Предсказание переходов. 2 страница
Версия 2.0 — введено РґРІРµ новые рабочие частоты: 266 Рё 533 МГц, Р° также коррекция ошибок чётности РїСЂРё передаче данных (ECC). Расширяет конфигурационное пространство PCI РґРѕ 4096 байт Рё допускает расщепление РЅР° 4 независимых 16-битных шины, что применяется исключительно РІРѕ встраиваемых Рё промышленных системах, сигнальное напряжение снижено РґРѕ 1,5 Р’, РЅРѕ сохранена обратная совместимость разъёмов СЃРѕ всеми картами, использующими сигнальное напряжение 3,3 Р’. Пиковая пропускная способность — 4096 Мбайт/СЃ.
[править]
Mini PCI
Форм-фактор PCI 2.2, предназначен для использования, в основном, в ноутбуках.
Cardbus
PCMCIA форм-фактор для 32-битных карт, 33 МГц PCI.
CompactPCI
Рспользуются модули размера Eurocard, включаемые РІ PCI backplane.
PC/104-Plus
Рндустриальная шина, использующая набор сигналов PCI, РЅРѕ СЃ РґСЂСѓРіРёРј разъёмом.
PMC
PCI Mezzanine Card, мезонинная шина, соответствующая стандарту IEEE P1386.1.
AdvancedTCA (ATCA)
Шина следующего поколения для телекоммуникационной индустрии.
Другие варианты
В
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, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.
Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel после отказа РѕС‚ шины InfiniBand. Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась РІ июле 2002 РіРѕРґР°. Развитием стандарта PCI Express занимается организация PCI Special Interest Group.
В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда. Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.
Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:
горячая замена карт;
гарантированная полоса пропускания (QoS);
управление энергопотреблением;
контроль целостности передаваемых данных.
Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X. Де-факто PCI Express заменила эти шины в персональных компьютерах.
Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое линией (англ. lane — полоса, ряд); это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной двунаправленной шине.
Соединение (англ. link — 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.
Рспользование РїРѕРґРѕР±РЅРѕРіРѕ РїРѕРґС…РѕРґР° 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 синхронизации 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.
Битрейт в PCIe 1.0 составляет 2,5 Гбит/с. Для расчёта пропускной способности шины необходимо учесть дуплексность[3] и избыточность 8b/10b (8 бит в десяти). Например, дуплексная пропускная способность соединения x1 составляет:
2,5 · 2 · 0,8 = 4 Гбит/с
где 2,5 — битрейт, Гбит/с;
2 — учёт дуплексности (двунаправленности);
0,8 — учёт избыточности 8b/10b для 1.0 и 2.0; 0,985 — для 3.0;
Р’ РѕРґРЅСѓ/РѕР±Рµ стороны, Гбит/СЃВВВВВВВ Связей
x1ВВВВ x2ВВВВВВВ x4ВВВВВВВ x8ВВВВВВВ x12ВВВВВ x16ВВВВВ x32
PCIe 1.0ВВВВВ 2/4ВВВВВВ 4/8ВВВВВВ 8/16ВВВВ 16/32ВВ 24/48ВВ 32/64ВВ 64/128
PCIe 2.0ВВВВВ 4/8ВВВВВВ 8/16ВВВВ 16/32ВВ 32/64ВВ 48/96ВВ 64/128 128/256
PCIe 3.0ВВВВВ 8/16ВВВВ 16/32ВВ 32/64ВВ 64/128 96/192 128/256ВВВВВВВВВВ 256/512
PCIe 4.0 (предварительно) [4]ВВВВ 16/32ВВ 32/64ВВ 64/128 128/256ВВВВВВВВВВ 192/384ВВВВВВВВВВ 256/512ВВВВВВВВВВ 512/1024
Шина UMI — представляет собой модифицированный интерфейс PCI-E x4 c вдвое увеличеной пропускной способностью, за счет перехода с первой на вторую версию стандарта. Входит в состав чипсета AMD Fusion A55.
1.0
2.0
2.1
3.0
4.0 – в будущем
Слоты расширения предназначены для установки карт различного назначения, расширяющих функциональные возможности компьютера. На слоты выводятся стандартные шины расширения ввода-вывода, а также промежуточные интерфейсы.
ВСтандартизованные шины расширения РІРІРѕРґР°-вывода обеспечивают РѕСЃРЅРѕРІСѓ функциональной расширяемости РРЎ-совместимого персонального компьютера, который СЃ самого рождения РЅРµ замыкался РЅР° выполнении СЃСѓРіСѓР±Рѕ вычислительных задач. Хотя РјРЅРѕРіРёРµ компоненты, ранее размещавшиеся РЅР° платах расширения, постепенно «переселяются» РЅР° системную плату, для настольных компьютеров набор шин расширения РІРІРѕРґР°-вывода имеет важное значение.
РЁРёРЅС‹ PCI Рё PCI-X являются основными шинами расширения РІРІРѕРґР°/вывода РІ современных компьютерах; для подключения видеоадаптеров РёС… дополняет РїРѕСЂС‚ AGP. РЁРёРЅС‹ расширения РІРІРѕРґР°/вывода (Expansion Bus) являются средствами подключения системного СѓСЂРѕРІРЅСЏ: РѕРЅРё позволяют адаптерам Рё контроллерам периферийных устройств непосредственно использовать системные ресурсы компьютера — пространство адресов памяти Рё РІРІРѕРґР°/вывода, прерывания, РїСЂСЏРјРѕР№ доступ Рє памяти. Устройства, подключенные Рє шинам расширения, РјРѕРіСѓС‚ Рё сами управлять этими шинами, получая доступ Рє остальным ресурсам компьютера. РЁРёРЅС‹ расширения механически реализуются РІ РІРёРґРµ слотов (щелевых разъемов) или штырьковых разъемов; для РЅРёС… характерна малая длина РїСЂРѕРІРѕРґРЅРёРєРѕРІ, то есть РѕРЅРё СЃСѓРіСѓР±Рѕ локальны, что позволяет достигать высоких скоростей работы. Рти шины РјРѕРіСѓС‚ Рё РЅРµ выводиться РЅР° разъемы, РЅРѕ использоваться для подключения устройств РІ интегрированных системных платах.
Поначалу шина PCI вводилась как пристройка к системам с шиной ISA. Она разрабатывалась в расчете на процессоры Pentium, но хорошо сочеталась и с процессорами i486. Позже PCI на некоторое время стала центральной шиной: она соединялась с шиной процессора высокопроизводительным мостом («северным» мостом), входящим в состав чипсета системной платы. В современных системных платах с «хабовой» архитектурой шину PCI отодвинули на периферию, не ущемляя ее в мощности канала связи с процессором и памятью, но и не нагружая транзитным трафиком устройств других шин.
Шина PCI является синхронной — фиксация всех сигналов выполняется по положительному перепаду (фронту) сигнала CLK. Номинальной частотой синхронизации считается частота 33,3 МГц, при необходимости она может быть понижена. Начиная с версии PCI 2.1 допускается повышение частоты до 66,6 МГц при «согласии» всех устройств на шине. В PCI-X частота может достигать 133 МГц.
В Шина PCIВ – первая шина РІ архитектуре IBM PC,ВВВВВ которая РЅРµ привязана Рє этой архитектуре.ВВВВВВВ РћРЅР° является процессорно-независимой Рё применяется, например,В РІ компьютерах Macintosh.ВВВВВВ Р’ отличие РѕС‚ остальных шин, компоненты расположены РЅР° левой поверхности плат PCI-адаптеров. РџРѕ этой причине крайний PCI –слот обычно разделяет использование посадочного места СЃ соседним ISA-слотом (Shared slot).
ВВВВВ Процессор через так называемые мосты (PCI Bridge) может быть подключен Рє нескольким каналам PCI, обеспечивая возможностьо дновременной передачи данных между независимыми каналами PCI (возможно только РІ спецификации 2.1).
В PCI используется параллельная мультиплексированная шина адреса/данных (AD) с типовой разрядностью 32 бит. Спецификация определяет возможность расширения разрядности до 64 бит; в PCI-X версии 2.0 определен также 16-битный вариант шины. При частоте шины 33 МГц теоретическая пропускная способность достигает 132 Mбайт/с для 32-битной шины и 264 Мбайт/с для 64-битной; при частоте синхронизации 66 МГц — 264 Мбайт/с и 528 Мбайт/с соответственно. Однако эти пиковые значения достигаются лишь во время передачи пакета: из-за протокольных накладных расходов реальная средняя пропускная способность шины оказывается ниже.
Обмен информацией по шине PCI и PCI-X организован в виде транзакций — логически завершенных операций обмена. В типовой транзакции участвуют два устройства —инициатор обмена (initiator), он же ведущее устройство (master), и целевое устройство (ЦУ, target)), оно же ведомое (slave). Правила взаимодействия этих устройств определяются протоколом шины PCI. Устройство может следить за транзакциями на шине и не являясь их участником (не вводя никаких сигналов); режиму слежения соответствует термин Snooping. Есть особый тип транзакции (Special Cycle) — широковещательный, в котором инициатор протокольно не взаимодействует ни с одним из устройств. В каждой транзакции выполняется одна команда — как правило, чтение или запись данных по указанному адресу. Транзакция начинается с фазы адреса, в которой инициатор задает команду и целевой адрес. Далее могут следовать фазы данных, в которых одно устройство (источник данных) помещает данные на шину, а другое (приемник) их считывает. Транзакции, в которых присутствует множество фаз данных, называются пакетными. Есть и одиночные транзакции (с одной фазой данных). Транзакция может завершиться и без фаз данных, если целевое устройство (или инициатор) не готово к обмену. В шине PCI-X добавлена фаза атрибутов, в которой передается дополнительная информация о транзакции.
В каждый момент времени шиной может управлять только одно ведущее устройство, получившее на это право от арбитра. Каждое ведущее устройство имеет пару сигналов — REQ# для запроса на управление шиной и GNT# для подтверждения предоставления управления шиной. Устройство может начинать транзакцию (устанавливать сигнал FRAME#) только при полученном активном сигнале GNT# и дождавшись отсутствия активности шины. Заметим, что за время ожидания покоя арбитр может «передумать» и отдать управление шиной другому устройству с более высоким приоритетом. Снятие сигнала GNT# не позволяет устройству начать следующую транзакцию, а при определенных условиях (см. далее) может заставить прекратить начатую транзакцию. Арбитражем запросов на использование шины занимается специальный узел — арбитр, входящий в мост, соединяющий данную шину с центром. Схема приоритетов (фиксированный, циклический, комбинированный) определяется программированием арбитра.
PCI-Express (PCIe, PCI-E) – последовательная, универсальная шина впервые обнародованная 22 июля 2002 года.
Является общей, объединяющей шиной для всех узлов системной платы, в которой соседствуют все подключённые к ней устройства. Пришла на замену устаревающей шине PCI и её вариации AGP, по причине возросших требований к пропускной способности шины и невозможности за разумные средства улучшить скоростные показатели последних.
РЁРёРЅР° выступает как коммутатор, просто направляя сигнал РёР· РѕРґРЅРѕР№ точки РІ РґСЂСѓРіСѓСЋ РЅРµ изменяя его. Рто позволяет без явных потерь скорости, СЃ минимальными изменениями Рё ошибками передать Рё получить сигнал.
Данные по шине идут симплексно (полный дуплекс), то есть одновременно в обе стороны с одинаковой скоростью, причём сигнал по линиям, течёт непрерывно, даже при отключении устройства (как постоянный ток, или битовый сигнал из нулей).
Синхронизация построена избыточным методом. То есть вместо 8 бит информации, передаётся 10 бит, два из которых являются служебными (20%) и в определённой последовательности служат маячками для синхронизации тактовых генераторов или выявления ошибок. Поэтому, заявленная скорость для одной линии в 2.5 Гбит\с, на самом деле равна примерно 2.0 Гбит\с реальных.
Питание каждого устройства по шине, подбирается отдельно и регулируется с помощью технологии ASPM (Active State Power Management). Она позволяет при простое (без подачи сигнала) устройства занижать его тактовый генератор и переводить шину в режим пониженного энергопотребления. Если сигнал не поступал в течение нескольких микросекунд, устройство считается неактивным и переводится в режим ожидания (время зависит от типа устройства).
36. USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры PC, ориентированным РЅР° интеграцию СЃ телефонией Рё устройствами бытовой электроники. РЁРёРЅР° USB совсем молодая — версия 1.0 была опубликована РІ начале 1996 РіРѕРґР°, Рё скептики иронично расшифровывали ее название как «неиспользуемая последовательная шина» (Unused Serial Bus). Однако сейчас устройств СЃ интерфейсом USB уже предостаточно. РЁРёРЅР° позволяет соединять устройства, удаленные РѕС‚ компьютера РЅР° расстояние РґРѕ 25 Рј (СЃ использованием промежуточных хабов). РЁРёРїР° USB ориентирована РЅР° периферийные устройства, подключаемые Рє PC. Рзохронные передачи USР’ позволяют передавать цифровые аудио-сигналы, видеоданные. Р’СЃРµ передачи управляются централизованно, Рё PC является необходимым управляющим узлом, находящимся РІ РєРѕСЂРЅРµ древовидной структуры шины. Адаптер USB пользователи современных РџРљ получают почти бесплатно, поскольку РѕРЅ РІС…РѕРґРёС‚ РІ состав всех современных чипсетов системных плат. Непосредственное соединение нескольких PC шиной USB РЅРµ предусматривается, хотя выпускаются «активные кабели» для СЃРІСЏР·Рё пары компьютеров Рё устройства-концентраторы.
^ Организация шины USB
ВUSB обеспечивает обмен данными между С…РѕСЃС‚-компьютером Рё множеством периферийных устройств (РџРЈ). Согласно спецификации USB, устройства (device) РјРѕРіСѓС‚ являться хабами, функциями или РёС… комбинацией. Хаб (hub) только обеспечивает дополнительные точки подключения устройств Рє шине. Устройство-функция (function) USB предоставляет системе дополнительные функциональные возможности, например подключение Рє ISDN, цифровой джойстик, акустические колонки СЃ цифровым интерфейсом Рё С‚. Рї. Комбинированное устройство (compound device), реализующее несколько функций, представляется как хаб СЃ подключенными Рє нему несколькими устройствами. Устройство USB должно иметь интерфейс USB, обеспечивающий полную поддержку протокола USB, выполнение стандартных операций (конфигурирование Рё СЃР±СЂРѕСЃ) Рё предоставление информации, описывающей устройство. Работой всей системы USB управляет С…РѕСЃС‚-контроллер (host controller), являющийся программно-аппаратной подсистемой С…РѕСЃС‚-компьютера. РЁРёРЅР° позволяет подключать, конфигурировать, использовать Рё отключать устройства РІРѕ время работы хоста Рё самих устройств.