Arată ca un conector PCI Express. PCI Express - ce este și principalele caracteristici

În acest articol, vom discuta motivele succesului magistralei PCI și vom descrie tehnologia de înaltă performanță care o înlocuiește - magistrala PCI Express. De asemenea, vom lua în considerare istoricul dezvoltării, nivelurile hardware și software ale magistralei PCI Express, caracteristicile implementării sale și vom enumera avantajele acesteia.

Când la începutul anilor 1990. când a apărut, caracteristicile sale tehnice au depășit semnificativ toate autobuzele care existau până atunci, cum ar fi ISA, EISA, MCA și VL-bus. La acea vreme, magistrala PCI (Peripheral Component Interconnect), care rula la 33 MHz, era potrivită pentru majoritatea dispozitivelor periferice. Dar astăzi situația s-a schimbat în multe privințe. În primul rând, vitezele de ceas ale procesorului și ale memoriei au crescut semnificativ. De exemplu, vitezele de ceas a procesorului au crescut de la 33 MHz la câțiva GHz, în timp ce frecvența de operare PCI a crescut la doar 66 MHz. Apariția unor tehnologii precum Gigabit Ethernet și IEEE 1394B a amenințat că toată lățimea de bandă a magistralei PCI ar putea fi cheltuită pentru deservirea unui singur dispozitiv bazat pe aceste tehnologii.

În același timp, arhitectura PCI are o serie de avantaje față de predecesorii săi, așa că era irațional să o revizuim complet. În primul rând, nu depinde de tipul de procesor, acceptă izolarea bufferului, tehnologia de mastering bus și tehnologia PnP în totalitate. Izolarea bufferului înseamnă că magistrala PCI funcționează independent de magistrala internă a procesorului, ceea ce permite magistralei procesorului să funcționeze independent de viteza și sarcina magistralei de sistem. Cu tehnologia de deturnare a magistralei, perifericele pot controla direct transferul de date pe autobuz, în loc să aștepte ajutor de la procesorul central, ceea ce ar afecta performanța sistemului. În cele din urmă, suportul Plug and Play permite configurarea și configurarea automată a dispozitivelor care îl folosesc și evită necazul jumperelor și comutatoarelor, care au ruinat aproape viața proprietarilor de dispozitive ISA.

În ciuda succesului fără îndoială al PCI, acesta se confruntă cu probleme serioase în prezent. Acestea includ lățimea de bandă limitată, lipsa capabilităților de transfer de date în timp real și lipsa suportului pentru tehnologiile de rețea de ultimă generație.

Caracteristici comparative ale diferitelor standarde PCI

Trebuie remarcat faptul că debitul real poate fi mai mic decât cel teoretic datorită principiului protocolului și particularităților topologiei magistralei. În plus, lățimea de bandă totală este împărțită între toate dispozitivele conectate la acesta, astfel încât cu cât mai multe dispozitive stau pe autobuz, cu atât mai puțină lățime de bandă primește fiecare dintre ele.

Îmbunătățirile aduse standardului, cum ar fi PCI-X și AGP, au fost concepute pentru a elimina principalul său dezavantaj - viteza scăzută de ceas. Cu toate acestea, o creștere a frecvenței de ceas în aceste implementări a determinat o scădere a lungimii efective a magistralei și a numărului de conectori.

Noua generație de magistrală - PCI Express (sau PCI-E pe scurt), a fost introdusă pentru prima dată în 2004 și avea scopul de a rezolva toate problemele cu care se confruntă predecesorul său. Majoritatea calculatoarelor noi de astăzi sunt echipate cu PCI Express. Deși sloturile standard PCI sunt prezente și în ele, timpul nu este departe când magistrala va deveni istorie.

Arhitectura PCI Express

Arhitectura autobuzului are o structură stratificată, așa cum se arată în figură.

Autobuzul acceptă modelul de adresare PCI, care permite tuturor driverelor și aplicațiilor existente în prezent să lucreze cu el. În plus, magistrala PCI Express utilizează mecanismul standard PnP furnizat de standardul anterior.

Luați în considerare scopul diferitelor niveluri de organizare PCI-E. La nivelul programului magistralei se formează cereri de citire/scriere, care sunt transmise la nivel de transport folosind un protocol special de pachete. Stratul de date este responsabil pentru codificarea corectării erorilor și asigură integritatea datelor. Stratul hardware de bază constă dintr-un canal dual simplex format dintr-o pereche de transmisie și recepție, denumită colectiv legătură. Viteza totală a magistralei de 2,5 Gb/s înseamnă că lățimea de bandă pentru fiecare bandă PCI Express este de 250 Mb/s în fiecare direcție. Ținând cont de pierderea supraîncărcării protocolului, aproximativ 200 Mb/s sunt disponibile pentru fiecare dispozitiv. Această lățime de bandă este de 2-4 ori mai mare decât cea disponibilă pentru dispozitivele PCI. Și, spre deosebire de PCI, dacă lățimea de bandă este distribuită între toate dispozitivele, atunci aceasta merge la fiecare dispozitiv în întregime.

Astăzi există mai multe versiuni ale standardului PCI Express, care diferă prin lățimea de bandă.

Lățimea de bandă a magistralei PCI Express x16 pentru diferite versiuni PCI-E, Gb/s:

• 32/64
• 64/128
• 128/256

Formate de magistrală PCI-E

În acest moment, există diverse opțiuni pentru formatele PCI Express, în funcție de scopul platformei - un computer desktop, laptop sau server. Serverele care necesită mai multă lățime de bandă au mai multe sloturi PCI-E, iar aceste sloturi au mai multe trunchiuri. În schimb, laptopurile pot avea o singură linie pentru dispozitivele cu viteză medie.

Placa grafica PCI Express x16.

Cardurile de expansiune PCI Express sunt foarte asemănătoare cu cardurile PCI, dar sloturile PCI-E au o aderență sporită pentru a se asigura că cardul nu alunecă din slot din cauza vibrațiilor sau în timpul transportului. Există mai mulți factori de formă ai sloturilor PCI Express, a căror dimensiune depinde de numărul de benzi utilizate. De exemplu, un autobuz cu 16 benzi este desemnat PCI Express x16. Deși numărul total de benzi poate ajunge până la 32, în practică majoritatea plăcilor de bază sunt acum echipate cu PCI Express x16.

Factorii de formă mai mici pot fi conectați în sloturi mai mari fără a compromite performanța. De exemplu, un card PCI Express x1 poate fi conectat la un slot PCI Express x16. Ca și în cazul magistralei PCI, puteți utiliza un cablu prelungitor PCI Express pentru a conecta dispozitivele dacă este necesar.

Apariția diferitelor tipuri de conectori pe placa de bază. De sus în jos: slot PCI-X, slot PCI Express x8, slot PCI, slot PCI Express x16.

Card expres

Standardul Express Card oferă o modalitate foarte simplă de a adăuga hardware la un sistem. Piața țintă pentru modulele Express Card este laptopurile și computerele mici. Spre deosebire de cardurile tradiționale de expansiune pentru desktop, cardul Express se poate conecta la sistem oricând computerul rulează.

Una dintre cardurile Express populare este PCI Express Mini Card, concepută ca înlocuitor pentru cardurile Mini PCI. Un card creat în acest format acceptă atât PCI Express, cât și USB 2.0. Dimensiunile cardului PCI Express Mini sunt 30 × 56 mm. Cardul PCI Express Mini se poate conecta la PCI Express x1.

Beneficiile PCI-E

Tehnologia PCI Express a oferit un avantaj față de PCI în următoarele cinci domenii:

1. Productivitate mai mare. Cu o singură bandă, PCI Express are o lățime de bandă de două ori mai mare decât PCI. În acest caz, debitul crește proporțional cu numărul de linii din autobuz, al căror număr maxim poate ajunge la 32. Un avantaj suplimentar este că informațiile de pe magistrală pot fi transmise simultan în ambele sensuri.
2. Simplificarea I/O. PCI Express profită de autobuzele precum AGP și PCI-X, oferind în același timp o arhitectură mai puțin complexă și o ușurință comparativă de implementare.
3. Arhitectură stratificată. PCI Express oferă o arhitectură care poate găzdui noile tehnologii și nu necesită upgrade semnificative de software.
4. Tehnologii I/O de generație următoare. PCI Express oferă noi oportunități de achiziție de date folosind tehnologia de transfer de date concurent, asigurând primirea în timp util a informațiilor.
5. Ușurință în utilizare. PCI-E face mult mai ușor pentru utilizator să facă upgrade și extinderea sistemului. Formatele suplimentare de card Express, cum ar fi ExpressCard, măresc dramatic capacitatea de a adăuga periferice de mare viteză la servere și laptop-uri.

Concluzie

PCI Express este o tehnologie de magistrală periferică care înlocuiește tehnologii precum ISA, AGP și PCI. Utilizarea acestuia crește semnificativ performanța computerului, precum și capacitatea utilizatorului de a extinde și actualiza sistemul.

Pe scurt despre istorie...

Pentru prima dată, o interfață separată concepută să devinăun înlocuitor pentru magistrala PCI pentru plăcile video, a fost introdus în 1997. AGP (Accelerated Graphics Port) – așa și-a prezentat noua dezvoltare Intel concomitent cu anunțul oficial al chipset-ului pentru procesoarele Intel Pentium II.

Beneficii declarateAGP înaintea predecesorului săuPCIau fost semnificative:

• frecventa de operare mai mare (66 MHz);
• lățime de bandă crescută între placa video și magistrala de sistem;
• transfer direct de informații între placa video și RAM, ocolind procesorul;
• sistem de alimentare îmbunătățit;
• acces de mare viteză la memoria partajată.

Standard de dezvoltare corespunzătorAGP 1x (specificația AGP 1.0) nu a fost primit din cauza vitezei reduse de lucru cu memorie și a fost aproape imediat îmbunătățit, iar viteza sa a fost dublată - așa a apărut interfața AGP 2x. Transmițând 32 de biți (4 octeți) pe ciclu, portul AGP 2x ar putea oferi o performanță de vârf fără precedent la acel moment de 66,6x4x2 = 533 MB/ s.

În 1998, a fost lansat standardul AGP 4x (specificația AGP 2.0), care asigură transferul a până la 4 blocuri de informații pe ciclu. În același timp, tensiunea semnalului portului a fost redusă de la 3,3 la 1,5 V. Debitul maxim al AGP 4x a devenit aproximativ 1GB/ s... În viitor, dezvoltarea specificațiilor a fost prelungită - motivul pentru aceasta a fost viteza foarte scăzută a flotei de acceleratoare video existente la acea vreme, precum și viteza scăzută de schimb cu RAM.

De îndată ce progresul tehnic „s-a odihnit” pe autobuz, care s-a dovedit a fi prea mic pentru transmiterea unor fluxuri uriașe de informații prin plăcile video moderne, a fost aprobat un nou standard - AGP 8x (specificația AGP 3.0). După cum probabil ați ghicit, poate transmite până la 8 blocuri de informații pe ciclu de ceas și are o lățime de bandă de vârf de 2GB/ s... Autobuzul AGP 8x este compatibil cu AGP 4x.

Industria high-tech este mereu în creștere vertiginoasă. Volumele de date transmise și transmise sunt în creștere, texturile și calitatea acestora cresc, toate acestea cu siguranță obligă pe fiecare dintre producători să scuture singur lucrurile și să producă ceva nou și high-tech (standard, specificații, protocol, interfață) care va legați o nouă rundă în sferăSalut- tehnologie.

Oficial, prima specificație de bază PCI Express a apărut în iulie 2002, marcând astfel ziua „morții” treptate a AGP 8x...

Introducere

În acest moment, chipset-ul modern Intel P45 / X48 are suport oficial pentru specificațiile PCI Express 2.0, cu care foarte comunul Intel P35 nu se putea lăuda. Pentru cei care urmează să cumpere o placă de bază modernă pe platforma Intel, alegerea rămâne destul de evidentă - chipsetul P45 / X48 și nu vă veți confrunta cu dilema PCI Express 1.1 „destul sau nu suficient” pentru actualul hi- placa video de sfârșit sau de mijloc. Dar cum rămâne cu proprietarii P35-urilor? Ar trebui să fug din nou la magazin?

În materialul nostru de astăzi, vom încerca să punctăm „I” cu privire la avantajele PCI-E 2.0 față de PCI-E 1.1 pentru acceleratoarele moderne. De asemenea, vom analiza experimental performanța plăcilor video atunci când se lucrează cu diverse interfețe, pe baza cărora se va trage o concluzie despre valoarea practică a PCI-E 2.0.

Și înainte de a continua cu orice teste obiective, să aprofundăm puțin în teorie, și anume, ne vom da seama cum funcționează totul în general.

PCI- Expres- pe scurt despre principal

După cum am menționat mai sus, specificația de bază PCI Express a apărut în iulie 2002. Cu viteză mare și performanță de vârf, PCI Express nu lasă loc pentru predecesorul său AGP. În ceea ce privește modelul său software, noua interfață PCI-E este în multe privințe similară cu PCI, ceea ce face ușoară adaptarea flotei actuale de tot felul de dispozitive la noua interfață fără „ajustări” semnificative de software.

Principiul de funcționare al PCI Express se bazează pe transmisia de date în serie. Autobuzul este o rețea de pachete cu topologie în stea. Dispozitivele PCI-E comunică folosind o conexiune bidirecțională punct la punct numită „Linie”. Fiecare conexiune PCI Express poate consta dintr-un (1x) sau mai multe benzi (4x, 16x etc.).

Pentru o configurație de bază PCI-Express 1x, lățimea de bandă teoretică este de 250 MB/s în fiecare direcție (transmisie/recepție). În consecință, pentru PCI-E x16, această valoare este de 250 MB / s x 16 = 4 GB / s.

Este de remarcat faptul că din punct de vedere fizic, interfața permite, de exemplu, oricărei plăci de bază cu interfață PCI-E 1x să funcționeze cu încredere nu numai în cea standard, ci și în orice alt slot PCI Express cu lățime de bandă mai mare (4x, 16x). , etc.). În acest caz, numărul maxim de linii implicate depinde numai de proprietățile dispozitivului.

În toate protocoalele de mare viteză, apare întotdeauna problema imunității la zgomot. În acest sens, PCI Express folosește binecunoscuta schemă a traficului 8/10 sau în exces (8 biți de date transmise pe canal sunt înlocuiți cu 10 biți, astfel se generează informații suplimentare, aproximativ 20% din „fluxul” total). .

PCIExpres 2.0

Standardul a fost aprobat oficial pe 15 ianuarie 2007. În a doua revizuire a PCI Express, debitul unui canal a crescut semnificativ - până la 5 Gb / s (PCI Express 1.x - 2,5 Gb / s). Aceasta înseamnă că acum pentru linia x16 rata maximă de transfer de date poate ajunge la 8 GB/s în ambele direcții față de 4 GB/s pentru vechiul PCI Express 1.x.

În special, PCI Express 2.0 este pe deplin compatibil cu PCI Express 1.1. De fapt, asta înseamnă că vechile plăci video vor funcționa liniștit în plăcile de bază cu conectori noi, iar adaptoarele video noi vor funcționa fără probleme în vechile sloturi PCI Express 1.x.

Poate că, cu această teorie și cu principalele caracteristici ale PCI Express, să rotunjim, este timpul să începem testele relevante, pe care, de fapt, le vom face, totuși, puțin mai jos, dar deocamdată să facem cunoștință cu testul participanții în detaliu.

Despre participanții la test

Din păcate, nu a fost posibil să acoperim un set mai mare de acceleratoare grafice în momentul testării, pe care cu siguranță le vom repara în viitor. Plăcile video Low-End au fost excluse în mod deliberat din teste, deoarece sunt de puțin folos pentru modurile de înaltă rezoluție (peste 1280x1024) cu detalii maxime ale imaginii, unde pot fi dezvăluite avantajele PCI-E 2.0 față de PCI-E 1.1 junior. .

Aproape toate plăcile de bază moderne sunt echipate în prezent cu un slot de expansiune PCI-E x16. Acest lucru nu este surprinzător: în el este instalat un accelerator grafic discret, fără de care crearea unui computer personal productiv este în general imposibilă. Este vorba despre preistoria sa de aspect, specificații tehnice și posibile moduri de funcționare care vor fi discutate în viitor.

Preistoria apariției slotului de expansiune

La începutul anilor 2000, odată cu slotul de expansiune AGP, care la acea vreme era folosit pentru instalare, s-a dezvoltat o situație când s-a atins nivelul maxim de performanță și capacitățile acestuia nu mai erau suficiente. Ca urmare, a fost creat consorțiul PCI-SIG, care a început să dezvolte componentele software și hardware ale viitorului slot pentru instalarea acceleratoarelor grafice. Fructul creativității sale a fost prima specificație PCI Express 16x 1.0 în 2002.

Pentru a asigura compatibilitatea celor două porturi de adaptor grafic discret care existau la acea vreme, unele companii au dezvoltat dispozitive speciale care au permis instalarea de soluții grafice învechite într-un nou slot de expansiune. În limbajul profesioniștilor, o astfel de dezvoltare avea propriul nume - adaptor PCI-E x16 / AGP. Scopul său principal este de a minimiza costul modernizării unui PC prin utilizarea componentelor din configurația anterioară a unității de sistem. Dar această practică nu s-a răspândit din cauza faptului că plăcile video entry-level de pe noua interfață aveau un cost aproape egal cu prețul unui adaptor.

În paralel cu aceasta, au fost create modificări mai simple ale acestui slot de expansiune pentru controlere externe, care au înlocuit porturile PCI obișnuite la acea vreme. În ciuda similitudinii externe, aceste dispozitive erau semnificativ diferite. Dacă AGP și PCI se puteau lăuda cu transferul de informații paralel, atunci PCI Express era o interfață serială. Performanța sa mai mare a fost asigurată de o rată de transfer de date semnificativ crescută în modul duplex (informația în acest caz putea fi transmisă în două direcții deodată).

Rata de transfer și metoda de criptare

În desemnarea interfeței PCI-E x16, numărul indică numărul de benzi utilizate pentru transferul de date. În acest caz, sunt 16. Fiecare dintre ele, la rândul său, este format din 2 perechi de fire pentru transmiterea informațiilor. După cum sa menționat, viteza mai mare este oferită de faptul că aceste perechi funcționează în modul full duplex. Adică, transferul de informații poate merge în două direcții deodată.

Pentru a proteja împotriva posibilelor pierderi sau distorsiuni a datelor transmise, în această interfață este utilizat un sistem special de protecție a informațiilor numit 8V / 10V. Această denumire este descifrată astfel: pentru transmiterea corectă și corectă a 8 biți de date, este necesară completarea acestora cu 2 biți de serviciu pentru a efectua o verificare a corectitudinii. În acest caz, sistemul este forțat să transmită 20% din informațiile de serviciu, care nu poartă o sarcină utilă pentru utilizatorul computerului. Dar aceasta este o plată pentru funcționarea fiabilă și stabilă a subsistemului grafic al unui computer personal și cu siguranță nu puteți face fără ea.

versiuni PCI-E

Slotul PCI-E x16 arată la fel pe toate plăcile de bază. Doar aici viteza de transfer de informații în fiecare caz poate diferi semnificativ. Ca urmare, viteza dispozitivului este, de asemenea, diferită. Și modificările acestei interfețe grafice sunt după cum urmează:

• Prima modificare PCI - Express x16 v. 1.0 avea o lățime de bandă teoretică de 8 GB/s.
• PCI a doua generație - Express x16 v. 2.0 se lăuda deja cu o lățime de bandă dublată - 16 GB/s.
• O tendință similară a continuat pentru a treia versiune a acestei interfețe. În acest caz, această cifră a fost stabilită la aproximativ 64 GB/s.

Este imposibil să distingem vizual după locația contactelor. În plus, sunt compatibile între ele. De exemplu, dacă în slotul 3.0 este instalată o placă de adaptor grafic, care corespunde la nivel fizic cu specificațiile 2.0, atunci întregul sistem de procesare va trece automat la modul de cea mai mică viteză (adică 2.0) și va continua să funcționeze cu o lățime de bandă de 64 Gb/s...

Prima generație PCI Express

După cum sa menționat mai devreme, PCI Express a fost introdus pentru prima dată în 2002. Lansarea sa a marcat apariția computerelor personale cu mai multe adaptoare grafice, care, de altfel, se puteau lăuda chiar și cu un singur accelerator instalat cu performanțe sporite. Standardul AGP 8X a permis obținerea unei lățime de bandă de 2,1 Gb/s, iar prima revizuire a PCI Express - 8 Gb/s.

Desigur, nu este nevoie să vorbim despre o creștere de opt ori. 20 la sută din creștere a fost folosită pentru transmiterea informațiilor de serviciu, ceea ce a făcut posibilă găsirea erorilor.

A doua modificare PCI-E

Prima generație a acestuia a fost înlocuită în 2007 cu PCI-E 2.0 x16. Plăcile video din a doua generație, așa cum am menționat mai devreme, au fost compatibile fizic și programatic cu prima modificare a acestei interfețe. Numai în acest caz, performanța sistemului grafic a fost redusă semnificativ la nivelul versiunii de interfață PCI Express 1.0 16x.

Teoretic, limita de transfer de informații în acest caz a fost de 16 Gb/s. Dar 20% din câștigul primit a fost cheltuit pe informații despre servicii. Ca urmare, în primul caz, transferul real a fost: 8 Gb/s - (8 Gb/s x 20%: 100%) = 6,4 Gb/s. Și pentru cea de-a doua versiune a interfeței grafice, această valoare era deja așa: 16 Gb/s - (16 Gb/s x 20%: 100%) = 12,8 Gb/s. Împărțind 12,8 Gb/s la 6,4 Gb/s, obținem o creștere practică reală a performanței de 2 ori între prima și a doua execuție PCI Express.

A treia generatie

Ultima și cea mai relevantă actualizare a acestei interfețe a fost lansată în 2010. Viteza de vârf PCI-E x16 în acest caz a crescut la 64 Gb/s, iar puterea maximă a adaptorului grafic fără sursă de alimentare suplimentară în acest caz poate fi egală cu 75 W.

Opțiuni de configurare cu mai multe acceleratoare grafice într-un singur computer. Avantajele și dezavantajele lor

Una dintre cele mai importante inovații ale acestei interfețe este capacitatea de a avea mai multe adaptoare grafice în x16 simultan. În acest caz, plăcile video sunt combinate între ele și formează, în esență, un singur dispozitiv. Performanța lor generală este rezumată, iar acest lucru vă permite să creșteți semnificativ viteza computerului din punctul de vedere al procesării imaginii afișate. Pentru soluțiile de la NVidia, acest mod se numește SLI, iar pentru procesoarele grafice de la AMD - CrossFire.

Viitorul acestui standard

Slotul PCI-E x16 cu siguranță nu se va schimba în viitorul apropiat. Acest lucru va permite plăcilor video mai productive să fie utilizate ca parte a computerelor învechite și, din acest motiv, să efectueze o actualizare treptată a sistemului informatic. Acum sunt în curs de elaborare specificațiile celei de-a patra versiuni a acestei metode de transfer de date. Pentru adaptoarele grafice, în acest caz, vor fi furnizate maxim 128 Gb/s. Acest lucru vă va permite să afișați imaginea pe ecranul monitorului ca „4K” sau mai mult.

Rezultate

Oricum ar fi, iar PCI-E x16 este în prezent slotul și interfața grafică de necontestat. Va fi relevant pentru mult timp de acum încolo. Parametrii săi vă permit să creați atât sisteme informatice entry-level, cât și PC-uri de înaltă performanță cu mai multe acceleratoare. Datorită acestei flexibilități, nu sunt așteptate schimbări semnificative în această nișă.

Module WiFi și alte dispozitive similare. Dezvoltarea acestui autobuz a fost începută de Intel în 2002. PCI Special Interest Group, o organizație non-profit, dezvoltă în prezent noi versiuni ale acestui autobuz.

În acest moment, magistrala PCI Express a înlocuit complet magistralele învechite precum AGP, PCI și PCI-X. Busul PCI Express este situat în partea de jos a plăcii de bază, în poziție orizontală.

PCI Express este o magistrală care a fost proiectată în jurul magistralei PCI. Principalele diferențe dintre PCI Express și PCI se află la nivel fizic. În timp ce PCI utilizează o magistrală comună, PCI Express utilizează o topologie în stea. Fiecare dispozitiv este conectat la un comutator comun cu o conexiune separată.

Modelul software PCI Express urmează modelul PCI în multe feluri. Prin urmare, majoritatea controlerelor PCI existente pot fi modificate cu ușurință pentru a utiliza magistrala PCI Express.

Sloturi PCI Express și PCI pe placa de bază

În plus, magistrala PCI Express acceptă funcții noi precum:

• Dispozitive de conectare la cald;
• Viteza garantată a schimbului de date;
• Managementul consumului de energie;
• Controlul integrității informațiilor transmise;

Cum funcționează magistrala PCI Express

Autobuzul PCI Express folosește o conexiune serială bidirecțională pentru a conecta dispozitivele. Mai mult, o astfel de conexiune poate avea una (x1) sau mai multe (x2, x4, x8, x12, x16 și x32) linii separate. Cu cât sunt utilizate mai multe astfel de linii, cu atât rata de transfer de date poate fi mai mare de către magistrala PCI Express. În funcție de numărul de benzi acceptate, dimensionarea de pe placa de bază va diferi. Există sloturi cu una (x1), patru (x4) și șaisprezece (x16) linii.

Demonstrație vizuală a dimensiunilor sloturilor PCI Express

Mai mult, orice dispozitiv PCI Express poate funcționa în orice slot dacă slotul are aceleași sau mai multe linii. Acest lucru vă permite să instalați un card PCI Express cu un slot x1 într-un slot x16 de pe placa de bază.

Lățimea de bandă PCI Express depinde de numărul de benzi și de versiunea magistralei.

Exemple de dispozitive PCI Express

PCI Express este folosit în principal pentru a conecta plăci grafice discrete. De la apariția acestui autobuz, absolut toate plăcile video l-au folosit.

Placa grafica GIGABYTE GeForce GTX 770

Cu toate acestea, acest lucru nu este tot ceea ce poate face magistrala PCI Express. Este folosit de producătorii altor componente.

Placă de sunet SUS Xonar DX

SSD OCZ Z-Drive R4 Enterprise

Alexei Borzenko,
dr., conferențiar al RRTA

Interfața PCI Express (cunoscută anterior ca 3GIO) se bazează pe standarde deschise și acționează ca succesor al PCI și al variantelor sale pentru sistemele I/O server și client. Spre deosebire de PCI și PCI-X, care se bazează pe o magistrală paralelă pe 32 și 64 de biți, PCI Express utilizează tehnologie de comunicație serială de mare viteză similară cu cea utilizată în Gigabit Ethernet, Serial ATA (SATA) și Serial Attached SCSI (SAS). ) ... PCI Express reflectă tendința generală din industria calculatoarelor de a înlocui magistralele comune vechi paralele cu conexiuni seriale de mare viteză, punct la punct.

Noua tehnologie de magistrală oferă rate de transfer care vor fi suficiente având în vedere evoluția procesoarelor și a subsistemelor I/O pentru cel puțin următorii 10 ani.

În comparație cu PCI, tehnologia PCI Express are următoarele avantaje:

• debit mare - în prima versiune, debitul maxim teoretic va fi de 5-80 Gbps, în funcție de implementare;
• daisy chain pentru scalabilitate a performanței;
• conexiune punct la punct separată pentru fiecare dispozitiv în loc de o magistrală PCI comună;
• latență scăzută pentru arhitectura serverului;
• Dimensiuni mai mici ale conectorilor și design simplificat al sistemului
• funcții avansate.

În următorul deceniu, PCI Express va înlocui treptat magistralele paralele PCI, PCI-X și AGP. Mai întâi va înlocui anvelopele care necesită performanțe și caracteristici suplimentare. De exemplu, PCI Express va înlocui inițial magistrala grafică AGP 8X în sistemele client, oferind o lățime de bandă mare și suport pentru trafic multimedia. Acesta va coexista cu magistrala PCI-X și o va înlocui treptat în sistemele server.

magistrala PCI

Busul PCI, introdus în 1992, a devenit coloana vertebrală a sistemului I/O pentru aproape toate platformele de computer. Implementarea originală de 33 MHz și 32 de biți a oferit o performanță maximă teoretică de 133 MB/s. În anii următori, arhitectura platformei a evoluat, diferite funcții au fost mutate către variante PCI cu lățime de bandă mai mare (Tabelul 1), inclusiv AGP și PCI-X.

Tabelul 1. Lățimea de bandă a magistralelor PCI, PCI-X și AGP

Dacă aruncați o privire mai atentă la tehnologia de semnalizare utilizată în PCI, devine clar că nu mai este posibilă creșterea performanței acestei magistrale paralele multidrop. Ideea este că este dificil pentru magistrala PCI să implementeze o creștere a frecvenței sau o scădere a tensiunii. În plus, nu acceptă funcții precum managementul avansat al energiei, înlocuirea perifericelor și conectarea la cald și caracteristicile de calitate a serviciului (QoS) pentru lățimea de bandă garantată pentru operațiuni în timp real. În cele din urmă, toată lățimea de bandă PCI disponibilă nu acceptă transferul simultan de date în ambele direcții. Multe rețele de date oferă trafic simultan, ceea ce minimizează latența mesajelor.

Sisteme client

Prima magistrală PCI a fost proiectată pentru a suporta grafică 2D, hard disk-uri de înaltă performanță și rețele LAN. La scurt timp după apariția PCI, cerințele crescute de lățime de bandă pentru grafica 3D au depășit magistrala PCI pe 32 de biți și 33 MHz. Pentru a rezolva această problemă, Intel Corporation (http://www.intel.com) a colaborat cu mai mulți producători de plăci grafice pentru a dezvolta specificația AGP pentru o magistrală grafică dedicată de mare viteză. Autobuzul AGP a eliberat sistemul PCI de transferul de grafică, ceea ce a permis ca lățimea de bandă să fie utilizată pentru alte transferuri de date și operațiuni I/O. În plus, Intel a adăugat ulterior canale USB 2.0 și Serial ATA dedicate chipset-ului său Southbridge (NMC), reducând și mai mult încărcarea I/O PCI. În fig. 1 prezintă arhitectura internă a unui sistem client PC tipic și lățimea de bandă I/O și magistrala grafică.

Blocajele sistemului client

Există mai multe magistrale client care pot limita performanța datorită îmbunătățirilor continue ale procesorului, memoriei și I/O: magistrala PCI, magistrala AGP și legătura northbridge.

Bus PCI. Busul PCI oferă rate de transfer de până la 133 MB/s pentru dispozitivele I/O atașate. Un număr de dispozitive I/O sunt capabile să încarce o porțiune semnificativă din această lățime de bandă, astfel încât dacă sunt conectate mai multe dispozitive I/O, magistrala PCI partajată nu va putea gestiona traficul.

În fig. Figura 2 prezintă cerințele de lățime de bandă ale diferitelor protocoale de rețea, aplicații video și dispozitive externe pe care le servește magistrala PCI. După cum puteți vedea, magistrala PCI partajată multipunct lucrează cu greu cu dispozitive moderne. Problema este exacerbată de apariția de noi periferice care utilizează rate de transfer și mai mari.

De exemplu, Gigabit Ethernet necesită o lățime de bandă de 125 MB / s, cu alte cuvinte, acest protocol de rețea încarcă de fapt complet magistrala PCI cu 133 MB / s. IEEE 1394b are o lățime de bandă maximă de 100 MB/s și, de asemenea, utilizează pe deplin magistrala PCI standard.

AGP.În ultimul deceniu, cerințele de performanță video s-au dublat la fiecare doi ani. În această perioadă, magistrala grafică s-a mutat de la PCI la AGP, apoi de la AGP la AGP 2X, AGP 4X și, în sfârșit, la AGP 8X de astăzi.

AGP 8X rulează la 2.134 GB/s. În ciuda acestei lățimi de bandă, creșterea progresivă a cerințelor de performanță a magistralei AGP ridică provocări semnificative de proiectare și crește costul conexiunilor. Ca și în cazul magistralei PCI, extinderea capabilităților magistralei AGP devine mai dificilă și mai costisitoare pe măsură ce frecvențele cresc.

Canal între podurile de nord și de sud.Încărcarea PCI afectează, de asemenea, comunicațiile Northbridge și Southbridge, în special atunci când se utilizează unități SATA și dispozitive USB. În viitor, acest lucru va necesita un canal cu lățime de bandă mai mare.

Sisteme server

În servere, magistrala PCI originală de 32 de biți și 33 MHz a fost extinsă la 64 de biți de 66 MHz cu lățime de bandă de 532 MB/s. Frecvența magistralei de 64 de biți a fost mărită la 100 și la 133 MHz - această opțiune se numește PCI-X. Această magistrală conectează sistemul server NMC (sau stația de lucru cu procesor dublu de vârf) la sloturile de expansiune, Gigabit Ethernet și controlerele SCSI Ultra320 integrate pe placa de bază. Busul PCI-X pe 64 de biți, 133 MHz oferă o lățime de bandă de vârf de 1 GB/s între HMC de sistem și dispozitivul I/O. Acest lucru este acum suficient pentru majoritatea I/O, inclusiv Gigabit Ethernet, Ultra320 SCSI și 2 Gbps Fibre Channel. Cu toate acestea, PCI-X, ca și PCI, este o magistrală partajată cu dezavantaje inerente.

PCI Special Interest Group (PCI SIG, http://www.psisig.com) a dezvoltat specificația PCI-X 2.0, care descrie o magistrală PCI-X pe 64 de biți, 266 MHz, cu o rată de transfer de două ori mai mare de 133 MHz. PCI-X. Cu toate acestea, există probleme majore de proiectare cu magistrala paralelă PCI-X extinsă. Conectorii sunt voluminosi și scumpi, iar cerințele stricte de proiectare cresc dramatic costul plăcilor de bază pe măsură ce frecvențele cresc. În plus, la frecvențe înalte, doar un dispozitiv I/O poate fi conectat la magistrala PCI-X 2.0 într-o configurație punct la punct.

Blocajele sistemului serverului

În fig. 3 prezintă interconexiunile sistemului intern într-un sistem tipic de server cu 2 procesoare. În această arhitectură, extinderea lățimii de bandă este asigurată printr-o interfață proprietară între podurile Northbridge și PCI-X. Mai multe magistrale PCI-X se conectează la sloturi de expansiune de mare viteză, Ethernet de 10 Gb și unități SAS / SATA. Dar această arhitectură are mai multe dezavantaje. Mordele de punte PCI-X dedicate conectează mai multe magistrale PCI-X paralele la o interconexiune serială HMC dedicată. Această abordare este costisitoare, ineficientă și introduce întârzieri de transmisie între dispozitivele I/O și Northbridge. De exemplu, această abordare implică conectarea unei fabrici seriale de 10 Gbps la o magistrală paralelă pe 64 de biți, care, la rândul său, se conectează printr-o punte PCI-X proprietară la interconectarea serială de pe podul de nord.

Orez. 3. Arhitectură modernă de procesor cu dublu procesor.

În plus, tehnologia I/O externă a serverelor de ultimă generație necesită o lățime de bandă mult mai mare decât o poate oferi magistrala PCI-X de 133 MHz. Aceste tehnologii includ materiale precum 10Gb Ethernet, 10Gbps Fibre Channel și 4x Infiniband, precum și viitoarele interfețe de hard disk de mare viteză SATA și 3Gbps SAS. În cazul unei fabrici de 10 Gbps, fiecare port de 10 Gbps poate transfera date în ambele direcții la o viteză de vârf de 2 Gb/s, iar o magistrală PCI-X de 133 MHz oferă o viteză maximă de 1 Gb/s într-o direcție la un moment de timp. Aceasta înseamnă că magistrala PCI-X de 133 MHz este capabilă să gestioneze lățimea de bandă de vârf a unor astfel de țesături cu cel mult 50%.

În timp ce PCI-X 2.0 la 266 MHz va dubla lățimea de bandă de vârf PCI-X la 2 GB/s, tot nu va fi suficient pentru totalul de 4 GB/s necesar controlerului fabric de 10 Gb/s cu dublu port. Este clar că sistemele client și serverele trebuie să înlocuiască magistrala PCI paralelă și variantele acesteia.

PCI Express

PCI Express oferă o magistrală I/O serială scalabilă, de mare viteză. Arhitectura stratificată PCI Express acceptă aplicațiile și driverele PCI existente prin compatibilitatea cu modelul PCI existent. Mai exact, arhitectura PCI Express definește o magistrală serială de înaltă performanță, scalabilă punct la punct. O legătură PCI Express constă din două legături unidirecționale, fiecare implementată ca o pereche de transmisie și recepție pentru transmisie simultană în ambele direcții. Fiecare pereche constă din două perechi de semnale diferenţiale de joasă tensiune. Un cronometru de sincronizare este încorporat în fiecare pereche și utilizează o schemă de codare de sincronizare 8b / 10b pentru a obține rate mari de transmisie. În fig. 4 arată benzile PCI versus PCI Express.

Orez. 4. PCI versus PCI Express.

Arhitectură PCI Express stratificată Nivel Configurare / OS definește un mecanism standard (în conformitate cu specificația PCI Plug-and-Play) pentru inițializarea, numerotarea și configurarea dispozitivului. Acest strat comunică cu stratul software care inițiază transferul de date între dispozitivele periferice sau care primește date de la perifericele conectate. PCI Express a fost conceput pentru a fi compatibil cu sistemele de operare existente, dar sistemele de operare viitoare vor fi necesare pentru a suporta caracteristicile puternice ale tehnologiei. Nivel Software generează solicitări de citire și scriere către dispozitivele periferice. PCI Express oferă aprovizionare și compatibilitate cu software-ul PCI. Ca și în cazul PCI, modelul de furnizare PCI Express permite sistemului de operare să descopere noi dispozitive hardware și să aloce resurse de sistem. PCI Express salvează spațiu de configurare PCI și programarea I/O, iar toate sistemele de operare vor porni fără modificări pe sistemele PCI Express. Se păstrează și modelul de execuție software PCI, ceea ce vă permite să rulați software-ul existent fără nicio modificare. Nivel Tranzacții citește și scrie cereri de la nivelul software către nivelul de legătură de date folosind un protocol bazat pe pachete și se asigură că pachetele de răspuns corespund solicitărilor software. Acest strat acceptă adresarea memoriei pe 32 de biți și extinsă pe 64 de biți, memorie PCI, spațiu de adresă I/O și configurație și un nou spațiu de mesaje pentru mesaje precum întreruperi și resetări. Conductă stratul adaugă secvențierea pachetelor și detectarea erorilor codului de redundanță ciclică (CRC) la pachetele de date, creând un mecanism de încredere pentru transferul de date între sistemul HMS și controlerul I/O. Fizic stratul se bazează pe legături unidirecționale duale PCI Express. Acest lucru oferă flexibilitate și permite tehnologii și frecvențe diferite. Cu această abordare, tehnologia originală cu siliciu poate fi înlocuită în timp cu inovații care rămân compatibile cu retroactiv. De exemplu, tehnologia cu fibră optică poate fi utilizată pentru a crește ratele de transfer de date. Mecanic nivelul determină factorii de formă ai perifericelor. Straturi de arhitectură PCI Express

Lățimea de bandă PCI Express poate fi scalată prin adăugarea de perechi de semnale pentru a forma mai multe benzi între două dispozitive. Specificația acceptă lățimi de linii x1, x4, x8 și x16 și împarte octeții de date pe linii în consecință. După ce cei doi agenți de la ambele capete ale conexiunii PCI Express convin asupra lățimii de bandă și a ratei de transmisie, octeții de date sunt transmisi împărțiți pe liniile codificate.

Canalul de bază x1 are o lățime de bandă brută de 2,5 Gbps. Deoarece magistrala funcționează în două direcții (datele pot fi transmise simultan în ambele direcții), rata efectivă de transfer brut este de 5 Gbps. Masa 2 prezintă ratele de transfer de date cu și fără codare la implementarea liniilor x1, x4, x8 și x16, care sunt definite în prima versiune a PCI Express.

Tabelul 2. Lățimea de bandă PCI Express

În implementările viitoare PCI Express, lățimea de bandă va fi crescută în continuare. De exemplu, după apariția celei de-a doua generații PCI Express, frecvența de transmisie va crește de cel puțin două ori. Cu o arhitectură punct la punct, întreaga lățime de bandă a fiecărei magistrale PCI Express este alocată dispozitivului la sfârșitul conexiunii. Mai multe dispozitive PCI pot funcționa simultan fără a interfera unele cu altele.

PCI Express, spre deosebire de PCI, are semnale minime în bandă laterală, iar marcajele de timp și informațiile despre adrese sunt încorporate în date. De aceea, această tehnologie oferă o lățime de bandă mare pe pin a unui conector I/O în comparație cu PCI (Figura 5). Ca rezultat, conectorii sunt mai eficienți, compacti și mai ieftini.

Tehnologia PCI Express oferă în mod fiabil rate de transfer de date mai mari prin semnale diferențiale de joasă tensiune. Cu această abordare, semnalul trece de la sursă la receptor pe două linii: una trimite o imagine „pozitivă”, cealaltă trimite o imagine „negativă” sau „inversată” a semnalului. Datorită regulilor stricte de rutare, zgomotul care afectează o linie o afectează și pe cealaltă. Receptorul primește ambele semnale, inversează versiunea negativă înapoi la cea pozitivă și adaugă cele două semnale colectate, ca urmare, zgomotul este eliminat efectiv.

Specificația originală PCI Express specifica plăci grafice de până la 75 W. O nouă specificație grafică PCI Express este în curs de dezvoltare pentru plăci de până la 150 W. Aceste specificații îndeplinesc cerințele adaptoarelor grafice, care au în prezent o limită de putere de 41 W pentru cardurile AGP mainstream și 110 W pentru cardurile AGP Pro 110.

Caracteristici avansate PCI Express

PCI Express oferă caracteristici avansate care vor fi implementate treptat pe măsură ce sunt acceptate de sistemul de operare și dispozitive și pe măsură ce aplicațiile le folosesc. Aceste caracteristici includ:

• management avansat al energiei;
• suport pentru trafic de date în timp real;
• schimb la cald;
• integritatea datelor și tratarea erorilor.

Management avansat al energiei

Managementul în PCI Express poate reduce consumul de energie atunci când magistrala nu este activă (adică nu sunt trimise date între componente și periferice). Interfața PCI Express trebuie să fie activă în orice moment pentru ca transmițătorul și receptorul să funcționeze sincronizat. Pentru a face acest lucru, dacă nu există date de transmis, caracterele goale sunt trimise continuu, receptorul le decodifică și le aruncă. Acest proces consumă energie suplimentară, care, în special, reduce durata de viață a bateriei laptopurilor și PDA-urilor.

Pentru a rezolva această problemă, specificația PCI Express definește două stări ale canalului de putere redusă și protocolul Active-State Power Management (ASPM). Când nu este utilizat, PCI Express poate intra în una dintre cele două stări de putere scăzută. Aceste stări economisesc energie, dar necesită un timp de recuperare pentru a resincroniza emițătorul și receptorul atunci când datele trebuie transmise. Cu cât timpul de recuperare (sau întârzierea) este mai lung, cu atât este mai mic consumul de energie.

Suport de trafic în timp real

PCI Express, spre deosebire de PCI, acceptă transferul de date izocron (sau dependent de timp) și diferite niveluri QoS. Aceste funcții sunt implementate folosind „circuite virtuale”, care asigură că anumite pachete de date ajung la adresa lor finală la un anumit moment în timp. PCI Express acceptă mai multe circuite virtuale izocrone (fiecare cu o sesiune independentă) pe bandă. Toate aceste canale pot avea o disponibilitate diferită. Această soluție completă este concepută pentru aplicațiile care necesită livrarea datelor în timp real (cum ar fi, de exemplu, lucrul cu audio și video în timp real).

Schimb la cald

Sistemele bazate pe PCI nu au suport încorporat pentru carduri I/O cu schimbare la cald. Deja după lansarea standardului PCI, a fost dezvoltată o funcție de schimbare la cald a cardurilor de server și a cardurilor PC cu capacități limitate ca o completare. Aceste soluții sunt concepute pentru a satisface cerințele tot mai mari ale serverelor și laptopurilor. În primul rând, este adesea dificil sau imposibil să programați o oprire a serverului pentru a înlocui sau a instala carduri periferice. Dispozitivele I/O interschimbabile la cald minimizează timpul de nefuncționare. În al doilea rând, utilizatorii de laptopuri trebuie să schimbe la cald cardurile care oferă funcționalități I / O, cum ar fi discul mobil și rețea.

PCI Express are suport original pentru periferice I/O cu schimbare la cald. Un singur model de programare poate fi utilizat pentru toți factorii de formă PCI Express.

Integritatea datelor și tratarea erorilor

PCI Express menține integritatea datelor la nivel de legătură pentru toate tipurile de pachete de tranzacții și legături de date. Acest lucru asigură integritatea datelor în tranzit pentru aplicațiile de înaltă disponibilitate, în special pentru cele care rulează pe sisteme server. De asemenea, PCI Express acceptă gestionarea erorilor PCI și utilizează un mecanism îmbunătățit de raportare și tratare a erorilor pentru a extinde capacitățile soluțiilor de izolare și recuperare a erorilor.

Factori de formă PCI Express

Diferiți factori de formă PCI Express au fost proiectați pentru sistemele client, servere și computere laptop. Acestea includ carduri standard și low-profile pentru desktop-uri, stații de lucru și servere, Mini Card pentru laptopuri, ExpressCard pentru laptopuri și desktop-uri și Server I/O Modules (SIOM).

Carduri standard și cu profil redus

Cardurile PCI standard și cu profil redus de astăzi sunt utilizate pe o varietate de platforme, inclusiv servere, stații de lucru și desktop-uri. PCI Express definește, de asemenea, carduri standard și cu profil redus care pot înlocui și coexista cu cardurile PCI vechi. Aceste plăci au aceleași dimensiuni ca și plăcile PCI și au suporturi din spate pentru conexiunile cablurilor externe.

Cardurile PCI și PCI Express diferă prin conectorii I/O - slotul x1 PCI Express are 36 de pini, în timp ce conectorul PCI standard are 120 de pini.

Conectorul x1 PCI Express este mult mai mic decât placa PCI. Există o mică deformare lângă slotul PCI Express care vă împiedică să îl introduceți într-un slot PCI. Factorii de formă standard și cu profil redus acceptă și implementările x4, x8 și x16. În fig. Figura 6 arată dimensiunile conectorilor PCI în comparație cu conectorii PCI, AGP 8X și PCI-X pe care îi vor înlocui pe placa de bază.

Masa 3 enumeră cerințele de compatibilitate pentru cardurile PCI Express standard și cu profil redus. Cardul x1 poate fi folosit în toate cele patru sloturi pentru plăci de bază: x1, x4, x8 și x16. Când o cartelă x1 este introdusă într-un slot cu o viteză mai mare, stratul de legătură reduce viteza de legătură la x1.

Tabelul 3. Compatibilitatea cardului PCI Express

Migrarea la carduri PCI Express

Cardurile de sistem client vor migra treptat de la conectorii PCI la conectorii x1 PCI Express. Stațiile de lucru se vor muta în consecință de la sloturi PCI la x1 PCI Express și de la PCI-X la x4 sloturi PCI Express. Conectorul AGP 8X va fi înlocuit cu un conector PCI Express x16. Spre deosebire de AGP, poate fi folosit pentru alte plăci PCI Express dacă nu este necesară nicio placă grafică PCI Express.

Serverele se vor îndepărta treptat de la conectorii PCI-X la x4 și x8. Utilizarea unei combinații de sloturi PCI Express și PCI / PCI-X în sistemele server va permite clienților să se adapteze la noua tehnologie, păstrând în același timp suportul vechi.

Să ne uităm la un exemplu de sistem client modern tipic și placă verticală PCI Express. Placa de sistem PCI conține cinci sloturi PCI standard și un slot AGP. Placa de bază PCI Express are și șase sloturi I/O, dar doar trei dintre ele sunt sloturi PCI, iar încă două sunt conectori PCI Express x1 și unul este un slot PCI Express x16 care înlocuiește slotul AGP 8X. Conectorii PCI Express de pe placa de bază sunt uneori înnegriți pentru a le distinge de sloturile PCI albe și sloturile maro AGP.

Desigur, primele dispozitive care vor trece la carduri PCI Express vor fi carduri cu cerințe mai mari de lățime de bandă. Pe sistemele client, acestea sunt grafice, IEEE 1394, Gigabit Ethernet și tunere TV, iar pe sistemele server, plăci Ultra320 SCSI RAID, HBA-uri Fibre Channel și plăci Gigabit Ethernet și 10 Gigabit Ethernet. Este de așteptat ca costul acestor plăci să fie comparabil cu prețul unui PCI-X similar și, în unele cazuri, chiar mai mic. Alte plăci vor migra, de asemenea, treptat la PCI Express, dar pot dura câțiva ani până când plăcile cu costuri reduse și cu lățime de bandă redusă (cum ar fi modemurile) încep să utilizeze această tehnologie. Astfel, așa cum a fost cazul în cazul tranziției de la magistrala ISA la PCI, PCI și PCI Express vor coexista mulți ani de acum înainte.

Mini card PCI Express

Cardurile PCI Express Mini vor înlocui Mini PCI, care sunt plăci interne mici, similare ca funcționalitate cu cardurile PCI pentru desktop. Cardurile Mini PCI sunt utilizate în principal pentru funcții de rețea în computerele notebook produse în serie sau personalizate. Dimensiunea unui Mini Card PCI Express este jumătate din dimensiunea unui Mini PCI, ceea ce permite designerilor de laptopuri să ofere spațiu pentru una sau două carduri, în funcție de dimensiunea computerului.

Cardul PCI Express Mini poate utiliza PCI Express și/sau USB 2.0. Slotul PCI Express Mini Card de pe placa de bază trebuie să accepte atât banda PCI Express x1, cât și USB 2.0. Suportul USB 2.0 va ușura tranziția la PCI Express, deoarece producătorii de periferice necesită timp pentru a implementa suportul PCI Express în chipset-urile lor. În perioada de tranziție, cardul PCI Express Mini poate fi conectat cu ușurință utilizând USB 2.0.

ExpressCard

ExpressCard este un mic card suplimentar modular care ar trebui să înlocuiască cardul PC în următorii câțiva ani. Specificația ExpressCard a fost dezvoltată de Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA, http://www.pcmcia.org). Factorul de formă ExpressCard oferă o înlocuire a cardului PC mai mică și rentabilă pentru o performanță mai bună. La fel ca PCI Express Mini Card, modulul ExpressCard acceptă x1 benzi PCI Express și USB 2.0. Costul său scăzut îl face ideal pentru desktop-uri cu factor de formă mai mic. Modulul ExpressCard este, de asemenea, cu putere redusă și conectabil la cald. Cel mai probabil, ExpressCard va fi folosit în plăcile de rețea, hard disk-uri și viitoarele tehnologii I/O.

Modul I/O PCI Express Server

Apariția masivă a modulelor SIOM este așteptată după lansarea celei de-a doua generații PCI Express. PCI Express SIOM oferă un factor de formă care este ușor de instalat și înlocuit. Va fi modular, ceea ce vă va permite să instalați și să întrețineți carduri I/O fără a întrerupe sistemul și fără a deschide carcasa computerului.

SIOM oferă o schimbare mai radicală a factorului de formă decât alte opțiuni PCI Express. Va rezolva multe probleme cu cardurile de server PCI și PCI-X. Designul SIOM face cardurile mai fiabile, ceea ce este deosebit de important în centrele de date. Modulul a fost proiectat, de asemenea, având în vedere ventilația forțată, deoarece serverele puternice tind să genereze căldură ridicată. Aerul de răcire poate curge din spatele, partea de sus sau de jos a modulului. Această flexibilitate oferă designerilor de sisteme mai multă libertate de a evalua opțiunile de răcire pentru sistemele de rack echipate cu SIOM.

SIOM-urile în cel mai mare factor de formă sunt capabile de funcții relativ complexe și utilizează întreaga gamă de benzi PCI Express.

Exemple de sisteme PCI Express

Să luăm în considerare modul în care tehnologia PCI Express poate fi implementată în sistemele client și server. Inițial, legătura PCI Express x16 va înlocui magistrala AGP dintre subsistemul grafic și Northbridge. Opțiunea PCI Express poate înlocui și canalul dintre ambele poduri NMC. Există, de asemenea, mai multe benzi PCI Express de la podul de sud la controlerul de interfață de rețea (NIC), dispozitive IEEE 1394 și alte periferice. Southbridge-ul va continua să accepte sloturi PCI vechi.

Această arhitectură oferă clienților câteva beneficii importante. Sistemele desktop vor fi echipate atât cu magistrale PCI cât și cu PCI Express pentru o lungă perioadă de timp. Serverele PCI Express din prima generație vor avea, de asemenea, sloturi PCI-X pentru cardurile PCI-X vechi. Pentru a simplifica tranziția, este asigurată protecție împotriva introducerii eronate a PCI în sloturile PCI Express și a cardurilor PCI Express în sloturile PCI. În plus, PCI Express permite utilizarea pe scară largă a Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, 1394b și a altor dispozitive de mare viteză în sistemele client. De asemenea, susține cerințele tot mai mari privind lățimea de bandă grafică.

PCI Express poate fi utilizat într-o arhitectură de server cu dublu procesor, simplificând foarte mult sistemul. Canalele PCI Express pentru dispozitive I/O și sloturi se conectează direct la Northbridge. Există mai multe avantaje ale acestei abordări. Prima este lățimea de bandă mare pentru I/O de generație următoare, cum ar fi 10 Gigabit Ethernet și fabrici x4 Infiniband. De exemplu, o bandă x8 PCI Express este capabilă să ofere lățimea de bandă de vârf necesară unui controler cu două porturi de 10 Gbps.

În al doilea rând, costurile de implementare devin mai mici. Mai multe sloturi și I/O la bord pot fi conectate la chipsetul de sistem, ceea ce reduce numărul de cipuri bridge și reduce cerințele de rutare a semnalului pe placa de sistem. În cele din urmă, prin eliminarea utilizării cipului de punte PCI-X, se reduce lag-ul de transfer între dispozitivele I/O și CPU și memorie.

Astfel, tehnologia PCI Express oferă o conexiune serială fiabilă și scalabilă, care este compatibilă cu PCI. La fel ca PCI, acesta va fi utilizat pe o mare varietate de platforme existente, inclusiv servere, laptopuri, desktop-uri și stații de lucru. De asemenea, va permite proiectarea inovatoare a sistemelor informatice modulare.