Pci express vs. pci вести со звуковых фронтов

Что такое PCI Express и что он обозначает?

PCI Express означает Peripheral Component Interconnect Express и представляет собой стандартный интерфейс для подключения периферийного оборудования к материнской плате на компьютере. Другими словами, PCI Express или сокращенно PCIe — это интерфейс, который подключает к материнской плате внутренние карты расширения, такие как видеокарты, звуковые карты, адаптеры Ethernet и Wi-Fi . Кроме того, PCI Express также используется для подключения некоторых типов твердотельных накопителей, которые обычно очень быстрые.

Какие типы слотов и размеров PCI Express существуют, и что означают линии PCIe? Для подключения плат расширения к материнской плате PCI Express использует физические слоты. Обычными слотами PCI Express, которые мы видим на материнских платах, являются PCIe x1, PCIe x4, PCIe x8 и PCIe x16. Число, которое следует за буквой «х», говорит нам о физических размерах слота PCI Express, который, в свою очередь, определяется количеством контактов на нем. Чем больше число, тем длиннее слот PCIe и тем больше контактов, которые соединяют плату расширения с гнездом.

Кроме того, число «х» также указывает, сколько полос доступно в этом слоте расширения. Вот как сравниваются часто используемые слоты PCIe:

• PCIe x1: имеет 1 полосу , 18 контактов и длину 25 мм
• PCIe x4: имеет 4 линии , 32 контакта и длину 39 мм
• PCIe x8: имеет 8 линий , 49 контактов и длину 56 мм
• PCIe x16: имеет 16 линий , 82 контакта и длину 89 мм

Линии PCI Express — это пути между набором микросхем материнской платы и слотами PCIe или другими устройствами, являющимися частью материнской платы, такими как разъем процессора, слоты M.2 SSD, сетевые адаптеры, контроллеры SATA или контроллеры USB.

В PCI Express каждая полоса индивидуальна, что означает, что она не может быть разделена между различными устройствами. Например, если ваша видеокарта подключена к слоту PCIe x16, это означает, что она имеет 16 независимых линий, выделенных только для нее. Никакой другой компонент не может использовать эти полосы, кроме графической карты.

Вот идея, которая может упростить вам понимание того, что такое линии PCI Express: просто представьте, что PCI Express — это магистраль, а автомобили, которые едут по ней, — это данные, которые передаются. Чем больше полос движения доступно на шоссе, тем больше автомобилей можно проехать по нему; чем больше у вас PCIe-линий, тем больше данных можно передать.

Карта PCI Express может устанавливаться и работать в любом слоте PCIe, доступном на материнской плате, если этот слот не меньше платы расширения. Например, вы можете установить карту PCIe x1 в слот PCIe x16. Тем не менее, вы не можете сделать обратное. Например, вы можете установить звуковую карту PCIe x1 в слот PCIe x16, но вы не можете установить графическую карту PCIe x16 в слот PCIe x1.

Какие версии PCI Express существуют, и какую скорость передачи данных (пропускную способность) они поддерживают?

Сегодня используются четыре версии PCI Express: PCI Express 1.0, PCI Express 2.0, PCI Express 3.0 и PCI Express 4.0. Каждая версия PCIe поддерживает примерно удвоенную пропускную способность предыдущего PCIe . Вот что предлагает каждый из них:

• PCI Express 1.0: имеет пропускную способность 250 МБ / с на линию
• PCI Express 2.0: имеет пропускную способность 500 МБ / с на линию
• PCI Express 3.0: имеет пропускную способность 984,6 МБ / с на линию
• PCI Express 4.0: имеет пропускную способность 1969 МБ / с на линию

Помните, что слоты PCIe могут предложить не одну, а несколько дорожек? Значения полосы пропускания, которые мы разделили, умножаются на количество линий, доступных в слоте PCIe. Если вы хотите рассчитать, сколько пропускной способности доступно для определенной платы расширения, вам нужно умножить пропускную способность PCIe на линию на количество доступных для нее линий.

Например, графическая карта, которая поддерживает PCI Express 4.0 и подключена к слоту PCIe x16, имеет доступ к общей пропускной способности около 31,51 ГБ / с. Это результат умножения 1969 МБ / с на 16 (пропускная способность PCIe на линию * 16 линий). Впечатляет, правда?

Вот как масштабируются версии PCI Express, если принять во внимание линии PCI Express:

В будущем появятся новые версии PCI Express, такие как PCI Express 5.0 и PCI Express 6.0. Спецификация PCIe 5.0 была доработана летом 2019 года, предлагая пропускную способность до 3938 МБ / с на линию и до 63 ГБ / с в конфигурации x16. Однако, скорее всего, мы не увидим его в ближайшее время на компьютерном оборудовании потребительского уровня.

История создания

Весной 1991 года 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 , 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. Были учтены и маркетинговые ошибки MCA, приведшие к противостоянию с EISA «банды девяти».

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/с, однако в реальности пропускная способность составляла около 90 Мбайт/с.

В середине 1993 года 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 году 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 Мбайт/с (для 64-битного варианта с частотой 66 МГц). Кроме того, эта шина уже была поддержана на уровне ОС Windows 95 (технология Plug and Play). 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 году, в связи с развитием компьютерной графики и разработкой шины AGP, шина PCI перестала удовлетворять новым, повышенным требованиям к видеокартам и перестала использоваться для установки видеокарт.

В конце 2000-х — начале 2010-х интерфейс PCI постепенно вытеснился интерфейсами PCI Express и USB. На бытовых материнских платах уменьшалось количество разъемов PCI, их устанавливается не более 1-2, вместо 3-4 или более, применявшихся в начале 2000-х. На некоторых материнских платах (особенно, компактных форм-факторов mATX и т. п.) PCI-разъём не устанавливается вовсе.

PCI Express 4.0

PCI Special Interest Group (PCI SIG) заявила, что PCI Express 4.0 может быть стандартизирован до конца 2016 года, однако на середину 2016 года, когда ряд чипов уже готовился к изготовлению, СМИ сообщали, что стандартизация ожидается в начале 2017. Ожидалось, что он будет иметь пропускную способность 16 GT/s, то есть будет в два раза быстрее PCIe 3.0. Позднее сроки стандартизации были перенесены, и спецификация была опубликована только 5 октября 2017 года. По сравнению со спецификацией PCI Express 3.0 максимальная скорость передачи данных по шине PCI Express удвоена — с 8 до 16 GT/s. Кроме того, уменьшены задержки, улучшена масштабируемость и поддержка виртуализации. Для 4 линий скорость передачи данных составляет 8 Гбайт/с, для 16 линий — 32 Гбайт/с.

7 ноября 2018 года AMD объявила о планах выпуска в продажу в четвёртом квартале 2018 года первого GPU с поддержкой PCI Express 4.0 x16. 27 мая 2019 года компания Gigabyte объявила о выпуске системных плат серии X570 Aorus. По словам производителя, эти платы «открывают эру PCIe 4.0».

Широко ли доступна последняя версия PCI Express 4.0?

На данный момент PCI Express 4.0 является самой быстрой спецификацией, доступной для домашних компьютеров. Однако PCI Express 4.0 поддерживается только AMD на своих последних материнских платах, основанных на чипсете X570 в сочетании с процессорами AMD Ryzen третьего поколения. Если у вас их нет, нет смысла покупать видеокарты или твердотельные накопители, поддерживающие PCIe 4.0.

Говоря об этом, хотя уже есть много SSD, поддерживающих PCIe 4.0, единственными видеокартами, которые работают на PCIe 4.0, являются Radeon RX 5000 от AMD, такие как Radeon RX 5700 XT и Radeon RX 5700 . Intel пока не предлагает поддержку PCI Express 4.0 на любом своем оборудовании.

Примечания

1. ↑
2. ↑
4.  (недоступная ссылка). Дата обращения 10 апреля 2010.
6.  (англ.). pcisig.com. Дата обращения 9 июня 2017.
8. ↑ . Overclockers.ru (19 июня 2019). Дата обращения 28 июня 2019.
10.  (недоступная ссылка). Дата обращения 15 мая 2018.
11. ↑ Андрей Шиллинг. . «Hardwareluxx» (30 мая 2019). Дата обращения 28 июня 2019.
12.  (недоступная ссылка). PCI SIG (18 декабря 2014).
15. . PCI-SIG. — «Based on PCI-SIG feasibility analysis, the bit rate for the PCIe 4.0 specification will be 16GT/s.». Дата обращения 22 октября 2016.
16.  (англ.). pcisig.com. Дата обращения 18 января 2018.
17. .
19. . GIGABYTE. Дата обращения 27 мая 2019.
21. Галадей, Андрей. . Игромания (11 июня 2020). Дата обращения 12 июня 2020.

Как PCI Express 4.0 влияет на скорость вашей видеокарты?

Некоторые задают интересный вопрос: влияет ли более быстрая и новая спецификация PCI Express 4.0 на скорость видеокарты? Быстрый ответ — нет , это не так, и вы не получаете больше кадров в секунду! Вот почему:

Когда вы играете в игру, видеокарта использует выделенную память (GDDR) для хранения текстур, используемых для рендеринга кадров на экране

Помимо тактовой частоты графического процессора, эта графическая память является наиболее важной для того, сколько кадров вы получаете каждую секунду

Графическая карта должна использовать интерфейс PCI Express, который соединяет ее с материнской платой только тогда, когда ей нужно обмениваться данными с процессором или загружать текстуры из системной памяти (ОЗУ компьютера). Это не должно случаться часто, поскольку современные видеокарты имеют много собственной оперативной памяти. И даже если / когда это произойдет, после того, как текстуры были переданы через интерфейс PCI Express из системного ОЗУ и загружены в память видеокарты, они остаются там. Причина в том, что графическая память во много раз быстрее системной памяти.

Ни одна из видеокарт, доступных сегодня, не нуждается в полной полосе пропускания, предлагаемой слотами PCI Express 4.0 x16. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашим анализом влияния PCI Express 4.0 по сравнению с PCI Express 3.0 на современные настольные компьютеры: PCI Express 4 по сравнению с PCIe 3: есть ли улучшение производительности?

Стандартные модификации

Типы PCI-слотов

PCI 2.0

Первая версия базового стандарта, получившая широкое распространение, использовались как карты, так и слоты с сигнальным напряжением только 5 вольт. Пиковая пропускная способность — 133 Мбайт/с.

PCI 2.1 — 3.0

Отличались от версии 2.0 возможностью одновременной работы нескольких шинных задатчиков (англ. bus-master, т. н. конкурентный режим), а также появлением универсальных карт расширения, способных работать как в слотах, использующих напряжение 5 вольт, так и в слотах, использующих 3,3 вольта (с частотой 33 и 66 МГц соответственно). Пиковая пропускная способность для 33 МГц — 133 Мбайт/с, а для 66 МГц — 266 Мбайт/с.

• Версия 2.1 — работа с картами, рассчитанными на напряжение 3,3 вольта, и наличие соответствующих линий питания являлись опциональными.
• Версия 2.2 — сделанные в соответствии с этими стандартами карты расширения имеют универсальный ключ разъёма по питанию и способны работать во многих более поздних разновидностях слотов шины PCI, а также, в некоторых случаях, и в слотах версии 2.1.
• Версия 2.3 — несовместима с картами PCI, рассчитанными на использование 5 вольт, несмотря на продолжающееся использование 32-битных слотов с 5-вольтовым ключом. Карты расширения имеют универсальный разъём, но не способны работать в 5-вольтовых слотах ранних версий (до 2.1 включительно).
• Версия 3.0 — завершает переход на карты PCI 3,3 вольт, карты PCI 5 вольт больше не поддерживаются.

PCI 64

Расширение базового стандарта PCI, появившееся в версии 2.1, удваивающее число линий данных, и, следовательно, пропускную способность. Слот PCI 64 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 Мбайт/с.

• Версия 1 — использует слот PCI 64-бита и напряжение 5 вольт.
• Версия 2 — использует слот PCI 64-бита и напряжение 3,3 вольта.

PCI 66

Версия PCI 66 является работающим на тактовой частоте 66 МГц развитием PCI 64; использует напряжение 3,3 вольта в слоте; карты имеют универсальный, либо форм-фактор на 3,3 В. Пиковая пропускная способность — 533 Мбайт/с.

PCI 64/66

Комбинация PCI 64 и PCI 66 позволяет вчетверо увеличить скорость передачи данных по сравнению с базовым стандартом PCI; использует 64-битные 3,3-вольтовые слоты, совместимые только с универсальными, и 3,3-вольтовые 32-битные карты расширения. Карты стандарта PCI64/66 имеют либо универсальный (но имеющий ограниченную совместимость с 32-битными слотами), либо 3,3-вольтовый форм-фактор (последний вариант принципиально не совместим с 32-битными 33-мегагерцовыми слотами популярных стандартов). Пиковая пропускная способность — 533 Мбайт/с.

PCI-X

Основная статья: PCI Extended

Развитие версии PCI 64. Для всех вариантов шины существуют следующие ограничения по количеству подключаемых к каждой шине устройств: 66 МГц — 4, 100 МГц — 2, 133 МГц — 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-вольтовыми и универсальными PCI-картами. Карты обычно выполняются в 64-битном формате на 3,3 В 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 Мбайт/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 Мбайт/с.

StackPC

Индустриальная шина, использующая набор сигналов PCI-E.

, мезонинная шина, соответствующая стандарту IEEE P1386.1.

Maximizing PCIe Compatibility

PCI Express, as you read in the sizes and versions sections above, supports pretty much any configuration you can imagine. If it physically fits, it probably works…which is great.

One important thing to know, however, is that to get the increased bandwidth (which usually equates to the greatest performance), you’ll want to choose the highest PCIe version that your motherboard supports and choose the largest PCIe size that will fit.

For example, a PCIe 3.0 x16 video card will give you the greatest performance, but only if your motherboard also supports PCIe 3.0 and has a free PCIe x16 slot. If your motherboard only supports PCIe 2.0, the card will only work up to that supported speed (e.g., 64 Gbit/s in the x16 slot).

Most motherboards and computers manufactured in 2013 or later probably support PCI Express v3.0. Check your motherboard or computer manual if you’re not sure.

If you can’t find any definitive information on the PCI version that your motherboard supports, we recommend buying the largest and latest version PCIe card, so long as it’ll fit, of course.

Future PCIe Generations: PCIe 5.0 and PCIe 6.0

PCIe 5.0

The official PCIe 5.0 standard came out in May 2019. It will bring 128 GBps of throughput. The specification is backwards compatible with previous PCIe generations and also includes new features, including electrical changes to improve signal integrity and backward-compatible CEM connectors for add-in cards. The first PCIe 5.0 devices are expected to debut in 2019 with broader availability in 2020.

PCI-SIG, which defines PCIe standards, expects PCIe 4.0 and PCIe 5.0 to co-exist for a while, with PCIe 5.0 used for high-performance needs craving the most throughput, like GPUs for AI workloads and networking applications. So, PCIe 5.0 will mainly be used in data center, networking and high-performance computing (HPC) enterprise environments, while less-intense applications, like those used by desktop PCs, will be fine with PCIe 4.0.

PCIe 6.0

PCIe 6.0 spec (Image credit: PCI-SIG)

In June, PCI-SIG announced it will release the standards for PCIe 6.0 in 2021 (the spec is currently in revision 0.5) . We don’t expect to see products until at least the end of 2022, if not 2023.

PCIe 6.0 will double the bandwidth of PCIe 5.0 to 256 GB/s among the same maximum number of lanes, 16.  It’s expected to be backwards compatible with previous PCIe generations. 

This article is part of the Tom’s Hardware Glossary.

Further reading:

• What We Know About PCIe 4.0 So Far
• Dissecting the Modern Motherboard: Connectors, Ports & Chipsets Explained 
• How to Choose a Motherboard
• Best Motherboards

How Does PCI Express Work?

Similar to the older standards like PCI and AGP, a PCI Express-based device (like the one shown in the photo on this page) physically slides into a PCI Express slot on the motherboard.

The PCI Express interface allows high bandwidth communication between the device and the motherboard, as well as other hardware.

While not very common, an external version of PCI Express exists as well, unsurprisingly called External PCI Express but often shortened to ePCIe.

ePCIe devices, being external, require a special cable to connect whatever external, ePCIe device is being used to the computer via an ePCIe port, usually located on the back of the computer, supplied by either the motherboard or a special internal PCIe card.

Распиновка PCI

What Types of PCI Express Cards Exist?

Thanks to the demand for faster and more realistic video games and video editing tools, video cards were the first types of computer peripherals to take advantage of the improvements offered by PCIe.

While video cards are easily still the most common type of PCIe card you’ll find, other devices that benefit from considerably faster connections to the motherboard, CPU, and RAM is also increasingly being manufactured with PCIe connections instead of PCI ones.

For example, many high-end sound cards now use PCI Express, as do an increasing number of both wired and wireless network interface cards.

Hard drive controller cards may be the most to benefit from PCIe after video cards. Connecting a high-speed PCIe storage device, like an SSD, to this high bandwidth interface allows for much faster reading from, and writing to, the drive. Some PCIe hard drive controllers even include the SSD built-in, drastically altering how storage devices have traditionally been connected inside a computer.

Of course, with PCIe replacing PCI and AGP completely in newer motherboards, just about every type of internal expansion card that relied on those older interfaces are being redesigned to support PCI Express. This includes things like USB expansion cards, Bluetooth cards, etc.

«Центральный ресурс»

В спецификации PCI часто используется термин «центральный ресурс» (central resource). Под ним понимается хост-контроллер шины PCI, обычно входящий в состав чипсета. Например, в старых чипсетах, разработанных во времена, когда PCI была главной шиной ПК, роль «центрального ресурса» выполняла микросхема северного моста, а в современных чипсетах, где шина PCI сохраняется для совместимости с ранее выпущенными платами расширения, «центральный ресурс» переместился в южный мост (например, в случае кристалла Intel ICH10 им является мост DMI–PCI, являющийся одним из компонентов этой микросхемы).

«Центральный ресурс» отвечает за:

арбитраж запросов на владение шиной PCI (принимает от устройств сигналы REQ# и выдаёт сигналы GNT#);

подтягивание линий типов STS и OD к высокому уровню с помощью резисторов;

субтрактивное декодирование диапазонов адресов памяти и ввода вывода. На шине PCI может быть только одно устройство, осуществляющее субтрактивное декодирование; обычно им является мост от PCI к какой-либо иной шине расширения (например, PCI-ISA);

преобразование генерируемых процессором обращений в конфигурационные транзакции шины PCI;

генерацию индивидуальных сигналов IDSEL для каждого устройства, подключенного к шине PCI;

управление сигналом REQ64# во время сброса.