Как работает PCI Express

Слоты для межсоединений периферийных компонентов ( PCI ) настолько неотъемлемая часть архитектуры компьютера, что большинство людей воспринимают их как должное. В течение многих лет PCI был универсальным и функциональным способом подключения звуковых , видео и сетевых карт к материнской плате .

Но у PCI есть некоторые недостатки. Поскольку процессоры , видеокарты , звуковые карты и сети стали быстрее и мощнее, PCI остался прежним. Он имеет фиксированную ширину 32 бита и может обрабатывать только 5 устройств одновременно. Более новая 64-разрядная шина PCI-X обеспечивает большую пропускную способность, но ее большая ширина усугубляет некоторые другие проблемы PCI.

Новый протокол под названием PCI Express (PCIe) устраняет многие из этих недостатков, обеспечивает большую пропускную способность и совместим с существующими операционными системами. В этой статье мы рассмотрим, чем PCIe отличается от PCI. Мы также рассмотрим, как PCI Express ускоряет работу компьютера, может повысить графическую производительность и заменить слот AGP .

Высокоскоростное последовательное соединение

На заре вычислительной техники огромные объемы данных перемещались по последовательным соединениям. Компьютеры разделяли данные на пакеты, а затем перемещали пакеты из одного места в другое по одному. Последовательные соединения были надежными, но медленными, поэтому производители начали использовать параллельные соединения для одновременной отправки нескольких фрагментов данных.

Оказывается, у параллельных соединений есть свои проблемы по мере того, как скорости становятся все выше и выше — например, провода могут электромагнитно мешать друг другу — поэтому теперь маятник качается обратно в сторону высокооптимизированных последовательных соединений. Усовершенствования аппаратного обеспечения и процесса разделения, маркировки и повторной сборки пакетов привели к гораздо более быстрым последовательным соединениям, таким как USB 2.0 и FireWire .

PCI Express — это последовательное соединение, которое больше похоже на сеть, чем на шину . Вместо одной шины, обрабатывающей данные из нескольких источников, в PCIe есть переключатель, управляющий несколькими последовательными соединениями «точка-точка». (Подробности см. в разделе «Как работают коммутаторы LAN» .) Эти соединения расходятся от коммутатора и ведут непосредственно к устройствам, на которые должны передаваться данные. Каждое устройство имеет собственное выделенное соединение, поэтому устройства больше не делят полосу пропускания, как на обычной шине. Мы рассмотрим, как это происходит, в следующем разделе.

Благодарю вас

Спасибо Джошуа Сенекалу за помощь в написании этой статьи.

1. Дорожки PCI Express
2. Скорость соединения PCI Express
3. PCI Express и улучшенная графика

Когда компьютер запускается, PCIe определяет, какие устройства подключены к материнской плате. Затем он идентифицирует связи между устройствами, создавая карту направлений трафика и согласовывая ширину каждой ссылки. Эта идентификация устройств и соединений является тем же протоколом, который использует PCI, поэтому PCIe не требует никаких изменений в программном обеспечении или операционных системах.

Каждая полоса соединения PCI Express содержит две пары проводов — одну для отправки и одну для приема. Пакеты данных перемещаются по дорожке со скоростью один бит за цикл. Соединение x1 , самое маленькое соединение PCIe, имеет одну полосу, состоящую из четырех проводов. Он переносит один бит за цикл в каждом направлении. Ссылка x2 содержит восемь проводов и передает два бита одновременно, ссылка x4 передает четыре бита и так далее. Другие конфигурации x12, x16 и x32.

PCI Express доступен для настольных и портативных ПК . Его использование может привести к снижению стоимости производства материнских плат, поскольку его соединения содержат меньше контактов, чем соединения PCI. Он также может поддерживать множество устройств, включая карты Ethernet , USB 2 и видеокарты .

Но как одно последовательное соединение может быть быстрее, чем 32 провода PCI или 64 провода PCIx? В следующем разделе мы рассмотрим, как PCIe может обеспечить большую пропускную способность в последовательном формате.

Дважды два

«x» в соединении «x16» означает «by». Соединения PCIe масштабируются на один, два, четыре и так далее.

32-разрядная шина PCI имеет максимальную скорость 33 МГц, что позволяет передавать через шину максимум 133 МБ данных в секунду. Ширина 64-битной шины PCI-X в два раза превышает ширину шины PCI. Различные спецификации PCI-X обеспечивают разную скорость передачи данных, от 512 МБ до 1 ГБ данных в секунду.

Однако одна линия PCI Express может обрабатывать 200 МБ трафика в каждом направлении в секунду. Разъем x16 PCIe может передавать потрясающие 6,4 ГБ данных в секунду в каждом направлении. На этих скоростях соединение x1 может легко обрабатывать гигабитное соединение Ethernet, а также приложения для аудио и хранения. Соединение x16 может легко работать с мощными графическими адаптерами.

Как это возможно? Несколько простых усовершенствований внесли свой вклад в этот огромный скачок в скорости последовательного соединения:

Замедление автобуса

Помехи и ухудшение сигнала являются обычным явлением в параллельных соединениях. Плохие материалы и перекрестный сигнал от близлежащих проводов превращаются в шум, который замедляет соединение. Дополнительная пропускная способность шины PCI-X означает, что она может передавать больше данных, что может генерировать еще больше шума. Протокол PCI также не определяет приоритет данных, поэтому более важные данные могут попасть в узкое место. Использование слота Accelerated Graphics Port (AGP) для видеокарт устраняет значительный объем трафика, но этого недостаточно, чтобы компенсировать более быстрые процессоры и устройства ввода-вывода.

Мы установили, что PCIe может устранить необходимость в соединении AGP . Слот x16 PCIe может обрабатывать гораздо больше данных в секунду, чем позволяют текущие соединения AGP 8x. Кроме того, слот x16 PCIe может подавать на видеокарту мощность 75 Вт, в отличие от соединения AGP 8x мощностью 25 Вт/42 Вт. Но у PCIe есть еще более впечатляющий потенциал для будущего графических технологий.

При правильном оборудовании материнская плата с двумя разъемами x16 PCIe может одновременно поддерживать два графических адаптера. Несколько производителей разрабатывают и выпускают системы, использующие эту функцию: NVIDIA Scalable Link Interface (SLI): с сертифицированной для SLI материнской платой, двумя видеокартами SLI и разъемом SLI пользователь может установить две видеокарты в одну систему. Карты работают вместе, разделяя экран пополам. Каждая карта управляет половиной экрана, а разъем обеспечивает синхронизацию всего.

ATI CrossFire : Две видеокарты ATI Radeon®, одна с чипом «композитного движка», подключаются к совместимой материнской плате. Технология ATI фокусируется на качестве изображения и не требует одинаковых видеокарт, хотя в высокопроизводительных системах должны быть одинаковые карты. Crossfire разделяет работу по рендерингу одним из трех способов:

Alienware Video Array : Две стандартные видеокарты в сочетании с Video Merger Hub и проприетарным программным обеспечением. Эта система будет использовать специализированные системы охлаждения и питания для обработки всего дополнительного тепла и энергии от видеокарт. Технология Alienware может в конечном итоге поддерживать до четырех видеокарт.

Поскольку PCI, PCI-X и PCI Express совместимы, все три могут сосуществовать неограниченно долго. Пока видеокарты быстрее всех переходили на формат PCIe. Сетевые и звуковые адаптеры, а также другие периферийные устройства развивались медленнее. Но поскольку PCIe совместим с текущими операционными системами и может обеспечить более высокие скорости, вполне вероятно, что в конечном итоге он заменит PCI в качестве стандарта для ПК. Постепенно карты на базе PCI устареют.

Для получения дополнительной информации о PCI Express и связанных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.

Оценка

Карты PCIe меньшего размера подходят для слотов PCIe большего размера. Компьютер просто игнорирует лишние подключения. Например, карту x4 можно вставить в слот x16. Однако карта x16 была бы слишком большой для слота x4.

Первоначально опубликовано: 17 августа 2005 г.

Что такое слот PCI Express?

Совместим ли PCI с PCI Express?

Вставляется ли видеокарта в слот PCIe?

Является ли PCI таким же, как PCIe?

В чем основное различие между PCI и PCIe?

Статьи по Теме

Больше отличных ссылок