Шина PCI Express (PCIe, PCI-e)
Информационные технологии для экспертов
Логин: Пароль:
Войти через:
Войти как пользователь
Вы можете войти на сайт, если вы зарегистрированы на одном из этих сервисов:


Справочник "Шины компьютера"     версия для печати

 
PC4XP / Справочник "Шины компьютера" / Шина PCI Express (PCIe, PCI-e)

Шина PCI Express (PCIe, PCI-e)

материал № 11237

Год появления:
2003
Назначение:
- Для плат расширения
- Для накопителей информации
Тип:
последовательная
Поддержка "горячей" замены устройств:
да
Версии шины:
Частота шины (МГц):
н.д.
Напряжение питания (В):
н.д.
Разрядность шины (бит):
н.д.
Пиковая пропускная способность (Мбайт/сек):
н.д.
Поддерживаемые разъемы:

Определение и назначение

PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express) (официальные сокращения: PCIe или PCI-e) - это стандарт универсальной высокоскоростной последовательной шины расширения компьютера, разработанный для замены старых стандартов шин PCI, PCI-X и AGP. Спецификации форматов поддерживаются и разрабатываются PCI-SIG (PCI Special Interest Group), группой из более чем 900 компаний, которые также поддерживают стандартные спецификации PCI.

Интерфейс предназначается для подключения к компьютеру широкого спектра устройств: видеокарт, контроллеров накопителей информации, сетевых, периферийных устройств. Распространен как в настольных, так и в мобильных компьютерах.


Описание

Возможности шины PCIe, по сравнению с шинами PCI, PCI-X, AGP:

- высокая максимальная пропускная способность,
- меньшее количество контактов ввода-вывода и меньшая физическую площадь,
- лучшее масштабирование производительности для шинных устройств,
- более подробный механизм обнаружения ошибок и отчетности (Advanced Error Reporting, AER),
- возможность горячей замены,
- аппаратная виртуализации ввода-вывода (в более поздних версиях).

= Отличия архитектур PCIe и PCI =

PCIe PCI
Тип шины Последовательная Параллельная
Архитектура

Используется топология типа «точка-точка» с отдельными последовательными каналами, соединяющими каждое устройство с корневым комплексом (хостом). Архитектурно PCIe напоминает собой компьютерную сеть с топологией типа "звезда".

Передаваемые данные инкапсулируются в пакеты.

Использует архитектуру общей параллельной шины, в которой хост PCI и все устройства совместно используют общий набор адресов, данных и линий управления. Такая организация взаимодействия и характеризует PCI, как классическую шину.

Данные не пакетируются а передаются побитово.

Одновременная работа нескольких устройств. Скорость работы

Поддерживается полнодуплексная связь между любыми двумя конечными точками без ограничений на одновременный доступ.

Одновременно могут передавать данные несколько устройств без каких-либо задержек.

В последовательной шине не бывает временного сдвига, потому что существует только один дифференциальный сигнал в каждом направлении в каждой полосе, и нет внешнего синхросигнала, поскольку информация синхронизации встроена в сам последовательный сигнал.

В случае наличия нескольких устройств на одной шине, передача данных по шине одновременно возможна только для одного устройства.

Схема синхронизации PCI ограничивает тактовую частоту шины самым медленным периферийным устройством на шине (независимо от устройств, участвующих в транзакции шины).

Необходимость синхронизации возникает из-за того, что отдельные электрические сигналы в параллельном интерфейсе проходят через проводники разной длины и с разными скоростями сигнала. Несмотря на то, что сигналы на параллельном интерфейсе передаются одновременно как одно слово, они имеют разную продолжительность прохождения и достигают места назначения в разное время. Когда тактовый период интерфейса короче, чем самая большая разница во времени между поступлениями сигнала, восстановление переданного слова больше невозможно. Поскольку временной сдвиг по параллельной шине может составлять несколько наносекунд, результирующее ограничение полосы пропускания находится в диапазоне сотен мегагерц.

= Пропускная способность шины PCIe различных версий =

Версия Год утверждения стандарта Способ кодирования битов Пропускная способность на 1 канал всех битов (Гбит/сек) Максимальная теоретическая пропускная способность в зависимости от количества линий (Гбайт/сек).
x1 x2 x4 x8 x16
1.0 2003 8b/10b 2.5 0.5 1.0 2.0 4.0 8.0
2.0 2007 8b/10b 5 1 2 4 8 16
3.0 2010 128b/130b 8 2 4 8 16 32
4.0 2017 128b/130b 16 4 8 16 32 64
5.0 2019 128b/130b 32 8 16 32 64 128
6.0 2021 128b/130b + PAM-4 + ECC 64 16 32 64 128 256
7.0 2022(анонсирован) 128b/130b + PAM-4 + ECC 128 32 64 128 256 512

- весь канал передачи данных шины PCIe разделяется на полосы, между которыми распределяются передаваемые пакеты с данными. Количество полос может составлять от 1 до 32 на разъем. Суммарно же количество полос, которое предоставляет контроллер шины может составлять от 40 и выше. Количество полос автоматически согласовывается во время инициализации устройства и может быть ограничено любой конечной точкой. Например, однополосная карта PCI Express (x1) может быть вставлена в многополосный слот (x4, x8 и т. Д.), И цикл инициализации автоматически согласовывает максимальное количество взаимно поддерживаемых полос. Канал может динамически понижать свою конфигурацию для использования меньшего количества полос, обеспечивая отказоустойчивость в случае наличия плохих или ненадежных полос. Стандартом PCI Express определены следующие ширины каналов: x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32. 32-полосные разъемы встречаются крайне редко и, как правило, в серверных системах.

- межсоединение (интерконнект), или канал. Это логическое соединение, через которое устройства PCI Express обмениваются друг с другом данными. Представляет собой канал связи типа "точка-точка" между двумя портами PCI Express. На физическом уровне канал представляет собой одну или несколько полос. Все устройства должны поддерживать как минимум однополосное (x1) соединение.

- полоса канала. Физически одна полоса состоит из двух пар проводников, одна из которых предназначена для передачи данных, а другая - для приема. Таким образом, каждая полоса является полнодуплексной.

- взаимосовместимость разъемов PCIe с разным количеством полос. Карта PCIe физически подходит и работает правильно в любом слоте PCIe, размер которого не меньше размера карты (например, карта PCIe x1 работает в одноименном слоте любого размера).


= модель передачи данных PCIe =

По аналогии с эталонной моделью передачи данных OSI, PCIe имеет собственную модель, которая состоит из следующих уровней:


1. Физический уровень (physical layer). Подразделяется на логический и электрический подуровни (logical and electrical sublayers) и содержит подуровень физического кодирования потока битов (physical coding sublayer (PCS)). Как и в случае с другими протоколами последовательной передачи с высокой скоростью передачи данных, тактовый сигнал идет вместе с данными. На физическом уровне PCI Express версии 2.0 использует схему кодирования 8b/10b битового потока (линейный код), чтобы ограничить длину повторяющихся нулей или единиц для предотвращения потери данных. В этой схеме кодирования каждые восемь (некодированных) битов полезной нагрузки данных заменяются 10 (закодированными) битами передаваемых данных, что увеличивает трафик на 20%. Начиная с версии 3.0 вместо 8b/10b применяют метод 128b/130b со скремблированием, который является более эффективным.

2. Канальный уровень (data link layer). Является уровнем, обеспечивающим гарантированную доставку данных.

Содержит в себе также подуровень доступа к среде (media access control (MAC)). Упорядочивает пакеты уровня транзакции (TLP), которые генерируются им. На передающей стороне канальный уровень снабжает каждый передаваемый пакет уникальным идентификатором и добавляет в него код избыточности (Link CRC или LCRC) для возможности восстановления поврежденных данных. Получатель пакетов на канальном уровне проверяет LCRC и их порядковые номера. Если проверка LCRC завершается неудачно (что указывает на ошибку данных), или порядковый номер выходит за пределы допустимого диапазона, то неверный TLP, а также любые TLP, полученные после неправильного TLP, считаются недействительными и отбрасываются. Получатель отправляет сообщение отрицательного подтверждения (NAK) с порядковым номером недопустимого TLP, запрашивая повторную передачу всех TLP, предшествующих этому порядковому номеру. Если полученный TLP проходит проверку LCRC и имеет правильный порядковый номер, он считается действительным.

Если передатчик принимает сообщение NAK или подтверждение (NAK или ACK) не получено до истечения периода тайм-аута, передатчик должен повторно передать все TLP, для которых отсутствует положительное подтверждение (ACK). Количество TLP, которые хранятся в буфере отправителя до тех пор, пока на них не придет подтверждение получения/неполучения, ограниченно самим буфером.


3. Уровень транзакций (transaction layer). На этом уровне PCI Express реализует разделенные транзакции (транзакции с запросом и ответом, разделенные по времени), позволяя каналу передавать другой трафик, в то время как целевое устройство собирает данные для ответа.

PCI Express использует управление потоком на основе кредита. В этой схеме устройство объявляет начальную сумму кредита для каждого полученного буфера на своем уровне транзакции. Устройство на противоположном конце ссылки при отправке транзакций на это устройство подсчитывает количество кредитов, которые каждый TLP потребляет со своей учетной записи. Передающее устройство может передавать TLP только в том случае, если при этом количество использованных кредитов не превышает его кредитный лимит. Когда принимающее устройство завершает обработку TLP из своего буфера, оно сигнализирует о возврате кредитов отправляющему устройству, что увеличивает лимит кредита на восстановленную сумму. Преимущество этой схемы (по сравнению с другими методами, такими как состояния ожидания или протоколы передачи на основе рукопожатия) заключается в том, что задержка возврата кредита не влияет на производительность при условии, что предел кредита не исчерпан. Как правило, предел кредита не превышается, если каждому устройству назначен адекватный размер буфера.


Краткое описание и внешний вид всех разъемов

Разъем PCIe x1 >>>>>

Фнукционал: передача данных + питание | Расположение: внутренний

Описание: Разъем предназначен для подключения разнообразных плат расширения. Обладает наименьшей пропускной способностью среди остальных разъемов.

Разъем PCIe x4 >>>>>

Фнукционал: передача данных + питание | Расположение: внутренний

Описание: Разъем предназначен для подключения разнообразных плат расширения.

Разъем PCIe x8 >>>>>

Фнукционал: передача данных + питание | Расположение: внутренний

Описание: Разъем предназначен для подключения разнообразных плат расширения.

Разъем PCIe x16 >>>>>

Фнукционал: передача данных + питание | Расположение: внутренний

Описание: Разъем предназначен для подключения разнообразных плат расширения, требующих высокую скорость обмена данными. Это видеокарты, контроллеры, сетевые карты.

Разъем PCIe x32 >>>>>

Фнукционал: передача данных + питание | Расположение: внутренний

Описание: Разъем предназначен для подключения разнообразных плат расширения, требующих высокую скорость обмена данными. Встречается в серверных системах.

Разъем Mini PCI Express (Mini PCIe, Mini PCI-E, mPCIe, PEM) >>>>>

Фнукционал: передача данных + питание | Расположение: внутренний

Описание: Разъем Mini PCI Express не совместим механически с полноразмерными разъемами PCIe, но полностью совместим электрически. Специальные пассивные адаптеры реализуют эту совместимость. К разъему можно подключить устройства с поддержкой не только шины PCIe, но и USB 2.0.

Разъем M.2 (NGFF) [B key] >>>>>

Фнукционал: передача данных + питание | Расположение: внутренний

Описание: Разъем поддерживает несколько шин: PCIe x2 / SATA / USB 2.0 / USB 3.0 / HSIC / SSIC / Audio / UIM / I2C. Применяется в самых разнообразных устройствах, поддерживающих вышеуказанные шины.

Разъем M.2 (NGFF) [M key] >>>>>

Фнукционал: передача данных + питание | Расположение: внутренний

Описание: Поддерживаемые шины: PCIe x4 / SATA. Данный разъем используется преимущественно в скоростных и компактных твердотельных накопителях (SSD NVMe).

Разъем M.2 (NGFF) [B & M key] >>>>>

Фнукционал: передача данных + питание | Расположение: внутренний

Описание: Гнезда M.2 B&M key не бывает. Бывают только платы расширения с данным разъемом, которые совместимы с гнездами M.2 B key и M.2 M key. Данный разъем применяется, как правило, в твердотельных накопителях с интерфейсом SATA 3, но могут быть и PCIe x2 SSD.

Разъем SFF-8639 (U.2) >>>>>

Фнукционал: передача данных + питание | Расположение:

Описание:

Разъем Thunderbolt >>>>>

Фнукционал: | Расположение:

Описание:

Разъем SATAe (SATA Express) >>>>>

Фнукционал: передача данных | Расположение: внутренний

Описание: SATAe - разъем, поддерживающий как шину SATA 3.0 (2 порта), так и PCIe 2.0, 3.0 (2 линии, 1 порт) и предназначенный для подключения накопителей информации. На момент написания данной статьи (2020 г.) является устаревшим интерфейсом, который был вытеснен M.2.

Теги: PCIe
Просмотров: 1747

КОММЕНТАРИИ к "Шина PCI Express (PCIe, PCI-e)"

Чтобы оставить комментарий, вам необходимо зарегистрироваться на сайте.

ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ

Справочник "Шины компьютера" (33)

   Шина PCI Express (PCIe) 5.0 (32 GT/s)  >>>

ID материала: 11201 / Просмотров: 790 / PCI-E `

Увеличена пропускная способность по сравнению с предыдущей версией шины в 2 раза.


   Шина PCI Express (PCIe) 4.0 (16 GT/s)  >>>

ID материала: 265 / Просмотров: 1170 / PCI-E `

Увеличена пропускная способность по сравнению с предыдущей версией шины в 2 раза. Спецификация включает в себя: улучшения гибкости, масштабируемости и пониженное энергопотребление, поддержку OCuLink-2 (альтернатива Thunderbolt).


   Шина PCI Express (PCIe) 3.1 (8 GT/s)  >>>

ID материала: 5514 / Просмотров: 1031 / PCI-E `

В сентябре 2013 года было объявлено о выпуске спецификации PCI Express 3.1 в конце 2013 или начале 2014 года, объединяющей различные улучшения опубликованной спецификации PCI Express 3.0 в трех областях: управление питанием, производительность и функциональность. Выпущен в ноябре 2014 г.


   Шина PCI Express (PCIe) 3.0 (8 GT/s)  >>>

ID материала: 264 / Просмотров: 2609 / PCI-E `

Увеличена пропускная способность по сравнению с предыдущей версией шины в 2 раза.

Проведен ряд оптимизаций для улучшенной передачи сигналов и целостности данных, включая выравнивание передатчика и приемника, усовершенствования системы ФАПЧ (фазовой автоподстройки частоты), восстановление тактовых данных и усовершенствования каналов для поддерживаемых в настоящее время топологий.

PCI Express 3.0 обновляет схему кодирования до 128b / 130b по сравнению с предыдущей кодировкой 8b / 10b, уменьшая накладные расходы...



   Шина PCI Express (PCIe) 2.1 (5 GT/s)  >>>

ID материала: 263 / Просмотров: 1002 / PCI-E `

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.


   Разъем PCIe 8 pin power  >>>

PCI Express power connector / PEG power connector /

ID материала: 11481 / Просмотров: 1207 / Разъемы `

Разъем питания. Предназначен для подачи дополнительного питания на платы расширения с интерфейсом PCIe, которым не хватает мощности, которую обеспечивают силовые линии разъема PCIe (до 75 Вт). Напряжение питания: 12 В, Обеспечиваемая мощность: 150 Вт.


   Шина PCI Express (PCIe) 2.0 (5 GT/s)  >>>

ID материала: 262 / Просмотров: 1179 / PCI-E `



   Разъем Mini PCI Express (Mini PCIe, Mini PCI-E, mPCIe, PEM)  >>>

Mini PCIe / Mini PCI-E / mPCIe / PEM /

ID материала: 11241 / Просмотров: 1884 / Разъемы `

Разъем Mini PCI Express не совместим механически с полноразмерными разъемами PCIe, но полностью совместим электрически. Специальные пассивные адаптеры реализуют эту совместимость. К разъему можно подключить устройства с поддержкой не только шины PCIe, но и USB 2.0.


   Шина PCI Express (PCIe) 1.1 (2.5 GT/s)  >>>

ID материала: 261 / Просмотров: 1126 / PCI-E `



   Разъем PCIe 6 pin power  >>>

PCI Express power connector / PEG power connector /

ID материала: 11480 / Просмотров: 579 / Разъемы `

Разъем питания. Предназначен для подачи дополнительного питания на платы расширения с интерфейсом PCIe, которым не хватает мощности, которую обеспечивают силовые линии разъема PCIe (до 75 Вт). Напряжение питания: 12 В, Обеспечиваемая мощность: 75 Вт.


Статьи (0)

IT4XP / статьи
НАЗНАЧЕНИЕ КОРЗИНЫ

Корзина не предназначена для покупки товаров, поскольку сайт не занимается продажами.

Функция корзины заключается всборе компьютерных комплектующих в собственную базу (требуется регистрация на сайте) и сравнении их между собой.

Сбор компьютерных комплектующих в собственную базу: Эта фанкция необходима для виртуальной сборки компьютера. Требуется регистрация на сайте.

Сравнение комплектующих: Можно сравнить только комплектующие следующих групп: 1. Жёсткие диски. 2. Твердотельные диски. 3. Оперативная память. 4. Видеокарты. 5. Центральные процессоры. 6. Материнские платы.