Pci--, PCI-Express

Discussion in '"Железо"' started by Cthulchu, 28 Jan 2008.

  1. Cthulchu

    Cthulchu Elder - Старейшина

    Joined:
    22 Nov 2007
    Messages:
    406
    Likes Received:
    704
    Reputations:
    85
    PCI (англ. Peripheral component interconnect, дословно: взаимосвязь периферийных компонентов) — системная шина для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

    Стандарт на шину PCI определяет:

    физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий);
    электрические параметры (например, напряжения);
    логическую модель (например, типы циклов шины, адресацию на шине);
    Развитием стандарта PCI занимается организация PCI Special Interest Group.

    История создания
    Весной 1991 г. компания Intel завершает разработку первой макетной версии шины PCI. Перед инженерами была поставлена задача разработать недорогое и производительное решение, которое позволило бы реализовать возможности процессоров 486, Pentium и Pentium Pro. Кроме того, было необходимо учесть ошибки допущенные VESA при проектировании шины VLB (электрическая нагрузка не позволяла подключать более 3 плат расширения), а также реализовать автоконфигурирование устройств по примеру протокола Autoconfig для компьютеров Amiga.

    В 1992 году появляется первая версия шины PCI, Intel объявляет, что стандарт шины будет открытым и создаёт PCI Special Interest Group. Благодаря этому, любой заинтересованный разработчик получает возможность создавать устройства для шины PCI без необходимости приобретения лицензии. Первая версия шины имела тактовую частоту 33 МГц, могла быть 32 или 64 битной, а устройства могли работать с сигналами в 5 В или 3,3 В. Теоретически, пропускная способность шины 133 Мбайт/сек, однако в реальности пропускная способность составляла около 80 Мбайт/сек.

    В середине 1993 г., компания Intel выходит из ассоциации VESA и начинает предпринимать активные шаги по продвижению шины PCI на рынке. Ответом на критику со стороны специалистов из конференций Usenet и конкурирующих компаний (характеристики шины были во многом аналогичны, например Zorro III, публиковались статьи об ошибочном дизайне шины) стала PCI 2.0.

    В 1995 г., появляется версия PCI 2.1 (ещё одно название — «параллельная шина PCI», которая обеспечила передачу данных по шине с частотой 66 МГц и максимальную скорость передачи в 533 МБ/сек (для 64 битного варианта с частотой 66 МГц). Кроме того, эта шина уже была поддержана на уровне ОС Windows 95 (технология Plug and Play), что позволило пользователям IBM PC больше не чувствовать себя ущемлёнными по отношению к другим платформам. Версия шины PCI 2.1 оказалась настолько популярной, что вскоре уже она была перенесена на платформы с процессорами Alpha, MIPS, PowerPC, SPARC и др.

    В 1997 г., в связи с развитием компьютерной графики и разработкой шины AGP, шина PCI перестала удовлетворять новым, повышенным требованием к видеокартам и перестала использоваться для установки видеокарт. Смысла приобретать PCI-видеокарту не имеет уже более 10 лет.


    Конфигурирование
    PCI-устройства с точки зрения пользователя самонастраиваемы (plug and play). После старта компьютера, системное программное обеспечение обследует конфигурационное пространство PCI каждого устройства, подключённого к шине и распределяет ресурсы. Каждое устройство может затребовать до семи диапазонов в адресном прострастве памяти PCI или в адресном пространстве ввода-вывода PCI. Кроме того, устройства могут иметь ПЗУ, содержащее исполняемый код для процессоров x86 или PA-RISC, Open Firmware (системное ПО компьютеров на базе SPARC) или драйвер EFI.

    Настройка прерываний осуществляется также системным программным обеспечением (в отличии от шины ISA, где настройка прерываний осуществлялась переключателями на карте). Запрос на прерывание на шине PCI передаётся с помощью изменения уровня сигнала на одной из линий IRQ, поэтому имеется возможность работы нескольких устройств с одной линией запроса прерывания; обычно системное ПО пытается выделить каждому устройству отдельное прерывание для увеличения производительности.


    Спецификация шины PCI
    частота шины — 33,33 МГц или 66,66 МГц, передача синхронная;
    разрядность шины — 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);
    пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33 МГц — 133 МБ в секунду;
    адресное пространство памяти — 32 бита (4 байта);
    адресное пространство портов ввода-вывода — 32 бита (4 байта);
    конфигурационное адресное пространство (для одной функции) 256 байт;
    напряжение 3,3 или 5 вольт.

    Типы PCI-слотов


    PCI 2.0 — первая версия базового стандарта, получившая широкое распространение, использовались как карты, так и слоты с сигнальным напряжением только 5В. Пиковая пропускная способность — 133 МБ/с;
    PCI 2.1-3.0 — отличались от 2.0 возможностью одновременной работы нескольких bus-master устройств (т. н. конкурентный режим), а также появлением универсальных карт расширения, способных работать как в 5В, так и в 3.3В слотах (с частотой 33 и 66 МГц соответственно). Пиковая пропускная способность для 33 МГц — 133 МБ/с, а для 66 МГц — 266 МБ/с;
    Версия 2.1 — работа с 3.3 В картами и наличие соответствующих линий питания являлась опциональной;
    Версия 2.2 — сделанные в соответствии с этими стандартами карты расширения имеют универсальный разъём и способны работать практически во всех более поздних разновидностях слотов шины PCI, а также, в некоторых случаях, и в слотах 2.1;
    Версия 2.3 — несовместима с картами PCI 5 В, несмотря на продолжающееся использование 32-битных слотов с 5В-ключом. Карты расширения имеют универсальный разъём, но не способны работать в 5 В-слотах ранних версий (до 2.1 включительно);
    Версия 3.0 — завершает переход на карты PCI 3.3 В, карты PCI 5 В больше не поддерживаются.
    PCI 64 — расширение базового стандарта PCI, появившееся в версии 2.1, удваивающее число линий данных, и, следовательно, пропускную способность. Cлот PCI64 является удлинённой версией обычного PCI-слота. Формально совместимость 32-битных карт с 64-битным слотами (при условии наличия общего поддерживаемого сигнального напряжения) полная, а совместимость 64-битной карты с 32-битным слотами является ограниченной (в любом случае произойдёт потеря производительности). Работает на тактовой частоте 33 МГц. Пиковая пропускная способность — 266 МБ/с;
    Версия 1 — использует слот PCI 64-бита 5В;
    Версия 2 — использует слот PCI 64-бита 3.3В;
    PCI 66 — это PCI 64 работающий на тактовой частоте 66 МГц , использует 3.3В-слоты, карты имеют универсальный, либо 3.3В форм-фактор. Пиковая пропускная способность — 533 МБ/с;
    PCI 64/66 — комбинация PCI 64 и PCI 66, позволяет учетверить скорость передачи данных по сравнению с базовым стандартом PCI, и использует 64-битные 3.3В слоты, совместимые только с универсальными и 3.3В 32-битными картами расширения. Карты стандарта PCI64/66 имеют универсальный (имеющий ограниченную совместимость с 32-битными слотами) либо 3.3В форм-фактор (последний вариант принципиально не совместим с 32-битными 33МГц слотами популярных стандартов). Пиковая пропускная способность — 533 МБ/с;
    PCI-X — расширение PCI64, для всех вариантов шины существуют следующие ограничения по количеству подключаемых к каждой шине устройств: 66МГц — 4, 100МГц — 2, 133МГц — 1 (или 2 если одно или оба устройства не находятся на платах расширения, а уже интегрированы на одну плату вместе с контроллером), 266, 533 МГц и выше — 1;
    Версия 1.0 — введено две новые рабочие частоты: 100 и 133 МГц, а также механизм раздельных транзакций для улучшения производительности при одновременной работе нескольких устройств. Как правило, обратно совместима со всеми 3.3 В и универсальными PCI-картами. Карты обычно выполняются в 64-битном 3.3 В формате и имеют ограниченную обратную совместимость со слотами PCI64/66, а некоторые — в универсальном формате и способны работать (хотя практической ценности это почти не имеет) в обычном PCI 2.2/2.3. Пиковая пропускная способность — 1024 МБ/с;
    Версия 2.0 — введено две новые рабочие частоты: 266 и 533 МГц, а также коррекция ошибок чётности при передаче данных (ECC). Расширяет конфигурационное пространство PCI до 4096 байт и допускает расщепление на 4 независимых 16-битных шины, что применяется исключительно во встраиваемых и промышленных системах, сигнальное напряжение снижено до 1.5 В, но сохранена обратная совместимость разъёмов со всеми картами, использующими сигнальное напряжение 3.3 В. Пиковая пропускная способность — 4096 МБ/с;
    Mini PCI — новый форм-фактор PCI 2.2 для использования в основном в ноутбуках;
    Cardbus — PCMCIA форм-фактор для 32-бит, 33 МГц PCI;
    CompactPCI — использует модули размера Eurocard, включаемые в PCI backplane;
    PC/104-Plus — индустриальная шины, использующая сигнализацию PCI с другим разъёмом;
    PMC — PCI mezzanine card, мезонинная шина, соответствует стандарту IEEE P1386.1;
    ATCA или AdvancedTCA — шина следующего поколения для телекоммуникационной индустрии.

    Другие варианты PCI
    PCI Express (ранее известный как 3GIO/Arapaho), новый последовательный интерфейс, использующий программную модель PCI, однако обладающий более производительным физическим уровнем (используется LVDS и новые разъёмы).


    //сакс! о PCI - Express так интересно читать, что я ну попросту не сдержался, ведь на ней висят ваши, так сильно обожаемые, Видяхи...

    PCI Express или PCIe или PCI-E, (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X или PXI) — компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

    Развитием стандарта PCI Express занимается организация PCI Special Interest Group (http://www.pcisig.com/).

    В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, 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.
    Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel после отказа от шины InfiniBand. Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года.

    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, ожидается, что PCI Express заменит эти шины в персональных компьютерах.

    //блин, а я только об этом задумался!


    Описание протокола

    Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое lane; это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной однонаправленной шине.

    Соединение между двумя устройствами PCI Express называется link, и состоит из одного (называемого 1x) или нескольких (2x, 4x, 8x, 12x, 16x и 32x) двунаправленных последовательных соединений lane. Каждое устройство должно поддерживать соединение 1x.

    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 lane'ы (например, к слоту 16x можно подвести линии передачи информации, соответствующие 1x или 8x, и всё это будет нормально функционировать; однако, при этом необходимо подключить все линии «питание» и «земля», необходимые для слота 16x).
    В обоих случаях, на шине PCI Express будет использовать максимальное количество lane'ов 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 слот x1, несмотря на то, что она могла бы работать в слоте x1 с использованием только одного lane).

    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, GigabitEthernet), информация о синхронизации должна быть встроена в передаваемый сигнал. На физическом уровне, PCI Express использует ставший общепринятым метод кодирования 8B/10B (8 бит данных заменяются на 10 бит, передаваемых по каналу, таким образом 20% передаваемого по каналу трафика является избыточными), который позволяет поднять помехозащищённость.

    Некоторые протоколы (например, SONET/SDH) используют другой метод помехозащищённого кодирования, который называется скремблинг (англ. scrambling) для встраивания информации о синхронизации в поток данных. Спецификация PCI Express также предусматривает алгоритм скремблинга, но скремблинг PCI Express отличается от такового для SONET.


    Пропускная способность шины PCI Express
    Пропускная способность соединения lane составляет 2,5 Гбит/с. Для расчета пропускной способности соединения link необходимо учесть то, что в каждом соединении передача дуплексная, а также учесть применение кодирования 8B/10B (8 бит в 10).

    Форм-факторы

    Mini Card — 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 Mini Card выведены шины x1 PCIe и USB 2.0, карты ExpressCard поддерживают горячее подключение.
    AdvancedTCA — форм-фактор для телекоммуникационного оборудования.
    Кабельные спецификации PCI Express позволяют доводить длину одного соединения до десятков, а то и сотен метров, что делает возможным создание «разобранных» ЭВМ.
    Mobile PCI Express Module — промышленный форм-фактор, созданный для ноутбуков фирмой NVIDIA.

    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 (т.е. доля служебной информации пакета не должна быть велика). В сущности, различия между интерфейсами заключаются именно в выбраном компромисе между этими двумя взаимопротиворечащими направлениями.

    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.


    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. — cпецификация PCI Express 2.0 определяет максимальную пропускную способность одного соединения lane как 5 Гбит/с, при этом сохранена совместимость с PCI Express 1.1 таким образом, что плата расширения, поддерживающая стандарт PCIE 1.1 может работать, будучи установленной в слот PCIE 2.0. 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 (операционной системы, драйверов устройств и т.п.) 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 (имеются в виду PCI funcs) внутри устройства (PCI device).
    Переопределение предела по мощности — для переопределения лимита мощности слота при присоединении устройств, потребляющих бо́льшую мощность.

    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 Гбит/с.


    PCI Express 3.0
    Идет работа над PCI-Express 3.0. Он будет обладать пропускной способностью в 8 Гбит/с.

    Планы на PCI-Express 3.0: утверждение в 2009 году, а первые продукты на основе нового интерфейса - в 2010 году.

    //PCI Express рулит! Блин, представте себе - такая безумная скоростуха на всех PCI - девайсах...

    PS

    все взято с википедии и отредактировано мной с целью увеличения параметра "читабельность" .

    Копирайты:

    http://ru.wikipedia.org/wiki/PCI

    и еще много прилегающих, которые я совместил здеся...

    PPS
    если такая тема уже существует - извеняюсь, ибо в железе, где ей несомненно место, я ее не нашел.

    PPPS
    Я могу продолжить в том же духе, но, я считаю, большому количеству таких мануалов здесь не место. А раздела в Железе под названием аналогичному названию "Мануал" я не нашел, увы.
     
    2 people like this.
Loading...
Similar Threads - Express
  1. carartem02
    Replies:
    0
    Views:
    1,315