Шины PCI, PCI-X и PCI Express. Шины PCI, PCI Express и их несомненный успех

AGP-слот с защёлкой для графической карты.

Большинство графических карт в пользовательских ПК используют интерфейс Accelerated Graphics Port (AGP). У самых старых систем для той же цели применяется интерфейс PCI. Впрочем, на замену обоим интерфейсам призван PCI Express (PCIe). Несмотря на название, PCI Express является последовательной шиной, а PCI (без суффикса Express) - параллельной. В общем, шины PCI и PCI Express не имеют ничего общего, помимо названия.

Графическая карта AGP (сверху) и графическая карта PCI Express (снизу).

Материнские платы для рабочих станций используют слот AGP Pro, который обеспечивает дополнительное питание для прожорливых карт OpenGL. Впрочем, в него можно устанавливать и обычные графические карты. Однако AGP Pro так и не получил широкое признание. Обычно прожорливые графические карты комплектуются дополнительным гнездом питания - для той же вилки Molex, к примеру.

Дополнительное питание для графической карты: 4- или 6-контактное гнездо.

Дополнительное питание для графической карты: гнедо Molex.

Стандарт AGP пережил несколько обновлений.

Стандарт	Пропускная способность
AGP 1X	256 Мбайт/с
AGP 2X	533 Мбайт/с
AGP 4X	1066 Мбайт/с
AGP 8X	2133 Мбайт/с

Если вы любите копаться в "железе", то следует помнить о двух уровнях напряжения интерфейса. Стандарты AGP 1X и 2X работают на 3,3 В, в то время как AGP 4X и 8X требуют всего 1,5 В. Кроме того, существуют карты типа Universal AGP, которые подходят для разъёма любого типа. Чтобы предотвратить ошибочную установку карт, слоты AGP используют специальные выступы. А карты - прорези.

У верхней карты есть прорезь для AGP 3,3 В. В середине: универсальная карта с двумя вырезами (один для AGP 3,3 В, второй - для AGP 1,5 В). Снизу показана карта с вырезом справа для AGP 1,5 В.

Слоты расширения материнской платы: PCI Express x16 линий (сверху) и 2 PCI Express x1 линия (снизу).

Два слота PCI Express для установки двух графических карт nVidia SLi. Между ними можно заметить маленький слот PCI Express x1.

PCI Express является последовательным интерфейсом, и его не следует путать с шинами PCI-X или PCI, которые используют параллельную передачу сигналов.

PCI Express (PCIe) является самым современным интерфейсом для графических карт. В то же время, он подходит и для установки других карт расширения, хотя на рынке пока их очень мало. PCIe x16 обеспечивает в два раза большую пропускную способность, чем AGP 8x. Но на практике это преимущество так себя и не проявило.

Графическая карта AGP (сверху) в сравнении с графической картой PCI Express (снизу).

Сверху вниз: PCI Express x16 (последовательный), два интерфейса параллельной PCI и PCI Express x1 (последовательный).

Число линий PCI Express	Пропускная способность в одном направлении	Суммарная пропускная способность
1	256 Мбайт/с	512 Мбайт/с
2	512 Мбайт/с	1 Гбайт/с
4	1 Гбайт/с	2 Гбайт/с
8	2 Гбайт/с	4 Гбайт/с
16	4 Гбайт/с	8 Гбайт/с

PCI является стандартной шиной для подключения периферийных устройств. Среди них можно отметить сетевые карты, модемы, звуковые карты и платы захвата видео.

Среди материнских плат для широкого рынка больше всего распространена шина PCI стандарта 2.1, работающая на частоте 33 МГц и имеющая ширину 32 бита. Она обладает пропускной способностью до 133 Мбит/с. Производители так широко и не приняли шины PCI 2.3 с частотой до 66 МГц. Именно поэтому карт данного стандарта очень мало. Но некоторые материнские платы этот стандарт поддерживают.

Ещё одна разработка в мире параллельной шины PCI известна как PCI-X. Данные слоты чаще всего встречаются на материнских платах для серверов и рабочих станций, поскольку PCI-X обеспечивает более высокую пропускную способность для RAID-контроллеров или сетевых карт. К примеру, шина PCI-X 1.0 предлагает пропускную способность до 1 Гбит/с с частотой шины 133 МГц и разрядностью 64 бита.

Спецификация PCI 2.1 сегодня предусматривает напряжение питания 3,3 В. Левый вырез/выступ предотвращает установку старых 5-В карт, которые показаны на иллюстрации.

Карта с вырезом, а также PCI-слот с ключом.

RAID-контроллер для 64-битного слота PCI-X.

Классический 32-битный слот PCI сверху, а три 64-битных слота PCI-X снизу. Зелёный слот поддерживает ZCR (Zero Channel RAID).

Словарик

PCI = Peripheral Component Interconnect

СОДЕРЖАНИЕ

Когда мы говорим о шине PCI Express(PCI-E), то, пожалуй, первое что выделяет ее среди других аналогичных решений – это эффективность. Благодаря этой современной шине, повышается производительность компьютера, улучшается качество графики.

На протяжении многих лет, для подключения видеокарты к материнской плате, использовалась шина PCI(Peripheral Component Interconnect), помимо этого она использовалась также и для подключения некоторых других устройств, например, сетевой и звуковой карты.

Вот как выглядят эти слоты:

PCI-Express фактически стало следующим поколением шины PCI, предложив улучшенную функциональность и производительность. Она, использует последовательное соединение, в котором имеется несколько линий, каждая из которых ведет к соответствующему устройству, т.е. каждое периферийное устройство получает свою собственную линию, благодаря чему возрастает общая производительность компьютера.

PCI-Express поддерживает «горячее» подключение, потребляет меньшее, чем ее предшественники количество энергии, контролирует целостность передаваемых данных. К тому же она совместима с драйверами PCI – шины. Еще одной замечательной особенностью данной шины, является ее масштабируемость, т.е. pci express card подключается и работает в любом слоте аналогичной или большей пропускной способности. По всей вероятности, эта функция будет обеспечивать ее использование в последующие годы.

Традиционный тип слота PCI был достаточно хорош для основных аудио/видео функций. С шиной AGP, схема работы с мультимедийными данными улучшилась, соответственно возросло и качество аудио/видео данных. Это было незадолго до того момента, когда достижения в области микроархитектуры процессоров стали еще нагляднее демонстрировать медлительность шины PCI, которая заставляла самые быстрые и новейшие на тот момент времени модели компьютеров буквально еле-еле тащиться.

Характеристики и пропускная способность шины PCI-E

Она может иметь от одной двунаправленной линии соединения x1, до x32 (32 линий). Линия функционирует по принципу точка к точке. Современные версии предоставляют гораздо большую пропускную способность, по сравнению со своими предшественниками. x16 можно использовать для подключения видеокарты, а x1 и x2 могут использоваться для подключения обычных карт.

Вот как выглядят слоты х1 и pci express x16 на :

PCI-E
Количество линий x1 x2 x4 x8 x16 x32
Ширина полосы 500 Мб /с 1000 МБ /с 2000 Мб /с 4000 МБ /с 8000 МБ / с 16000 Мб / с

Версии PCI-E и совместимость

Когда речь идет о компьютерах, то любое упоминание о версиях ассоциируется с проблемами совместимости. И, как любая другая современная технология, PCI-E постоянно развивается и модернизируется. Последний доступный вариант pci express 3.0, но уже ведется развитие шины PCI-E версии 4.0., которая должна появиться примерно в 2015 году(pci express 2.0 практически устарела).
Взгляните на следующую таблицу совместимости PCI-E.
Версии PCI-E 3,0 2,0 1,1
Общая пропускная способность
(X16) 32 Гб / с 16 Гб / с 8 Гб / с
Скорость передачи данных 8,0 ГТ / с 5,0 ГТ / с 2,5 ГТ / с

Версия PCI-E не имеет никакого влияния на функциональность карты. Наиболее отличительной чертой данного интерфейса является его прямая и обратная совместимость, что делает его безопасным и способным к синхронизации со многими вариантами карт, независимо от интерфейса версии. То есть вы можете в слот PCI-Express первой версии, вставить карту второй или третьей версии и она будет работать, хотя и с некоторой потерей производительности. Точно так же и в слот PCI-E третьей версии можно устанавливать карту первой версии PCI-Express. В настоящее время все современные модели видеокарт от NVIDIA и AMD совместимы с такой шиной.

А это на закуску:

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

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:

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.
ExpressCard - подобен форм-фактору PCMCIA . На разъём ExpressCard выведены шины x1 PCIe и USB 2.0, карты ExpressCard поддерживают горячее подключение.
AdvancedTCA - форм-фактор для 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

Выводы PCI Express X1
№ вывода	Назначение	№ вывода	Назначение
B1	+12V	A1	PRSNT1#
B2	+12V	A2	+12V
B3	+12V	A3	+12V
B4	GND	A4	GND
B5	SMCLK	A5	JTAG2
B6	SMDAT	A6	JTAG3
B7	GND	A7	JTAG4
B8	+3.3V	A8	JTAG5
B9	JTAG1	A9	+3.3V
B10	3.3V__AUX	A10	3.3V
B11	WAKE#	A11	PERST#
Перегородка
B12	RSVD	A12	GND_A12
B13	GND	A13	REFCLK+
B14	PETP0	A14	REFCLK-
B15	PETN0	A15	GND
B16	GND	A16	PERP0
B17	PRSNT2#	A17	PERN0
B18	GND	A18	GND

Mini PCI-E

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

Для этого стандарта разъёма выпускается много периферийных устройств:

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

SSD Mini PCI Express

Питание 3.3 В

Контакты SSD Mini PCI Express [ ]
33	Sata TX+	34	GND
31	Sata TX-	32	IDE_DMARQ
29	GND	30	IDE_DMACK
27	GND	28	IDE_IOREAD
25	Sata RX+	26	GND
23	Sata RX-	24	IDE_IOWR
21	GND	22	IDE_RESET
19	IDE_D7	20	IDE_D8
17	IDE_D6	18	GND
Перегородка		Перегородка
15	GND	16	IDE_D9
13	IDE_D5	14	IDE_D10
11	IDE_D4	12	IDE_D11
9	GND	10	IDE_D12
7	IDE_D3	8	IDE_D13
5	IDE_D2	6	IDE_D14
3	IDE_D1	4	GND
1	IDE_D0	2	IDE_D15

ExpressCard

Слоты ExpressCard на настоящее время (ноябрь 2010) применяются для подключения:

Плат SSD накопителей
Видеокарт
Контроллеров 1394/FireWire (iLINK)
Док-станций
Измерительных приборов
Памяти
Адаптеров карт памяти (CF, MS, SD, xD, и т. д.)
Мышей
Сетевых адаптеров
Параллельных портов
Адаптеров PC Card/PCMCIA
Расширения PCI
Расширения PCI Express
Дистанционного управления
Контроллеров SATA
Последовательных портов
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

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.

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, подключенные 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.

Каждый пользователь ПК хоть раз открывал диспетчер устройств на своем компьютере. Не важно, будь то обычный стационарный компьютер или ноутбук, везде можно найти так называемый PCI-контроллер. Что это и зачем он нужен в компьютере? Где его искать и что с ним делать?

Что такое PCI-контроллер?

PCI является универсальной шиной для подключения различных устройств. Обычно они находятся на материнской плате компьютера и с их помощью к ней могут быть подключены различные дополнительные платы. Обладателям стационарного компьютера будет проще обнаружить на своем ПК PCI-разъемы. Сняв боковую крышку корпуса, вы увидите материнскую плату своего ПК, а на ней несколько больших белых разъемов. Вот эти разъемы и называются PCI-шинами. С их помощью к материнской плате можно подключать видеокарту, звуковую карту, платы с дополнительными разъемами (USB или COM), сетевую карту и т.д.

Сам по себе PCI-контроллер является частью материнской платы и отвечает за нормальную работу самих шин и устройств, подлеченных к ним. PCI-разъемы могут иметь разные версии и предназначаются для различных типов плат. Если внимательно посмотреть на материнскую плату ПК, можно заметить, что разъем для подключения видеокарты отличается от остальных. Это сделано потому, что для видеокарт предусмотрена более высокая скорость обмена данными с материнской платой, а также они потребляют больше электроэнергии. На материнских платах можно обнаружить и маленький PCI-разъем, который предназначен для сетевых или различных других плат, которые потребляют меньше электроэнергии и им не требуется широкий канал передачи данных.

Установка PCI-устройства

Выбирая дополнительное устройство для своего ПК, узнайте, какая версия PCI-разъемов установлена на вашей материнской плате. Помните, разные версии данных разъемов отличаются своей формой, поэтому устройство для одной версии разъема будет физически несовместимо с разъемом другой версии, который имеется на материнской плате.

Узнать, совместимо ли устройство с вашей материнской платой довольно просто:

Загрузите программу Everest , установите и запустите её.
В левой колонке выберите "Устройства" и там же выберите пункт "PCI устройства". Центральное окно программы будет разделено надвое, в верхнем будут перечислены все устройства, которые подключены к PCI-шинам. Нажав на устройство, в нижнем окне можно будет увидеть информацию об устройстве и о самой шине, к которой оно подключено. Там же можно узнать и версию PCI-шины.
Можно поступить проще и найти в сети Интернет описание вашей материнской платы, после чего просто сравнить его с характеристиками устройства, которые вы хотите установить. Узнать модель материнской платы можно с помощью программы Everest, открыв раздел "системная плата".

Если выбранная плата совместима с вашей материнской платой, можно переходить к непосредственной установке устройства.

Снимите боковую крышку корпуса ПК.
Выберите PCI-слот, в который будет установлено устройство, или удалите из нужного слота устройство, которое вы хотите заменить новым.
Просто аккуратно вставьте плату так, чтобы она полностью заходила в разъем. Тут вы не ошибетесь, так как неправильно установить плату в разъем физически невозможно.
Подключите дополнительные разъемы (если это требуется) и поставьте на место крышку корпуса.
Запустите ПК. Когда ОС загрузится, вы увидите системное сообщение о том, что было подключено новое устройство. Установите необходимые для его работы драйверы с установочного диска, который идет в комплекте с устройством, загрузив драйвер из сети или воспользовавшись автоматической установкой драйвера.

Проблемы, возникающие с PCI-контроллером

Иногда после переустановки ОС может возникнуть следующая проблема - система не сможет распознать PCI-контроллер. Открыв диспетчер устройств, вы обнаружите пункт "неизвестное оборудование" вместо "PCI-контроллер". Решение проблемы очень простое - загрузите нужный драйвер с сайта производителя вашей системной платы и установите его.

Этот вопрос мне задавали не один раз, поэтому сейчас я попробую максимально доступно и кратко ответить на него, для этого я приведу картинки слотов расширения PCI Express и PCI на материнской плате для более наглядного понимания и, конечно же, укажу основные отличия в характеристиках, т.е. совсем скора, Вы узнаете, что это за интерфейсы и как они выглядят.

Итак, для начала давайте кратко ответим на такой вопрос, что же вообще такое PCI Express и PCI.

Что такое PCI Express и PCI?

PCI – это компьютерная параллельнаяшина ввода-вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. PCI используется для подключения: видеокарт, звуковых карт, сетевых карт, TV-тюнеров и других устройств. Интерфейс PCI является устаревшим, поэтому найти, например, современную видеокарту, которая подключается через PCI, наверное, не получится.

PCI Express (PCIe или PCI-E) - это компьютерная последовательная шина ввода-вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. Т.е. при этом уже используется двунаправленное последовательное соединение, которое может иметь несколько линий (x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32) чем больше таких линий, тем выше пропускная способность у шины PCI-E. Интерфейс PCI Express используется для подключения таких устройств как: видеокарты, звуковые карты, сетевые карты, SSD накопители и другие.

Существует несколько версий интерфейса PCI-E это: 1.0, 2.0 и 3.0 (скоро выйдет и версия 4.0 ). Обозначается данный интерфейс обычно, например, вот так PCI-E 3.0 x16 , что означает версия PCI Express 3.0 с 16 линиями.

Если говорить о том будет ли работать, например, видеокарта, которая имеет интерфейсPCI-E 3.0 на материнской плате, которая поддерживает только PCI-E 2.0 или 1.0, так вот разработчики заявляют, что все работать будет, только конечно учтите, что пропускная способность будет ограничена возможностями материнской платы. Поэтому в этом случае переплачивать за видеокарту с более новой версией PCI Express я думаю, не стоит (если только на будущее, т.е. Вы, планируете приобрести новую материнскую плату с PCI-E 3.0 ). Также и наоборот допустим, у Вас материнская плата поддерживает версию PCI Express 3.0, а видеокарта версию скажем 1.0, то такая конфигурация также должна работать, но только с возможностями PCI-E 1.0, т.е. здесь никакого ограничения нет, так как видеокарта в этом случае будет работать на пределе своих возможностей.

Отличия PCI Express от PCI

Основное отличие в характеристиках это, конечно же, пропускная способность, у PCI Express она значительно выше, например, у PCI на частоте 66 МГц пропускная способность 266 Мб/сек, а у PCI-E 3.0 (x16) 32 Гб/сек .

Внешне интерфейсы также отличаются, поэтому подключить, например, видеокарту PCI Express в слот расширения PCI не получится. Интерфейсы PCI Express с разным количеством линий также отличаются, все это я сейчас покажу на картинках.