Системные платы

PCI-Express

Подробности

Родительская категория: Системные платы

Категория: Локальные шины

В течение 2001 года специалисты группы компаний, получившей название Arapahoe Work Group (изначально находившейся под управлением Intel), работали над проектом спецификации новой быстродействующей шины, имеющей кодовое название 3GIO (Third-Generation I/O — шина ввода-вывода третьего поколения). В августе 2001 года специальная группа PCI-SIG (PCI Special-Interest Group) приняла решение об использовании, управлении и поддержке спецификации архитектуры 3GIO в качестве шины PCI будущего поколения. Работа над черновой версией 3GIO 1.0 была завершена в апреле 2002 года, после чего была передана в группу PCISIG, где и получила новое название — PCI-Express. В июле того же года была одобрена специ фикация PCI-Express 1.0. Впоследствии эта спецификация обновлялась в апреле 2005 года (версия 1.1) и в январе 2007 года (версия 2.0).

Как следует из первоначального кодового названия (3GIO), новая спецификация шины разрабатывалась в целях расширения и последующей замены существующих шин ISA/AT (первое поколение) и PCI (второе поколение), используемых в персональных компьютерах. Архитектура шины каждого из предыдущих поколений разрабатывалась с учетом 10- или 15-летнего срока службы. Спецификация PCI Express, принятая и одобренная специальной группой PCI-SIG, станет, как предполагается, доминирующей архитектурой шины ПК, созданной для поддержки увеличивающейся пропускной способности компьютера, в течение следующих 10–15 лет.

Основные особенности PCI Express таковы:

• совместимость с существующей шиной PCI и программными драйверами различных устройств;
• физическое соединение, осуществляемое с помощью медных, оптических или других физических носителей и обеспечивающее поддержку будущих схем кодирования;
• максимальная пропускная способность каждого вывода, позволяющая создавать шины малых формфакторов, снижать их себестоимость, упрощать конструкцию плат, а также сокращать количество проблем, связанных с целостностью сигнала;
• встроенная схема синхронизации, позволяющая быстрее изменять частоту (быстродействие) шины, чем при согласованной синхронизации;
• ширина полосы частот (пропускная способность), увеличиваемая при повышении частоты и разрядности (ширины) шины;
• малое время ожидания, наиболее подходящее для приложений, требующих изохронной (зависящей от времени) доставки данных, что происходит, например, при обработке потоковых видеоданных;
• возможность “горячей” коммутации и “горячей” замены (т.е. без выключения электропитания);
• возможности управления режимом питания.

льному интерфейсу. Особенностью архитектуры шин предыдущих поколений является параллельная компоновка, при которой биты данных одновременно передаются по нескольким параллельно расположенным выводам. Чем больше количество одновременно передаваемых битов, тем выше пропускная способность шины. При этом особое значение приобретает синхронизация (согласование по времени) всех параллельных сигналов, которая при использовании более быстрых и протяженных соединений становится довольно сложной. Несмотря на то что шины PCI и AGP позволяют передавать одновременно до 32 бит данных, задержки передачи сигнала и другие факторы приводят к искажению получаемых данных, возникающему из-за разницы во времени между прибытием первого и последнего бита.

Последовательная шина, отличающаяся более простой конструкцией, единовременно передает только 1 бит данных, отправляя сигналы по одному проводу с более высокой, чем у параллельной шины, частотой. При последовательной передаче битов данных синхронизация отдельных битов или длина шины становится гораздо менее значимым фактором. Объединение нескольких последовательных трактов данных позволяет достичь пропускной способности, значительно превышающей возможности традиционных параллельных шин.

Архитектура быстрой последовательной шины PCI-Express обратно совместима с существующими программными драйверами и средствами управления параллельной шины PCI. При использовании PCI-Express данные передаются в полнодуплексном режиме (т.е. одновременно выполняются прием и передача данных) по двум парным проводам, которые называются полосой или трассой. Скорость передачи данных в одном направлении для каждой полосы достигает 250 Мбит/с, причем каждая шина может включать в себя от 1 до 2, 4, 8, 16 или 32 полос. Например, 16-полосная шина, имеющая высокую пропускную способность, позволяет одновременно передавать в каждом направлении 16 бит данных, благодаря чему скорость передачи данных может достигать 4000 Мбайт/с. Версия PCI-Express 2.0 увеличивает скорость передачи данных по одной полосе до 500 Мбайт/с, таким образом составляя для разъема x16 8000 Мбайт/с, что несравненно выше, чем 133 Мбайт/с у шины PCI.

В шине PCI Express используется разработанная IBM схема кодирования “8–10”, предусматривающая автосинхронизацию сигналов для повышения частоты. Частота шины, равная в настоящее время 2,5 ГГц, в будущем может быть увеличена до 10 ГГц, что фактически является пределом для медных соединений. Сочетание потенциального увеличения частоты и возможности одновременного использования до 32 полос позволяет повысить скорость передачи данных шины PCI Express до 32 Гбит/с.

Шина PCI Express предназначена для расширения и последующей замены шин, используемых в настоящее время в компьютерах. Использование этой шины приведет не только к появлению дополнительных разъемов на системной плате, но и к постепенной замене существующих интерфейсов Intel Hub и AMD HyperTransport, применяемых для соединения компонентов микропроцессорного набора. Кроме того, PCI Express с успехом заменит интерфейсы, применяемые для передачи видеоданных (например, AGP), а также будет использоваться в качестве шины расширения (или шины второго уровня) для подключения к другим интерфейсам, таким как Serial ATA, USB 2.0, 1394b (FireWire или iLink), Gigabit Ethernet и т.д.

Шина PCI Express, выполняемая в виде кабеля или платы, может быть использована для создания систем из отдельных “блоков”, содержащих те или иные компоненты. Представьте себе системную плату, процессор и модули оперативной памяти, расположенные в небольшом блоке, который находится под столом пользователя, и второй блок, содержащий видеосистему, дисководы и порты ввода-вывода, который стоит непосредственно на рабочем столе и обеспечивает свободный доступ к указанным компонентам. Это дает возможность разработать целый ряд различных формфакторов без ухудшения рабочих характеристик ПК.

PCI-Express пока не заменила полностью шину PCI и все остальные интерфейсы, и вряд ли это возможно в ближайшем будущем. Разработчики систем продолжают использовать в своих решениях шины PCI, AGP и некоторые другие, причем будут делать это еще не один год. Как и в свое время с комбинацией PCI и ISA/AT-Bus, разные поколения шин будут некоторое время соседствовать друг с другом. Постепенно количество разъемов PCI будет уменьшаться, а количество разъемов PCI-Express — увеличиваться. В конечном итоге основной шиной для подключения устройств окажется PCI-Express, придя на смену шине PCI, которая выполняла данную роль на протяжении довольно длительного времени. В настоящее время системные платы содержат равное количество разъемов PCI и PCI-Express. Хотя потребуется некоторое время на то, чтобы PCI-Express заменила PCI, разъем PCI-Express x16 уже повсеместно вытеснил разъем AGP 8x.

Современные системные платы содержат несколько разъемов PCI, а также разъемы PCI-Express x1 и PCI-Express x16; системные платы для рабочих станций и серверов содержат шины PCI-Express, PCI-X и PCI. Для обеспечения совместимости новых решений PCI-Express с существующей инфраструктурой PCI разработаны спецификации Express Bridge 1.0 и Mini PCI-Express Card.

• < Назад
• Вперёд >