Шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus)
Итак, переходим к самому интересному. Что же находится на сегодняшний день внутри большинства наших компьютеров? Естественно, шина PCI. Другой вопрос, почему именно эта шина. Попробуем разобраться.
Итак, разработка шины PCI началась весной 1991 года как внутренний проект корпорации Intel (Release 0.1). Специалисты компании поставили перед собой цель разработать недорогое решение, которое бы позволило полностью реализовать возможности нового поколения процессоров 486/Pentium/P6 (вот уже половина ответа). Особенно подчеркивалось, что разработка проводилась «с нуля», а не была попыткой установки новых «заплат» на существующие решения. В результате шина PCI появилась в июне 1992 года (R1.0). Разработчики Intel отказались от использования шины процессора и ввели еще одну «антресольную» (mezzanine) шину.
Благодаря такому решению шина получилась, во-первых, процессоро-независимой (в отличие от VLbus), а во-вторых, могла работать параллельно с шиной процессора, не обращаясь к ней за запросами. Например, процессор работает себе с кэшем или системной памятью, а в это время по сети на винчестер пишется информация. Просто здорово! На самом деле идиллии, конечно, не получается, но загрузка шины процессора снижается здорово. Кроме того, стандарт шины был объявлен открытым и передан PCI Special Interest Group, которая продолжила работу по совершенствованию шины (в настоящее время доступен R2.1), и в этом, пожалуй, вторая половина ответа на вопрос «почему PCI?»
- Синхронный 32-х или 64-х разрядный обмен данными (правда, насколько мне известно, 64-разрядная шина в настоящее время используется только в Alpha-системах и серверах на базе процессоров Intel Xeon, но, в принципе, за ней будущее). При этом для уменьшения числа контактов (и стоимости) используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же линиям.
- Поддержка 5V и 3.3V логики. Разъемы для 5 и 3.3V плат различаются расположением ключей
- 132 МВ/сек при 32-bit/33MHz;
- 264 MB/сек при 32-bit/66MHz;
- 264 MB/сек при 64-bit/33MHz;
- 528 МВ/сек при 64-bit/66MHz.
При разработке шины в ее архитектуру были заложены передовые технические решения, позволяющие повысить пропускную способность.
Шина поддерживает метод передачи данных, называемый «linear burst» (метод линейных пакетов). Этот метод предполагает, что пакет информации считывается (или записывается) «одним куском», то есть адрес автоматически увеличивается для следующего байта. Естественным образом при этом увеличивается скорость передачи собственно данных за счет уменьшения числа передаваемых адресов.
Шина PCI является той черепахой, на которой стоят слоны, поддерживающие «Землю» — архитектуру Microsoft/Intel Plug and Play (PnP) PC architecture. Спецификация шины PCI определяет три типа ресурсов: два обычных (диапазон памяти и диапазон ввода/вывода, как их называет компания Microsoft) и configuration space — «конфигурационное пространство».
- заголовка, независимого от устройства (device-independent header region);
- региона, определяемого типом устройства (header-type region);
- региона, определяемого пользователем (user-defined region).
В заголовке содержится информация о производителе и типе устройства — поле Class Code (сетевой адаптер, контроллер диска, мультимедиа и т.д.) и прочая служебная информация.
Следующий регион содержит регистры диапазонов памяти и ввода/вывода, которые позволяют динамически выделять устройству область системной памяти и адресного пространства. В зависимости от реализации системы конфигурация устройств производится либо BIOS (при выполнении POST — power-on self test), либо программно. Базовый регистр expansion ROM аналогично позволяет отображать ROM устройства в системную память. Поле CIS (Card Information Structure) pointer используется картами cardbus (PCMCIA R3.0). С Subsystem vendor/Subsystem ID все понятно, а последние 4 байта региона используются для определения прерывания и времени запроса/владения.
Коротко про PCI разъём и различиях с PCIe и AGP
Привет всем, кого интересует то, что такое PCI разъём. Думаю, таких много, потому что этот стандарт используется до сих пор. Несмотря на выход современных аналогов. Если ваш компьютер уже не молод, скорее всего, вы тоже имеете дело с PCI.
Эта статья поможет вам разобраться в его особенностях и отличиях от модификации «Express», о которой, быть может, вы слышали, так как она сейчас широко распространена.
Знакомство с термином
Упомянутая выше аббревиатура расшифровывается как Peripheral component interconnect, что в дословном переводе с английского означает взаимосвязь периферийных компонентов. Хоть это словосочетание не отображает физическое воплощение PCI, все же выбрано не безосновательно.
Как вы понимаете, «мозг» компьютера включает в себя разные устройства (аудио- , видео- , сетевую плату и пр.), т. н. периферийные компоненты. Большинство из них подсоединятся к материнской плате.
Для взаимосвязи между девайсами и материнской используются специальные электронные магистрали, проще говоря, шины. Таковой как раз и является PCI. На деле это длинный слот расширения, расположенный на материнке, куда может вставляться видеокарта, оперативная память и пр.
О контроллере
Есть еще такое понятие как PCI-контроллер Simple communications или Management Engine Interface. Он обеспечивает взаимодействие драйверов установленных на компе программ и дров материнки. Иногда после переустановки системы в Диспетчере устройств рядом с этим пунктом загорается желтый треугольник.
В этом случае следует скачать драйвера на официальном сайте Intel или другом надежном ресурсе и установить их. Ведь данный интерфейс контролирует температуру, вращение кулеров, режимы сна и пр.
История
За создание и поддержку интерфейса отвечает предприятие PCI Special Interest Group. Оно основанно в 1992 году под началом корпорации Intel. Тогда же вышел в свет первый его вариант, выпущенный специально для реализации функционала процессоров Pentium, Pentium Pro и 486.
В следующем году появилась следующая модель 2.0. А еще через 3 года — 2.1, которая была на пике популярности. Правда, через 2 года компьютерная графика вышла на новый уровень, и PCI перестала отвечать его требованиям. Тогда видеокарты стали подключать через новый на тот момент разъем AGP.
Тем не менее, рассматриваемый нами PCI разъём не утрачивал своих позиций вплоть до 2005 года. За это время вышло множество его поколений. Но не думаю, что вы хотите забивать ими голову. Тем более что для рядового пользователя отличия между ними незначительны или непонятны.
Характеристики PCI
Основные параметры порта, о которых стоит знать:
- Частота — 33,33 или 66,66 мегагерц, пересылка информации осуществляется синхронно;
- Разрядность — как обычно, 32 либо 64 бита;
- Адресное пространство памяти и портов ввода-вывода одинаковое — 4 байта (32 бита);
- Другое пространство адресов (конфигурационное) в расчете на 1 функцию составляет 256 байт;
- Максимальная скорость модели на 32 бита и 33 МГц составляет 133 мегабайта за секунду;
- Напряжение — 3,3 или 5 Вольт;
- Имеется функция Multiply bus master, то есть несколько контроллеров винчестеров могут действовать на одной шине сразу.
Разница с PCI-Express
Это современная модификация предшественника. В ее основе лежит программная модель PCI, однако существенно повышена производительность. Большинство устройств в настоящее время выпускаются именно с этим интерфейсом.
Первое отличие между ними состоит в том, что устаревший вариант — параллельный, а новый — последовательный. Это значит, что во втором случае действует двунаправленное соединение, которое может включать в себя несколько линий (от x1 до x32). Чем их больше, тем выше скорость работы.
Как бы там ни было, пропускная способность современной шины будет выше, чем у устаревшего собрата. Для сравнения: у PCI с частотой 66 МГц она составляет 266 Мб/с, а у PCI-E 3-го поколения на 16 линий — 32 Гб/с.
Теперь вам известны основные аспекты про PCI разъём.
Советую не останавливаться на этой информации и получить новые знания из других статей нашего блога.
История PCI — на пути к светлому будущему накопителей
Современная революция систем хранения данных невозможна без развития интерфейсов, с помощью которых диски подключаются к системе. Одним из главных «героев» этого фронта сейчас является шина PCI Express. Скоростные накопители в наше время работают с интерфейсом PCIe Gen2 x4, обеспечивая скорость до 20 Гб/с, но так было далеко не всегда.
Началом современных «шин» в персональных компьютерах стоит считать 1982 год. В недрах IBM был рожден новый компьютер, одной из отличительных особенностей которого была открытость его архитектуры. Компьютер получил название PC, а общался с внешним миром он по совершенно новому интерфейсу, который был назван Industry Standard Architecture или ISA. Данная шина умела работать с 8-битными данными на частоте 4.77 МГц, позже появились 16 и 32 битные варианты, работающие с еще более высокой частотой. Очень простая схема этого интерфейса дала толчок развитию массы внешних плат расширения, и, можно сказать, что именно открытый протокол внешней шины стал одной из главных причин успеха новой на тот момент архитектуры.
Неудивительно, что ISA очень долго сохраняла свою популярность, и даже сейчас, за весьма большие деньги продаются материнские платы с поддержкой этой шины — по ней подключается слишком много незаменимых устройств.
На основании ISA был разработан ряд производных интерфейсов, начиная с PCMCIA и заканчивая ATA (по сути — упрощенное подмножество интерфейса ISA). Разрабатывались ускоренные варианты шины: EISA (32 бита, 8 МГц) и VESA Local Bus (использовалась для подключения видоадаптера).
Со временем, IBM утратили лидирующую роль в разработке PC, поэтому над следующим поколением интерфейсов уже работали инженеры компании Intel. В самом начале 90-х гг… был разработан новый стандарт, получивший название Peripheral Component Interconnect или PCI. В 1992 году свет увидел первый стандарт PCI, тогда же была создана PCI Special Interest Group — организация, занимающаяся разработкой и продвижением данного стандарта. Стандарт был объявлен открытым, поэтому любой желающий мог разрабатывать PCI-устройства без выплаты отчислений.
Первая версия шины поддерживала 32 и 64 бита, работала на частоте 33 мегагерца и в теории обеспечивала скорость до 133 Мб/с (на практике около 80 Мб/с).
Начав свое победное шествие с рынка серверов, новый стандарт не сразу завоевал настольные ПК. Одним из пионеров его использования была компания Apple, отказавшаяся от интерфейса NuBus в своих продуктах 95-96 годах.
Максимальная популярность к новому интерфейсу пришла в 1995 году с появлением версии 2.1 (так же названной «параллельная шина PCI»). Данная ревизия подразумевала работу с частотой 66 МГц и максимальную скорость передачи в 533 Мбайт/с (для 64-битного варианта). Появились реализации PCI для платформ с процессорами Alpha, MIPS, PowerPC, SPARC и т.д.
Кстати, одним из главных нововведений PCI стала возможность автоматического конфигурирования параметров устройства, эту технологию в Intel назвали Plug-n-Play, а благодаря «стабильной» реализации ее программной поддержки в продуктах Microsoft, эта технология стала объектом множества шуток и анекдотов.
Попыткой экстенсивного развития технологии можно считать шину PCI-X, в основном использовавшуюся в серверах. Первая версия данного стандарта работала с частотой 100 и 133 МГц, а также вводила механизм раздельных транзакций для оптимизации работы нескольких карт. Сейчас иногда используется шина PCI-X 2.0, обеспечивающая работу на частотах в 266 и 533 МГц.
В 2004 году свет увидел новый стандарт, в котором были учтены все проблемы PCI. Новая шина получила название PCI Express или просто PCIe (главное — не путать ее с PCI-X). Новая технология предложила массу интересных решений.
— для передаваемых данных осуществляется контроль целостности
— QoS обеспечивает для подключенных устройств гарантированную полосу пропускания
— есть управление питанием подключенных устройств и возможность их горячей замены
Главное же отличие состоит в том, что PCIe использует не «шинную» топологию а «звезду», то есть каждое устройство связанно с коммутатором отдельной линией.
Пропускная способность односвязной PCIe первой версии составляла 4 Гбит/с в обе стороны. Максимальная скорость в стандарте PCIe 4 версии (находится в разработке и планируется к выходу в 2015 году) достигает 1024 Гбит/с. Как видите, по этому параметру PCIe обладает хорошим запасом, хотя расслабляться не приходится, конкуренты не дремлют.
Недавно Джереми Вернер (Jeremy Werner), один из старших директоров подразделения флэш-технологий (SandForce) в LSI дал очень интересное интервью, касающееся PCIe и SSD. В полном виде вы можете ознакомиться с ним на английском, я же вкратце перескажу одну мысль, которая мне показалась особенно интересной:
Максимальная скорость современного интерфейса SATA составляет 6 Гбит/с, при этом SATA является полудуплексным, то есть не умеет одновременно передавать и принимать данные. Не так редко встречающийся PCIe 2 поколения с 4 линиями передачи данных обеспечивает скорость до 20 ГБит/с в полнодуплексном режиме. Фактически, PCIe получается где-то в 7 раз быстрее. Но традиционные жесткие диски просто не нуждаются в таких скоростях передачи данных. Только SSD сейчас могут обеспечивать скорость, достаточную для полноценного использования высокоскоростных интерфейсов.
Сочетание интерфейсов типа M.2 и высокоскоростных флэш-накопителей, похоже, приближает будущее, в котором дисковая подсистема перестанет быть самым узким местом в ПК. Ярким примером могут послужить компьютеры Apple — компания как игрок премиум сегмента может себе позволить эксперименты с новыми решениями, и они оказываются очень удачны с точки зрения производительности. Но в силу дешевизны, традиционные жесткие диски и SATA-интерфейс еще не думают сдаваться так просто, поэтому тотального наступления светлого будущего придется немного подождать.
PCI / PCI Express
PCI – (англ. Peripheral component interconnect, дословный перевод — взаимосвязь периферийных компонентов) – это 32 или 64-разрядная шина ввода/вывода для подключения к материнской плате периферийных устройств. Шина PCI была впервые представлена компанией Intel в 1992 году.
PCI Express или PCIe или PCI-E (также известна 3GIO) – это компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI, а также высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных. PCI Express предназначен для замены PCI и AGP и доступен в нескольких различных форматах: x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32. Впервые спецификация PCIe появилась в июле 2002 года. Слоты PCIe на сегодняшний день (2013 год) являются стандартными и расположены на большинстве современных компьютерах. Ниже приведен пример PCI (белые) и PCI Express (желтые) слотов на материнской плате.
На еще одном изображении ниже, показана современная материнская плата с PCI Express слотами.