Разъем PCI Express: что такое интерфейс PCIe

Интерфейс PCI

Хотя многие пользователи компьютеров думают о PCI как о способе подключения электрических проводов, на самом деле это полный набор спецификаций, определяющих, как должны взаимодействовать разные части компьютера.

Спецификация PCI охватывает большинство вопросов, связанных с компьютерными интерфейсами. Мы не собираемся покрыть здесь их все; в этом разделе мы в основном касаемся того, как драйвер PCI может найти своё оборудование и получить к нему доступ. Методы зондирования, обсуждаемые в разделе «Параметры модуля» в Главе 2 и «Автоопределение номера прерывания» в Главе 10, могут использоваться с устройствами PCI, но спецификация предлагает альтернативу, которая более предпочтительна, чем зондирование.

Архитектура PCI был разработана в качестве замены стандарту ISA с тремя основными целями: получить лучшую производительность при передаче данных между компьютером и его периферией, быть независимой от платформы, насколько это возможно, и упростить добавление и удаление периферийных устройств в системе.

Шина PCI достигает лучшей производительности за счёт использования более высокой тактовой частоты, чем ISA; она работает на 25 или 33 МГц (фактическое значение зависит от частоты системы), и недавно были развернуты также 66 МГц и даже 133 МГц реализации. Кроме того, она оснащена 32-х разрядной шиной данных и в спецификацию было включено 64-х разрядное расширение. Независимость от платформы является частой целью в разработке компьютерной шины и это особенно важная особенность PCI, поскольку в мире ПК всегда доминировали стандарты интерфейсов, зависимые от процессора. В настоящее время PCI широко используется на системах IA-32, Alpha, PowerPC, SPARC64 и IA-64, а также некоторые других платформах.

Однако, наиболее актуальной для автора драйвера является поддержка PCI автоопределения интерфейса плат. PCI устройства безджамперные (в отличие от большинства старой периферии) и настраивается автоматически во время загрузки. Затем драйвер устройства должен быть в состоянии получить доступ к информации о конфигурации в устройстве с целью завершения инициализации. Это происходит без необходимости совершать какое-либо тестирование.

Разбираемся в различиях PCI-E разъема.

Как правило, данный высокоскоростной порт относится к фактическим слотам расширения на материнской плате, которые принимают платы расширения на основе традиционного PCIe и типы карт расширения.

Старая видеокарта с интерфейсом AGP

PCI Express практически заменил AGP и PCI, оба из которых заменили старейший широко используемый тип соединения, называемый ISA. Хотя пк могут содержать различные слоты расширения, PCI Express считается стандартным внутренним интерфейсом самого быстрого разъема. Сегодня многие материнские платы для персональных компьютеров производятся только с разъемами PCI Express.

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.

Применение PCI Express в компьютере. Разъемы PCI Express

Контроллер (управляющее устройство) линий PCIe не так давно встраивался только в чипсет (главную микросхему) материнской платы. Но, начиная с 2009 года, контроллер PCIe добавляется производителями также и непосредственно в центральный процессор. Это уменьшает задержки и позволяет процессору более эффективно взаимодействовать с другими устройствами.

Версии и количество линий PCIe в разных моделях процессоров и чипсетов отличается. Бо́льшая их часть формируется в разъемы, размещаемые на материнской плате. Они позволяют подключать к компютеру разнообразные устройства (видеокарты, звуковые карты, сетевые карты, Wi-Fi-адаптеры и др.).

На материнской плате современного компьютера можно найти разъемы PCIe нескольких видов, отличающихся количеством используемых в них линий PCIe (от х1 до х16 линий). Не зависимо от того, насколько старым является компьютер, и какая версия PCIe в нем используется, эти разъемы всегда выглядят одинаково:

на изображении: верхний разъем — PCIe x4, по средине — PCIe x16, внизу — PCIe x1

Разные версии PCIe являются полностью совместимыми. То есть, если в старый компьютер, где используется версии PCIe 2.0, установить, например, видеокарту с PCIe 4.0, она будет нормально работать. Однако, реальная скорость обмена данными при этом у нее будет ограничена возможностями PCIe 2.0.

И наоборот, в самый новый компьютер с PCIe 4.0 можно без проблем установить старую видеокарту с PCIe 2.0.

Еще одной особенностью PCIe является совместимость разных ее разъемов. В разъем PCIe x16 можно подключить не только видеокарту, но и абсолютно любое другое устройство PCIe, в том числе и с разъемом PCIe x8, PCIe x4 или PCIe x1.

Совместимость разъемов сохраняется также и в обратную сторону. То есть, в разъем PCIe x1 можно установить видеокарту с разъемом PCIe x16. Физически она туда не войдет, но если разрезать заднюю стенку разъема (как на изображении ниже), то все получится.

Это, конечно же, «кустарщина» и без крайней надобности так делать не нужно. Тем более, что видеокарта при таком подключении будет работать в режиме PCIe x1, что весьма негативно скажется на ее быстродействии.

В ноутбуках для установки дополнительных устройств вместо упомянутых выше разъемов используется более компактный вариант — Mini PCIe. Линии PCIe используются также для создания некоторых других разъемов, в чатности, разъемов M.2 (служат для подключения современных запоминающих устройств, а также устройств некоторых других типов).

на изображении — разъем M.2 с запоминающим устройством в нем

Поле адреса PCI

При доступе к устройствам на шине PCI используется адрес домена PCI. Следует отметить, что адрес домена PCI и адресное пространство ЦП не эквивалентны, будь то ЦП, обращающийся к устройству PCI, или устройство PCI для работы DMA. Все должны использовать мост хост-хост для завершения преобразования адресного домена (домен PCI в домен ЦП | домен ЦП в домен PCI). В платформе x86 адресное пространство домена ЦП и адресное пространство домена PCI имеют взаимно однозначное соответствие, что заставляет людей чувствовать, что существует только один домен. Однако для процессорных платформ, таких как PPC, домен PCI и адресное пространство домена ЦП не являются Однозначное соответствие требует использования входящих и исходящих окон для управления отношениями отображения.Понимание концепции домена помогает более глубоко понять шину PCI.

Звуковая плата

Звуковая плата – это тоже одна из разновидностей PCI-устройства. Что это такое? Ответ на этот вопрос достаточно прост. До 1997 года на материнских платах не было интегрированных звуковых адаптеров. Поэтому для организации акустической системы использовались именно такие приспособления. С одной стороны такая плата оснащалась «классическим» разъемом для установки в слот расширения. Интерфейсная ее панель выводилась на тыльную сторону системного блока.

Для фиксации внутри компьютера использовался один болт. Качество звучания их оставляло желать лучшего. Но все равно это был прорыв, который нельзя недооценивать. Именно установка таких устройств позволяла раньше любой компьютер превратить в настоящий мультимедийный центр. Можно было на такой ЭВМ и музыку послушать, и фильм посмотреть, и в игру поиграть.

Плата расширения

Нередко в диспетчере устройств можно встретить следующее устройство: «PCI контроллер simple communications». За этим словосочетанием скрывается плата расширения. Она позволяет увеличить количество портов для подключения периферийных устройств или жестких дисков. То есть подобное приспособление устанавливается в слот расширения материнской платы, а с внешней стороны оно оснащено разъемами ЮСБ, КОМ или ЛПТ. Лет 5 назад это позволяло существенно увеличить количество подключенных периферийных устройств. Сейчас же количество портов на материнской плате выросло в разы, и потребность в установке подобных контроллеров просто отпала.

В данном материале был дан ответ на вопрос: «PCI-устройства — что это такое и где они используются?»

Как видим, это достаточно широкая гамма устройств, которая позволяет превратить ваш компьютер в настоящий центр для развлечений. По крайней мере, это утверждение было справедливо до недавних пор. Сейчас ситуация немного изменилась. Все больше компонентов интегрируются непосредственно в сам процессор или на материнскую плату. Поэтому и потребность в них отпадает. Можно встретить и прочее устройство моста PCI, например, сетевая карточка, которая позволяет объединить компьютеры в локальную вычислительную сеть. Единственное устройство, которое пока не имеет достойной альтернативы, – это тюнер для приема телепередач и прослушивания радио. Но уже и в этом сегменте начали появляться компактные ЮСБ-аналоги. В общем, стандарт PCI постепенно уходит в прошлое, но он все равно будет продолжительное время присутствовать на рынке.