необходимые для слота x16).

В обоих случаях на шине PCI Express будет использоваться максимальное количество линий, доступных как для карты, так и для слота. Однако это не позволяет устройству работать в слоте, предназначенном для карт с меньшей пропускной способностью шины PCI Express. Например, карта x4 физически не поместится в стандартный слот x1, несмотря на то, что она могла бы работать в слоте x1 с использованием только одной линии. На некоторых материнских платах можно встретить нестандартные слоты x1 и x4, у которых отсутствует крайняя перегородка, таким образом, в них можно устанавливать карты большей длины, чем разъём. При этом не обеспечивается питание и заземление выступающей части карты, что может привести к различным проблемам.

PCI Express пересылает всю управляющую информацию, включая прерывания, через те же линии, что используются для передачи данных. Последовательный протокол никогда не может быть заблокирован, таким образом задержки шины PCI Express вполне сравнимы с таковыми для шины PCI (заметим, что шина PCI для передачи сигнала о запросе на прерывание использует отдельные физические линии IRQ#A, IRQ#B, IRQ#C, IRQ#D).

Во всех высокоскоростных последовательных протоколах (например, гигабитный Ethernet), информация о синхронизации должна быть встроена в передаваемый сигнал. На физическом уровне PCI Express использует метод канального кодирования 8b/10b (8 бит в десяти, избыточность — 20 %) для устранения постоянной составляющей в передаваемом сигнале и для встраивания информации о синхронизации в поток данных. Начиная с версии PCI Express 3.0 используется более экономное кодирование 128b/130b с избыточностью 1,5 %.

Некоторые протоколы (например, SONET/SDH) используют метод, который называется скремблинг (англ. scrambling) для встраивания информации о синхронизации в поток данных и для «размывания» спектра передаваемого сигнала. Спецификация PCI Express также предусматривает функцию скремблинга, но скремблинг PCI Express отличается от такового для SONET.

Пропускная способность

PCIe является полнодуплексным протоколом. То есть потоки приёма и передачи имеют независимые каналы и одинаковые максимальные скорости. Скорость компьютерных шин принято выражать в гигатранзакциях в секунду. За 1 транзакцию передаётся одно кодовое слово. Для расчёта пропускной способности 1 линии шины необходимо учесть кодировку 8b/10b (англ. 8b/10b encoding) (в каждых 10 битах 8 информационных) (для PCI-E 3.0 и выше — 128b/130b (англ. 128b/130b encoding). Например, пропускная способность линии PCIe 1.0 составляет:

2,5 ГТ/с · 8/10 бит/Т = 2 Гбит/с = 2·109 бит/c = 250 Мбайт/c

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

Пропускная способность PCI Express, Гбайт/с

Год
выпуска
Версия
PCI Express
Кодирование Скорость
передачи
Пропускная способность на x линий
×1 ×2 ×4 ×8 ×16
2002 1.0 8b/10b 2,5 ГТ/с 250 Мбайт/с 0.50 Гбайт/с 1.0 Гбайт/с 2.0 Гбайт/с 4.0 Гбайт/с
2007 2.0 8b/10b 5 ГТ/с 500 Мбайт/с 1.0 Гбайт/с 2.0 Гбайт/с 4.0 Гбайт/с 8.0 Гбайт/с
2010 3.0 128b/130b 8 ГТ/с 984.6 Мбайт/с 1.97 Гбайт/с 3.94 Гбайт/с 7.88 Гбайт/с 15.8 Гбайт/с
2017 4.0 128b/130b 16 ГТ/с 1969 Мбайт/с 3.94 Гбайт/с 7.88 Гбайт/с 15.75 Гбайт/с 31.5 Гбайт/с
2019 5.0 128b/130b 32 ГТ/с 3938 Мбайт/с 7.88 Гбайт/с 15.75 Гбайт/с 31.51 Гбайт/с 63.0 Гбайт/с

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, подключённые 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.

Также существуют специализированные шины для подключения чипсетов (между северным и южным мостом), созданные на базе физического протокола PCI Express (обычно x4), но с иными логическими протоколами. Например, в платформах Intel используется шина DMI, а в системах AMD с чипсетом AMD Fusion — шина UMI.

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).
  • Расширения структуры возможностей — расширение управляющих регистров для лучшего управления устройствами, слотами и интерконнектом).
  • 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 видеокарты будут работать в системных платах с новыми разъёмами, 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 разъёмах стандарта PCI Express 1.х.).

Внешняя кабельная спецификация PCIe

7 февраля 2007 года PCI-SIG выпустила спецификацию внешней кабельной системы PCIe. Новая спецификация позволяет использовать кабели длиной до 10 метров, работающие с пропускной способностью 2,5 ГТ/с.

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.

Примечания

  1. 1 2 3 4 5 6 7 Слюсар В. И. Новые стандарты промышленных компьютерных систем. //Электроника: наука, технология, бизнес. — 2005. — № 6. — С. 52 — 53.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 Слюсар В. И. PCI Express. Лицо стандарта.// Мир автоматизации. — 2006. — № 1. — C. 38 — 41.
  3. Зарезервированные выводы под SIM: Помечены «*Reserved for future Subscriber Identity Module (SIM) interface (if needed)»
  4. ExpressCard. Where to Buy page. (недоступная ссылка)
  5. PCI Express 3.0. Frequently Asked Questions. PCI-SIG. Retrieved 23 November 2008. Архивировано 18 февраля 2010 года. (англ.)
  6. Review Zone | PCI-SIG (англ.). pcisig.com. Проверено 9 июня 2017.
  7. PCIe 5.0 Arriving in 2019 With 4x More Bandwidth Than PCIe 3.0 / Joel Hruska, June 9, 2017 (англ.)
  8. Scott Mueller, Upgrading and Repairing PCs, Que, 2013, ISBN 9780133105360. page 188 «Hub Architecture», «Other Processor/Chipset Interconnects»
  9. Утверждена спецификация PCI Express 3.0 — скорость удвоена (недоступная ссылка). Проверено 15 мая 2018. Архивировано 20 ноября 2010 года.
  10. PCI Express® 4.0 FAQ:. PCI SIG (18 декабря 2014). Архивировано 18 декабря 2014 года.
  11. PCIe 4.0 Heads to Fab, 5.0 to Lab / EETimes, 2016-06-28: «won’t be final until early next year» (англ.)
  12. PCI Express 4.0 принесёт ускорение минимум в 2 раза // 3DNews — Новости Hardware 26.06.2011
  13. PCI Express® 4.0 Frequently Asked Questions: What is the bit rate for the PCIe 4.0 specification and how does it compare to prior generations of PCIe?. PCI-SIG. — «Based on PCI-SIG feasibility analysis, the bit rate for the PCIe 4.0 specification will be 16GT/s.». Проверено 22 октября 2016.
  14. Specifications | PCI-SIG (англ.). pcisig.com. Проверено 18 января 2018.
  15. PCIe 4.0 blog.
  16. AMD Radeon Instinct MI60: первый ускоритель вычислений на 7-нм Vega
  17. Hot Chips 2017: We’ll See PCIe 4.0 This Year, PCIe 5.0 In 2019 (англ.), Tom’s Hardware (29 August 2017). Проверено 18 января 2018.

> Литература

Контроллеры
выбрано товаров — 15

Товары ГЕЙМЕРАМ

Компьютеры, ноутбуки и планшеты

  • Компьютеры Flextron
  • Компьютеры, моноблоки, неттопы
  • Ноутбуки
  • Аксессуары для ноутбуков
  • Планшеты
  • Аксессуары для планшетов и смартфонов
  • Чехлы для планшетов и смартфонов
  • Умные часы и браслеты
  • Навигаторы, видеорегистраторы
  • Квадрокоптеры

Комплектующие

  • Процессоры
  • Материнские платы
  • Оперативная память
  • Оперативная память для ноутбуков
  • Охлаждающие устройства
  • Жесткие диски
  • Твердотельные накопители (SSD)
  • Контейнеры для жестких дисков, SSD
  • Дисководы
  • Видеокарты
  • Приводы CD, DVD, BD
  • Аудиокарты
  • Контроллеры
  • ТВ-тюнеры, устройства видеозахвата
  • Корпуса
  • Блоки питания

Серверное оборудование

  • Серверные платформы
  • Процессоры для серверов и раб. станций
  • Материнские платы для серверов и раб. станций
  • Модули памяти для серверов и раб. станций
  • Сетевые адаптеры для серверов и раб. станций
  • RAID-контроллеры для серверов и раб. станций
  • Корпуса для серверов и раб. станций
  • Аксессуары для серверов и раб. станций

Сетевое оборудование

  • Модемы
  • Сетевые карты, адаптеры Bluetooth
  • Беспроводное сетевое оборудование
  • Проводное сетевое оборудование
  • Кабель сетевой, телефонный
  • Монтажное оборудование
  • Средства тестирования и управления сетями

Периферийное оборудование

  • Мониторы ЖК (LCD)
  • Проекторы
  • Струйные принтеры
  • Лазерные принтеры
  • Матричные принтеры
  • Термопринтеры
  • Плоттеры
  • МФУ струйные
  • МФУ лазерные
  • Сканеры
  • Внешние жесткие диски, SSD
  • USB флешки
  • Сетевые хранилища (NAS)
  • Источники бесперебойного питания
  • Акустические системы

Фото, видео и аудиотехника

  • Фотоаппараты
  • Видеокамеры
  • Аксессуары для фотоаппаратов и видеокамер
  • Веб-камеры, оборудование для видеоконференций
  • Экшн-камеры
  • Карты памяти
  • Картридеры
  • ТВ-приставки, медиаплееры, FM-модуляторы

Системы безопасности

  • Системы видеонаблюдения
  • Камеры видеонаблюдения
  • Аксессуары и кабели для видеонаблюдения

Оргтехника

  • Телефоны, IP-телефония
  • Калькуляторы

Телевизоры и бытовая техника

  • Телевизоры
  • Кронштейны и VESA-крепления
  • Тумбы для аппаратуры и стойки
  • Садовая техника
  • Спортивные товары

Электроинструменты

  • Дрели, шуруповерты, гайковерты
  • Перфораторы, отбойные молотки
  • Пилы, лобзики
  • Шлифовальные машины
  • Точила
  • Фрезерные машины
  • Рубанки
  • Многофункциональные инструменты, граверы
  • Системы пылеудаления
  • Степлеры (скобозабиватели)
  • Технические фены
  • Клеевые пистолеты, паяльники
  • Фонари
  • Измерительные инструменты

Электрооборудование

  • Светодиодные (LED) лампы, светильники
  • Батарейки, аккумуляторы, зарядные устройства
  • Удлинители, фильтры, преобразователи напряжения

Аксессуары

  • Клавиатуры
  • Мыши
  • Комплекты (клавиатура+мышь)
  • Пульты управления, указки
  • Графические планшеты
  • Игровые манипуляторы
  • Коврики для мышей
  • Инструменты, фурнитура
  • Кабели, переходники
  • Подставки, держатели
  • Переключатели
  • Сумки, чехлы
  • Органайзеры для дисков
  • Сувениры, подарки

Расходные материалы

  • Бумага
  • Картриджи
  • Тонеры, фотовалы
  • Диски для записи CD, DVD, BD
  • Чистящие средства
  • Канцелярские принадлежности

Программное обеспечение

  • Операционные системы
  • Офисные пакеты и приложения
  • Средства обеспечения компьютерной безопасности
  • СУБД

Разное

  • Уцененные товары
  • Фитинги для канализационных труб
  • Канализационные трубы
  • Канализационные люки

Виды карт расширения

Итак, какие же типы дополнительных модулей более всего востребованы? Сюда следует отнести:

  • Видеокарта. Да-да, друзья. Этот компонент не является частью базовой комплектации, а его наличие почти в каждом компе обусловлено популярностью видеоигр. Обычно, графический ускоритель или несколько, ставятся в порты PCIe. Более подробно об этом вы можете почитать в публикации «Что такое дискретная видеокарта в компьютере».
  • Твердотельный накопитель. Не все они подключаются через SATA. С небольшой натяжкой, дополнительным модулем можно считать SSD формата M2, которые также используют слот PCI-E или PCI. Рекомендую ознакомиться с публикацией «Что такое SSD накопитель и зачем он нужен».
  • Звуковая карта. Как ни странно, обработка звука – весьма ресурсоемкий процесс, который требует мощности ничуть не меньше, чем обработка видео или работа с графикой. Штатная звуковая плата, интегрированная в материнку, с рядом задач попросту не справится, да и битрейт оставляет желать лучшего. Такое устройство требуется всем, кто так или иначе связан с саундом – звукорежиссерам, музыкантам, вокалистам, подкастерам и даже меломанам, которые хотят насладиться музыкой в хорошем качестве.
  • Модули беспроводной передачи. Сюда относятся карта расширения Bluetooth, а также Wi-Fi. Большинство ноутбуков имеют их в базовой комплектации, десктопные же компы, обычно нет. Для ПК выпускаются разные типы таких устройств – как приемники, так и передатчики. Подключаются они через порты PCI или USB.
  • Сетевые платы. Бывает, что базовой недостаточно, или она вообще не предусмотрена конструкцией материнки. Чтобы иметь возможность подключить комп к локальной сети или к интернету, используется дополнительный модуль.
  • Устройства для видеозахвата. Применяется, в основном, стримерами, которых сегодня развелось достаточное количество. Профессионалы, которые зарабатывают на этом, отказываются от софтверных решений – всяких Bandicam и OBS Studio, оставляя видеокарте всю мощность для обработки игры, а процесс захвата изображения, возлагая на специальное устройство, которое справится с этим лучше. Сюда же подключается веб-камера, которую непременно использует большинство успешных стримеров.
  • Тюнеры и приемники. Установив такую плату, можно на компьютере смотреть телевизор или слушать радио. Мое мнение, что это уже лишнее – все это можно реализовать и с помощью специализированного софта.
  • Контроллеры FireWire. Используются для подключения профессиональных, цифровых фотоаппаратов и видеокамер. Их задача, прежде всего, заключается в быстром копировании данных на компьютер – видео и фото в хорошем разрешении «весит» очень много.
  • USB-хабы. Применяются, если все порты в компьютере заняты, а дополнительные устройства еще нужно подключить.
  • Расширители портов PCI. Как и в предыдущем случае, используются, если нужны дополнительные слоты.

Теперь вы знаете, какие бывают карты расширения на компьютере и зачем они используются. Если я, какую-то из них не вспомнил, не стесняйтесь и укажите об этом в комментариях.

Если ыы не знаете, где лучше купить комплектующие для компьютера? То рекомендую заглянуть в этот популярный интернет-магазин комплектующих, где вы можете приобрести любые платы по самым приятным ценам.

Спасибо за внимание, друзья, и до встречи в следующих публикациях. Отдельно благодарю всех, кто продолжает делиться контентом в социальных сетях и подписывается на новостную рассылку.

Рубрики: IT

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *