Шины PCI-Express

1. Шины PCI-Express

2. Что такое шина PCI-Express

• PCI Express, или PCIe, или PCI-E (также
известная как 3GIO for 3rd Generation I/O;
не путать с PCI-X и PXI) — компьютерная
шина (хотя на физическом уровне шиной не
является, будучи соединением типа «точкаточка»), использующая программную
модель шины PCI и
высокопроизводительный
физический протокол, основанный на
последовательной передаче данных.

3. Как выглядит шина PCI-Express

4. Новые возможности

• Горячее подключение устройств;
• Гарантированная скорость обмена
данными;
• Управление потреблением энергии;
• Контроль целостности передаваемой
информации;

5. Как работает шина PCI-Express

6. Пропускная способность

В одну/обе стороны в Гбит/с
Количество линий
x1
x2
x4
x8
x12
x16
x32
PCIe 1.0
2/4
4/8
8/16
16/32
24/48
32/64
64/128
PCIe 2.0
4/8
8/16
16/32
32/64
48/96
64/128
128/256
PCIe 3.0
8/16
16/32
32/64
64/128
96/192
128/256
256/512
PCIe 4.0
16/32
32/64
64/128
128/256
192/384
256/512
512/1024

7. Канал PCI-Express

8. Пример системы на основе PCI Express

9. Обзор уровней PCI Express

10. Структура пакета для каждого уровня

11. Конфигурационное пространство

12. PCI-совместимый механизм доступа

Механизм доступа в конфигурационное
пространство PCI Express, совместимый с PCI,
поддерживает программную модель
конфигурационного пространства PCI в
соответствии со спецификацией PCI 2.3.

13. Расширенный конфигурационный механизм доступа PCI Express

14. PCI-совместимые конфигурационные регистры

15. Модель прерываний PCI Express

Модель прерываний PCI Express
поддерживает два механизма:
• эмуляцию INTx;
• поддержку сообщения о прерывании,
иначе MSI (Message Signaled Interrupt).

16. Разъемы

• MiniCard (Mini PCIe)
• ExpressCard
• AdvancedTCA
• Mobile PCI Express Module (MXM)
• Кабельные спецификации PCI
Express
• StackPC

17. Mini PCIe

Mini PCI Express — формат шины PCI Express
для портативных устройств.
Для этого стандарта разъёма выпускается
масса периферийных устройств:
WiFi карты
WiMax карты
GSM модемы
GPS приёмники
SSD накопители — Использует нестандартную
распиновку разъёма Mini PCI-E (SSD Mini PCI
Express)
Контроллеры USB (2.0 или 3.0), SATA (I, II или
III)
Контроллер COM-портов (RS232)
SMBus
Выводы для индикаторных светодиодов
Выводы подключения СИМ карт (для GSM
WCDMA)[1]
Имеет зарезервированные контакты (для
будущих устройств)
Питание 1.5 В и 3.3 В

18. SSD Mini PCI Express

PATA
SATA
USB
Питание 3.3 В

19. ExpressCard

Слоты ExpressCard на настоящее время (Ноябрь 2010)
применяются для подключения:[2]
Плат SSD накопителей
Контроллеров 1394/FireWire (iLINK)
Док-станций
Измерительных приборов
Памяти
Адаптеров карт памяти (CF, MS, SD, xD, и т. д.)
Мышей
Сетевых адаптеров
Параллельных портов
Адаптеров PC Card/PCMCIA
Расширения PCI
Расширения PCI Express
Дистанционного управления
Контроллеров SATA
Последовательных портов
Адаптеров SmartCard
ТВ-тюнеров
Контроллеров USB
Беспроводных сетевых адаптеров Wi-Fi
Беспроводных широкополосных интернет-адаптеров
(3G, CDMA, EVDO, GPRS, UMTS, и т. д.)
Звуковых карт для домашнего мультимедиа и
профессиональных аудио-интерфейсов.

20. PCI-Express - переход

Для облегчения перехода предусмотрен механизм совместимости с
программным обеспечением, написанным для PCI (драйверы устройств,
OS). Кроме того, разъемы PCI Express в отличие от PCI расположены на
другой стороне отведенной для карты расширения секции, т.е. могут
сосуществовать на одном месте с PCI разъемами. Пользователю
останется только выбирать какую карту он хочет вставить. В первую
очередь появление PCI Express ожидается в начальных серверных
(двухпроцессорных) платформах Intel в первой половине 2004 года,
затем в настольных платформах класса «Энтузиаст» и рабочих станциях
(в том же году). Насколько быстро PCI Express будет поддержана другими
производителями чипсетов не ясно, однако и NVIDIA и SIS отвечают на
вопрос утвердительно, хотя и не называют конкретные сроки. Уже давно
запланированы и готовятся к выходу в первой половине 2004 года
графические решения (ускорители) от NVIDIA и ATI, снабженные
встроенной поддержкой PCI Express х16. Множество других
производителей являются активными участниками разработки и
тестирования PCI Express и также намерены представить свои продукты
до конца 2004 года.

21. PCI Express 2.0

Основные нововведения в PCI Express 2.0:
• Увеличенная пропускная способность. Спецификация PCI Express 2.0 определяет
максимальную пропускную способность одной линии в 500 МБ/с, или 5 ГТ/с
(Гигатранзакций/с), при этом сохранена совместимость с PCI Express 1.x. Внесены
усовершенствования в протокол передачи между устройствами и программную модель.
Таким образом, плата расширения, поддерживающая стандарт PCIE 1.x может работать,
будучи установленной в слот PCIE 2.0. Устройства же с интерфейсом PCI Express 2.0 смогут
работать в материнских платах, оснащённых слотом PCI Express x16 поколения PCI Express 1.x,
но только на скорости 2,5 ГТ/с, так как старые чипсеты не могут поддерживать удвоенную
скорость передачи данных.
• Динамическое управление скоростью (для управления скоростью работы связи).
• Оповещение о пропускной способности (для оповещения ПО об изменениях скорости и
ширины шины).
• Расширения структуры возможностей[уточнить] — 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 (англ.PCI funcs)
внутри устройства (англ. PCI device).
• Переопределение предела по мощности (для переопределения лимита мощности слота при
присоединении устройств, потребляющих бо́ льшую мощность).

22. PCI Express 3.0

В ноябре 2010 года были утверждены спецификации версии PCI Express 3.0.
Интерфейс обладает скоростью передачи данных 8 GT/s(Гигатранзакций/с). Но,
несмотря на это, его реальная пропускная способность всё равно была увеличена
вдвое по сравнению со стандартом PCI Express 2.0. Этого удалось достигнуть
благодаря более агрессивной схеме кодирования 128b/130b, когда 128 бит
данных, пересылаемых по шине, кодируются 130 битами. При этом сохранилась
полная совместимость с предыдущими версиями PCI Express. Карты PCI Express
1.x и 2.x будут работать в разъёме 3.0 и наоборот карта PCI Express 3.0 будет
работать в разъёмах 1.х и 2.х. По данным PCI-SIG, первые тесты PCI Express 3.0
начались в 2011 году, средства для проверки совместимости для партнеров
появились лишь в середине 2011-го, а реальные устройства ― только в 2012-м.
Компания MSI стала первым в мире производителем, выпустившим материнскую
плату с поддержкой стандарта PCI Express 3.0.
Летом 2011 года Gigabyte официально представила материнскую плату G1.Sniper
2, построенную на чипсете Intel Z68 и поддерживающую интерфейс PCI Express
3.0.

23. PCI Express 4.0

PCI Special Interest Group (PCI SIG) заявила, что
PCI Express 4.0 может быть стандартизирован
до конца 2015 года. Ожидается, он будет
иметь пропускную способность 16 GT/s или
более, то есть будет в два раза быстрее PCIe
3.0.

24. Примеры PCI-Express устройств

Видеокарта GIGABYTE GeForce GTX 770

25. Примеры PCI-Express устройств

Звуковая карта SUS Xonar DX

26. Примеры PCI-Express устройств

SSD накопитель OCZ Z-Drive R4 Enterprise