Чем отличается интерфейс pci express от pci?

Распиновка PCI-Express 4x

Разница между PCI и PCIe

PCI Express — это модернизированная версия более старого стандарта, слота Peripheral Component Interconnect (PCI). Как и PCI, PCI Express — это способ подключения дополнений и обновлений — периферийных устройств, в промышленном плане — к вашему компьютеру. Разница между PCI и PCIe, как говорит «экспресс» часть названия, заключается в том, что PCIe обеспечивает гораздо более быстрое соединение. Старые слоты PCI подходили для таких вещей, как сетевые карты и звуковые платы, но они были слишком медленными для более требовательных устройств, таких как графические карты. Материнская плата PCI должна была предоставлять отдельные слоты расширения для тех, кто использует разные стандарты, такие как порт ускоренной графики или AGP. Наличие двух разных типов слотов расширения не имело практического смысла, и индустрия создала PCIe, чтобы оба типа карт могли использовать один и тот же слот.

Что такое PCI Express

PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express , сокращенно —PCIe илиPCI-e ) — это компьютерная шина, использующая высокопроизводительный протокол последовательной передачи данных. Большинству непосвященных это определение наверняка покажется туманным. Чтобы стало понятней, разберем его более подробно. Компьютерная шина — соединение, служащее для передачи данных между функциональными блоками компьютера. Протокол – в данном случае значит «схема», «алгоритм», «порядок». Последовательная передача данных – понятие более сложное, ему придется уделить больше внимания. Все данные внутри компьютера циркулируют, обрабатываются и хранятся в виде двоичного кода, мельчайшими частичками которого являются биты. Подробнее об этом можно узнать здесь. Передача данных между функциональными блоками компьютера может осуществляться либопараллельным , либопоследовательным способом.

Параллельная передача данных

Параллельный способ подразумевает использование физического соединения из значительного количества проводников. Передача данных осуществляется «порциями», в которых количество битов соответствует количеству проводников в соединении. Каждая такая порция перед передачей как бы «развертывается в пространстве», разделяясь на биты, каждый из которых проходит к принимающему устройству по отдельному проводнику. Таким образом, каждую единицу времени каждый бит двоичного кода передается по отдельному проводу этого соединения, одновременно (параллельно) с другими битами, передающимися по остальным его проводам. Поэтому схема и называется параллельной. Например, компьютерная шина PATA (IDE), которая в домашних компьютерах не так давно была основным способом подключения жестких дисков, состоит из 40 проводников (на изображении ниже). Из них только 16 используются непосредственно для параллельной передачи данных. За каждую передачу (такт) по такой шине проходит 16 битов информации. Частота шины — 33 МГц, то есть каждую секунду происходит 33 млн. передач. Таким образом, максимальная пропускная способность такого соединения равна 528 млн. битов в секунду (16 х 33 млн.), или, если перевести в мегабайты — 66 Мегабайт / с.

Несмотря на простоту, параллельная передача данных изжила себя и уже почти не используется в компьютерной технике. Главные ее недостатки: • высокие затраты на создание каналов (нужно много проводников); • высокая помеховосприимчивость из-за взаимного влияния передаваемых сигналов друг на друга (особенно, на длинные расстояния); • необходимость обеспечения синхронного прохождения данных одновременно по всех проводниках соединения, из-за чего достижение высокой частоты отправки сигналов (частоты шины) является слишком сложной задачей.

Последовательная передача данных

Влиянию указаных выше негативных факторов в значительно меньшей степени подвержены схемы последовательной передачи данных. Сегодня они являются очень распространенными. Все USB-устройства, современные жесткие диски, SSD, видеокарты, сетевые карты и т.д. взаимодействуют с другим оборудованием с использованием последовательной передачи данных. Способ ее реализации в каждом из этих видов устройств, конечно же, отличается, но принцип везде одинаков. Для последовательной схемы не нужно много проводников. Передача данных осуществляется через один коммуникационный канал по одному биту за каждую передачу, последовательно, один за одним (что-то на подобие азбуки Морзе). На первый взгляд, такая схема кажется менее эффективной, чем в случае с параллельной передачей. Но это далеко не так. Высокая скорость здесь достигается за счет огромной частоты передачи данных (несколько миллиардов в секунду). А для устройств, требующих особо высоких скоростей обмена данными, одновременно используется несколько таких каналов (линий). Например, современные игровые видеокарты подключаются к компьютеру через 16 линий PCIe (PCIe x16).

Описание протокола Править

Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое линией (Шаблон:Lang-en — полоса, ряд); это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной двунаправленной шине.

Соединение (Шаблон:Lang-en — связь, соединение) между двумя устройствами PCI Express состоит из одной (x1) или нескольких (x2, x4, x8, x12, x16 и x32) двунаправленных последовательных линий. Каждое устройство должно поддерживать соединение, по крайней мере, с одной линией (x1).

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 линии (например, к слоту x16 можно подвести проводники передачи информации, соответствующие x1 или x8, и всё это будет нормально функционировать; однако при этом необходимо подключить все проводники питания и заземления, необходимые для слота x16).

В обоих случаях на шине PCI Express будет использоваться максимальное количество линий, 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 стандартный слот x1, несмотря на то, что она могла бы работать в слоте x1 с использованием только одной линии. На некоторых материнских платах можно встретить нестандартные слоты x1 и x4, у которых отсутствует крайняя перегородка, таким образом, в них можно устанавливать карты большей длины, чем разъем. При этом не обеспечивается питание и заземление выступающей части карты, что может привести к различным проблемам.

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, гигабитный Ethernet), информация о Шаблон:D- должна быть встроена в передаваемый сигнал. На физическом уровне PCI Express использует метод канального кодирования 8b/10b (8 бит в десяти, избыточность — 20 %) для устранения постоянной составляющей в передаваемом сигнале и для встраивания информации о синхронизации в поток данных. В PCI Express 3.0 используется более экономное кодирование 128b/130b с избыточностью 1,5 %.

Некоторые протоколы (например, SONET/SDH) используют метод, который называется скремблинг (англ. scrambling) для встраивания информации о синхронизации в поток данных и для «размывания» спектра передаваемого сигнала. Спецификация PCI Express также предусматривает функцию скремблинга, но скремблинг PCI Express отличается от такового для SONET.

Распиновка PCI-Express 1x

Улучшенные шлейфовые райзера для видеокарт

В качественных шлейфовых райзерах используют улучшенные экранированные высокопрочные риббонизированные линии передачи данных, которые теоретически обеспечивают скорость обмена на уровне стандарта PCI-E стандарта 3.0.

Защита от электромагнитных помех в них обеспечивается экранировкой осевых проводников для обмена данными специальным проводящим полимером.

Конструктивные особенности одной из разновидностей улучшенного шлейфа для райзеров:

Это позволяет уменьшить затухание сигнала и обеспечить выпуск шлейфовых райзеров длиной от 5 до 60 см (обычно длина шлейфового кабеля составляет 25, 35, 45 и 55 см).

Ширина шлейфа улучшенных райзеров производства китайской компании Bestar составляет 54 мм, толщина – 1,4 мм. Выпускаются следующие модели этих райзеров:

• R12SF- шлейф с разъемами Male/Female PCI-E 1x-4x;
• R11SR- шлейф с разъемами Male/Female PCI-E 1x-4x, гнездо PCI-E 4x повернуто на 90 градусов по отношению к плоскости шлейфа;

R13SF- шлейф с разъемами Male/Female PCI-E 1x-16x.

Улучшенный шлейфовый райзер BESTAR PCI-E 1x-4x с маркировкой R11SF-WP:

Улучшенный шлейфовый райзер PCI-E 16x-16x производства компании ASUS (с повернутым на 90 градусов разъемом для видеокарты):

Стремление улучшить работу видеокарт в майнинг ригах и снизить токовую нагрузку на материнку по цепи питания PCI-E привело к тому, что в райзерах стали добавлять дополнительное питание 12В. Как правило, это два провода, соединенные с контактами линии питания 12 вольт на гнезде PCI-E 16х райзера.

Шлейфовый райзер PCI-E 1x-16x с дополнительным питанием:

Для улучшения качества питания по линии 12 вольт в шлейфовые райзера с доппитанием часто добавляли сглаживающий электролитический конденсатор.

Шлейфовый райзер PCI-E 1x-16x с дополнительным питанием 12 от разъема Molex и сглаживающим конденсатором:

Для защиты от замыкания ножек электролитического конденсатора используется термоклей, который не всегда хорошо держится и часто отлетает. При неаккуратной установке такого райзера можно замкнуть ножки конденсатора, что практически гарантированно сожжет часть материнской платы и видеокарту.

Улучшенный шлейфовый райзер R11SF-WK с дополнительным кабелем питания с разъемом SATA:

Фирма ASRock также выпускала улучшенные райзера BTC Pro kit с шлейфами-кабелями передачи данных стандарта SATA.

Райзера ASRock BTC Pro kit с кабелем передачи данных SATA:

Райзера со шлейфами из-за своих больших геометрических размеров ухудшают циркуляцию воздуха в ригах и качество охлаждения видекарт. Кроме того, плоские неэкранированные шлейфы не обеспечивают качественного прохождения сигнала даже на небольшие расстояния, что приводит к увеличению количества ошибок при обмене между видеокартой и материнской платой. Отсутствие цепей стабилизации дополнительного питания видеокарты через райзер, а также его развязки с материнской платой приводят к частым поломкам видеокарт.

В итоге это привело к практически полному отказу майнеров от использования шлейфовых райзеров.

Единственным достоинством шлейфовых райзеров является их относительная дешевизна. Но это преимущество нивелируется уменьшением надежности работы майнинг ригов, увеличением риска сжечь дорогостоящие карты/материнскую плату из-за несовершенства системы обеспечения дополнительного питания, а также плохими условиями для охлаждения видеокарт, вынесенных от материнской платы большим шлейфом длиной на расстояние всего 30 см.

Современные райзера для передачи данных используют высококачественные кабеля стандарта USB3, а также обеспечивают стабилизированное питание видеокарт по линии 3,3 вольта.

Они состоят из трех компонентов:

• собственно плата райзера с гнездом для установки видеокарты и электронными компонентами системы стабилизации напряжения 3,3 вольта, предохранителями, разъемами и элементами развязки;
• плата-штекер PCI-E 1Х с переходником на кабель USB 3.0;
• удлинитель-кабель передачи данных стандарта USB 3.0 с двумя разъемами Male.

Устройство качественного кабеля USB 3.0:

В тонкий кабель USB невозможно вместить все экранирующие прослойки, либо сигнальные кабеля будут очень тонкими. Поэтому нужно выбирать толстые кабеля стандарта USB 3.0, изготовленные в соответствии со стандартами качества.

Адаптеры питания, которые идут в комплекте с райзерами лучше не использовать, так как лишние разъемы на пути между блоком питания и riser-ом ухудшают прохождение тока и со временем могут стать причиной нестабильной работы рига и даже возгорания в месте плохого контакта;

Обратная совместимость версий PCI-Express 1.0, 2.0 и 3.0

Данный вопрос волнует многих, особенно при выборе видеокарты для текущей системы. Так как довольствуясь системой с материнской платой, которая поддерживает PCI-Express 1.0, возникают сомнения, будет ли корректно работать видеокарта с PCI-Express 2.0 или 3.0? Да, будет, по крайней мере так обещают разработчики, которые обеспечили эту самую совместимость. Единственное то, что видеокарта, не сможет полностью раскрыться во всей красе, но потери производительности, в большинстве случаев, будут незначительны.

С точностью наоборот, можно преспокойно устанавливать видеокарты с интерфейсом PCI-E 1.0, в материнские платы, которые поддерживают PCI-E 3.0 или 2.0, тут вообще ничего не ограничивается, так что будьте спокойны по поводу совместимости. Если, конечно же, с другими факторами все в порядке, к таковым можно отнести недостаточно мощный блок питания и т.д.

В общем, мы довольно подробно поговорили относительно PCI-Express, что позволит вам избавиться от множества неясностей и сомнений по поводу совместимости и понимания различий в версиях PCI-E.

blog comments powered by DISQUS

Когда его можно будет использовать

Как мы упоминали ранее, в Computex 2019 дебютировала PCIe 4.0 с анонсами продуктов от AMD, Corsair и Gigabyte. Intel ничего не сказала о PCIe 4.0 для потребительского оборудования — и даже утверждала, что это не поможет ускорить Ваши игры на ПК — поэтому сейчас PCIe 4.0 — это все о системах AMD.

AMD анонсировала свой чипсет X570 на Computex с поддержкой PCIe 4.0, а производители представили десятки материнских плат X570, включая ASRock, Asus, Gigabyte и MSI. Эти платы X570 не будут дешевыми, и ожидается, что они также будут генерировать большое количество тепла. Почти на каждой плате, от среднего бюджетного геймера до ультра роскошного RGB-оборудованного монстра, были вентиляторы для охлаждения компонентов. Платы более высокого уровня также добавили дополнительные радиаторы, трубы, а в некоторых случаях системы жидкостного охлаждения. Это только для самой платы.

Несколько дней спустя компания выступила на игровой конференции E3 2019 с двумя новыми видеокартами, поддерживающими PCIe 4.0, включая Radeon RX 5700 XT и Radeon RX 5700. Новые карты также были выпущены 7 июля 2019 года.

Стандарты PCI-e передачи

PCI Express 1.0a

В 2003 году представили PCIe 1.0a со скоростью передачи данных 250 МБ / с и скоростью передачи 2,5 гигатрансфера в секунду (GT / s). Скорость передачи выражается в передачах в секунду, а не в битах в секунду, поскольку количество передач включает служебные биты, которые не обеспечивают дополнительной пропускной способности; PCIe 1.x использует схему кодирования 8b / 10b, что приводит к 20% (= 2/10) расходам на исходную полосу пропускания канала.

PCI Express 2.0

Объявили о PCI Express Base 2.0 в 2007 году. Стандарт PCIe 2.0 удваивает скорость передачи данных по сравнению с PCIe 1.0 до 5 ГТ / с, а пропускная способность на полосу увеличивается с 250 МБ / с до 500 МБ. / с. Следовательно, 32-полосный разъем PCIe (× 32) может поддерживать совокупную пропускную способность до 16 ГБ / с. Слоты материнской платы PCIe 2.0 полностью обратно совместимы с картами PCIe v1.x. Карты PCIe 2.0 также обычно обратно совместимы с материнскими платами PCIe 1.x, используя доступную пропускную способность PCI Express 1.1. В целом, графические карты или материнские платы, разработанные для версии 2.0, будут работать с другими версиями 1.1 или 1.0a. Как и 1.x, PCIe 2.0 использует схему кодирования 8b / 10b, поэтому обеспечивает эффективную максимальную скорость передачи 4 Гбит / с для каждой полосы по сравнению со скоростью исходных данных 5 ГТ / с.

PCI Express 2.1

PCI Express 2.1 вышла в 2009 году, она поддерживает большую часть систем управления, поддержки и устранения неполадок, которые запланированы для полной реализации в PCI Express 3.0. Однако скорость такая же, как у PCI Express 2.0. Увеличение мощности из слота нарушает обратную совместимость между картами PCI Express 2.1 и некоторыми старыми материнскими платами с 1.0 / 1.0a, но большинство материнских плат с разъемами PCI Express 1.1 поставляются с обновлением BIOS их производителями через служебные программы для поддержки обратной совместимости карт. с PCIe 2.1.

PCI Express 3.0

Спецификация PCI Express 3.0 стала доступна в конце 2010 года. Новые функции PCI Express 3.0 включают ряд оптимизаций для улучшенной передачи сигналов и целостности данных, включая выравнивание передатчика и приемника, усовершенствования системы ФАПЧ, восстановление тактовых данных и улучшения каналов для поддерживаемых в настоящее время топологии. PCI Express 3.0 обновляет схему кодирования до 128b / 130b по сравнению с предыдущей кодировкой 8b / 10b, уменьшая накладные расходы на полосу пропускания с 20% от PCI Express 2.0 примерно до 1,54% (= 2/130). Это достигается с помощью операции XOR известного двоичного полинома в качестве скремблера к потоку данных в топологии обратной связи. Скорость передачи данных PCI Express 3.0 8 ГТ / с эффективно обеспечивает 985 МБ / с на полосу, что почти вдвое увеличивает пропускную способность полосы пропускания по сравнению с PCI Express 2.0.

PCI Express 4.0

PCI Express 4.0 был анонсирован в 2017 году, обеспечивая скорость передачи данных 16 ГТ / с, что удваивает пропускную способность, обеспечиваемую PCI Express 3.0, при сохранении обратной и прямой совместимости как в программной поддержке, так и в используемом механическом интерфейсе. Спецификации PCI Express 4.0 также включают OCuLink-2, альтернативу разъему Thunderbolt. OCuLink версии 2 будет иметь скорость до 16 Гб / с (всего 8 ГБ / с для 4 полос), а максимальная пропускная способность разъема Thunderbolt 3 составляет 5 ГБ / с. Кроме того, необходимо изучить оптимизацию активной и неактивной мощности.

Нужно ли апгрейдить компьютер ради PCIe 4.0

Как уже говорилось выше, последней из официально вышедших версий PCIe является версия 5.0 (опубликованы официальные спецификации, но на практике она не используется). Самой «свежей» версией из используемых по состоянию на конец 2020 года является PCIe 4.0, и, судя по всему, еще долго будет таковой оставаться. Она вышла в 2017 году, однако внедрена в конкретные устройства лишь недавно, в 2019 году. Ее начала использовать компания AMD в процессорах Ryzen архитектуры Zen 2, а также в видеокартаx Radeon серии RX 5700 / 5500. Несомненно, это значительное достижение AMD, однако, оно пока является лишь заделом на будущее и не дает никаких практических преимуществ перед конкурентами. Компания Intel внедрять PCIe 4.0 в свои процессоры не торопится. Не спешит делать это и компания nVidia, видеокарты которой пока довольствуются PCIe 3.0. Все дело в том, что на современном этапе развития компьютерной техники возможностей PCIe 3.0 вполне достаточно. Превосходство PCIe 4.0 можно увидеть лишь в синтетических тестах. В практических же сценариях необходимости в настолько высоких скоростях обмена данными пока нет. Видеокарты с PCIe 4.0 вполне нормально работают и в системах с PCIe 3.0. Более того, даже в компьютерах с PCIe 2.0 они показывают почти такую же производительность в играх и других приложениях, как в компьютерах с PCIe 4.0. Но продлится это, судя по всему, не долго. Направлением, где в ближайшее время станет реально востребованной PCIe 4.0, являются современные М.2 SSD-накопители, быстродействие которых уже почти «уперлось в потолок » стандарта PCIe 3.0. Затем черед дойдет до видеокарт и другого оборудования. Так что апгрейдить старый компьютер только ради PCIe 4.0 пока нецелесообразно

Однако при покупке нового компьютера, который планируется к использованию достаточно длительнное время, брать во внимание версию PCIe, поддерживаемую его внутренними устройствами, однозначно нужно

Разъёмы[править | править код]

• Кабельные спецификации PCI Express позволяют доводить длину одного соединения до десятков метров, что делает возможным создание ЭВМ, периферийные устройства которой находятся на значительном удалении.

PCI Express X1править | править код

Mini PCI-Eправить | править код

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

Для этого стандарта разъёма выпускается много 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)
• Выводы для индикаторных светодиодов
• Имеет зарезервированные контакты (для будущих устройств)
• Питание 1.5 В и 3.3 В

Файл:MiniPCI and MiniPCI Express cards.jpg

MiniPCI и MiniPCI Express

SSD Mini PCI Expressправить | править код

• PATA
• SATA
• USB
• Питание 3.3 В

ExpressCardправить | править код

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

• Плат SSD накопителей
• Видеокарт
• Контроллеров 1394/FireWire (iLINK)
• Док-станций
• Измерительных приборов
• Памяти
• Адаптеров карт памяти (CF, MS, SD, xD, и т. д.)
• Мышей
• Сетевых адаптеров
• Параллельных портов
• Адаптеров PC Card/PCMCIA
• Расширения PCI
• Расширения PCI Express
• Дистанционного управления
• Контроллеров SATA
• Последовательных портов
• Адаптеров SmartCard
• ТВ-тюнеров
• Контроллеров USB
• Беспроводных сетевых адаптеров Wi-Fi
• Беспроводных широкополосных интернет-адаптеров (3G, CDMA, EVDO, GPRS, UMTS, и т. д.)
• Звуковых карт для домашнего мультимедиа и профессиональных аудиоинтерфейсов.