PCI Express

Allikas: Vikipeedia
Fotol on emaplaadi pesad. Ülevalt alla:
  • PCI Express ×4
  • PCI Express ×16
  • PCI Express ×1
  • PCI Express ×16
  • standardne PCI (32-bit)

PCI Express ehk PCIe või PCI-E (tuntud ka kui 3GIO (3rd Generation I/O); mitte segamini ajada PCI-X ja PXI) on arvutisiin, mis kasutab tarkvaralise siini mudeli PCI ja suurejõulise füüsilise protokolli, mis põhineb kooskõlastatud andmeedastusel.

PCI Express standardi arendamisega tegeleb organisatsioon PCI Special Interest Group.

Erinevalt PCI siinist, mis kasutab andmete edastamiseks ühissiini, on PCI Express üldjuhul tähe tüüpi topoloogiaga pakettide võrgustik. PCI Express seadmed suhtlevad teineteisega vahendusel, mis on moodustatud kommutaatoritega, samas iga seade on otseselt seotud kommutaatoriga punkt-punkt tüüpi ühendusega.

PCI Express siin toetab lisaks ka:

  • kaartide kuumvahetust;
  • garanteeritud ribalaiust (QoS);
  • energiatarbimise kontrolli;
  • edastatud andmete terviklikkuse kontrolli.

PCI Express standardi arendamist alustas firma Intel pärast InfiniBand siini tagasilükkamist. Ametlikult esimene PCI Express baasspetsifikatsioon ilmus 2002. aasta juulis.

PCI Express siini eesmärgiks on selle kasutamine ainult lokaalse siinina. Kuna PCI Express'i tarkvaraline mudel on suures osas päritud PCI'lt, siis olemasolevad süsteemid ja kontrollerid võivad olla kohandatud PCI Express siini kasutamiseks asendades ainult füüsilist taset, ilma tarkvara täiendamiseta. PCI Express siini kõrge piiktulemuslikkus võimaldab selle kasutamist AGP ning PCI ja PCI-X siinide asemel. Loodetakse, et PCI Express asendab neid siine personaalarvutites.

Pistikud[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Madala profiiliga kaardid
  • Mini Card — form-factori asendamine Mini PCI. Pistikule Mini Card on välja viidud siinid: x1 PCIe, USB 2.0 ja SMBus.
  • ExpressCard — form-factoriga sarnane PCMCIA-le. Pistikule ExpressCard on välja viidud siinid: x1 PCIe ja USB 2.0, ExpressCard kaardid toetavad käigultvahetust (hot swapping).
  • AdvancedTCA — form-factor telekommunikatsiooni seadmete jaoks.
  • PCI Express kaablite spetsifikatsioonid võimaldavad luua ühendusi pikkusega kuni paarkümmend, mõnikord ka paarsada meetrit, mis võimaldab luua «lahtiseid» arvuteid.
  • Mobile PCI Express Module — tööstuslik form-factor, loodud sülearvutite jaoks firmaga NVIDIA.

PCI Express X1[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mini PCI-E[muuda | redigeeri lähteteksti]

Fotol on PCI Express Mini kaart ja selle pesa.

Mini PCI Express — PCI Express siini formaat portatiivsete seadmete jaoks.

Selle standardi pistiku jaoks toodetakse hulgaliselt lisaseadmeid:

  • WiFi-kaardid
  • WiMax-kaardid
  • GSM-modemid
  • GPS-vastuvõtjad
  • SSD.kõvakettad — Kasutab mittestandardset ühenduspesa Mini PCI-E (SSD Mini PCI Express) pinout'i.
  • PCIe ×1
  • USB 2.0
  • SMBus
  • Indikaator-LED väljundid
  • Ühenduse väljundid SIM-kaardi ja (GSM WCDMA jaoks)
  • Omab reserveeritud kontakte (tulevastele seadmetele)
  • Toide 1.5 В ja 3.3 В

SSD Mini PCI Express[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • PATA
  • SATA
  • USB
  • Toide 3.3 В

ExpressCard[muuda | redigeeri lähteteksti]

ExpressCard'i pesasid kasutatakse 2010. aasta novembri seisuga järgmiste seadmete ühendamiseks:[1]

  • SSD-kõvakettad
  • Kontrollerid 1394/FireWire (iLINK)
  • Dokk-jaamad
  • Mõõteriistad
  • Mälu
  • Mälukaartide (CF, MS, SD, xD, jt.) adapterid
  • Arvutihiired
  • Võrguadapterid
  • Paralleelsed pordid
  • PC Card/PCMCIA adapterid
  • Laiendused PCI
  • Laiendused PCI Express
  • Kaugjuhtimine
  • SATA kontrollerid
  • Serial pordid
  • SmartCard adapterid
  • TV-tüünerid
  • USB kontrollerid
  • Juhtmevabad võrguadapterid Wi-Fi
  • Juhtmevabad laiaribalised interneti-adapterid (3G, CDMA, EVDO, GRPS, UMTS, jt.)

Protokolli kirjeldus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Videokaart PCI Express x16 jaoks

PCI Express seadme ühendamiseks kasutatakse kahesuunalist punkt-punkt tüüpi seeriaühendust, mida nimetatakse lane'iks; see vastandub teravalt PCI'le, milles kõik seadmed ühenduvad üldise 32-bitilisele paralleelsele kahesuunalisele siinile. Kahe PCI Express seadme vahelist ühendust nimetatakse link, ja see koosneb ühest (nimetatakse 1x) või mitmest (x2, x4, x8, x12, x16 ja x32) kahesuunalisest seeriaühendusest lane. Iga seade peab toetama ühendust x1.

Elektrilisel tasemel kasutab iga ühendus madalpingelist diferentseeritud signaali edastamist (LVDS), informatsiooni vastuvõtt ja edastamine toimub iga PCI Express seadmega kahe eraldatud juhi kaudu. Sellel viisil loob seade ühenduse PCI Express kommutaatoriga ainult nelja juhi abil.

Kasutades seda lähenemisviisi on järgmised eelised:

  • PCI Express kaart sobib sisse ja töötab korrektselt igas pesas sama või suurema ribalaiusega (näiteks, kaart x1 hakkab töötama pesades x4 ja x16);
  • Suurema füüsilise suurusega pesa ei saa kasutada kõiki lane'e (näiteks, slotile x16 võib juurde juhtida informatsiooni sideliinid, mis sobivad x1 või x8 juurde ja see kõik hakkab normaalselt funktsioneerima, kuid seega on vaja ühendada kõik liinid «toide» ja «maandus», mis on vajalikud sloti x16 jaoks).

PCI Express siinil läheb kasutusse maksimaalne kogus lane'e, mis on saadaval nii kaardil kui ka pesal, kuid see ei võimalda seadmel töötada pesas, mis on mõeldud kaartidele, millel on väiksem ribalaius kui PCI Express siinil. Näiteks kaart x4 ei mahu füüsiliselt standardesse x1 pesasse, vaatamata sellele, et ta saaks töötada x4 pesas, kasutades ainult üht lane'i. Osadel emaplaatidel võib näha mittestandardseid pesi x1 ja x4, millel puudub äärmine vahesein, ja sellisel juhul võib paigaldada nendesse kaarte, mis on suurema pikkusega kui pistik. Samal ajal ühte osa kaardist ei varustata toitega ja maandusega, mis võib kaasa tuua erinevaid probleeme.

PCI Express edastab kõiki kontrollandmeid, sealhulgas katkestusi, samade liinide kaudu, mida kasutatakse andmete edastamiseks. Seeriaprotokoll ei saa olla kunagi lukustatud, niiviisi PCI Express siini viivitused on võrreldavad PCI omadega (PCI siin kasutab signaali edastamist katkestuste kohta eraldiolevaid füüsilisi liine IRQ#A, IRQ#B, IRQ#C, IRQ#D).

Kõikides ülikiiretes seeriaprotokollides, (näiteks gigabitine Ethernet), peab informatsiooni sünkroniseerimise kohta edastamissignaal sisseehitatud olema. Füüsilisel tasandil kasutab PCI Express kanali kodeerimise meetodit 8B/10B (8 bitti 10-s, koondamine 20%) konstantse osa kõrvaldamiseks edastamissignaalis ja kinnistades sünkroniseerimisinfo andmevoo sisse. PCI Express 3.0-s kasutatakse säästlikumat kodeeringut 128b/130b koondamisega 1,5%.

Mõned protokollid (näiteks SONET/SDH) kasutavad meetodit, mida nimetatakse scrambling'uks, sünkroniseerimisinfo kinnistamiseks andmevoo sisse ja edastatava signaali spektri "erosiooni" jaoks. PCI Express'i spetsifikatsiooni on ettenähtud scrambling-funktsioon, kuid scrambling PCI Express'is erineb sellest, mis on SONET'il.

Läbilaskevõime[muuda | redigeeri lähteteksti]

Bitrate PCIe 1.0'l on 2,5 Gbit/s. Selleks, et välja arvutada siini läbilaskevõime, tuleb arvesse võtta dupleks'i[2] ja koondamist 8b/10b (8 bitti 10-s). Näiteks on x1 ühenduses dumpleksi läbilaskevõime:

2,5 · 2 · 0,8 · 1/8 = 0,5 GB/s
  • kus 2,5 — bitrate, Gbit/s;
  • 2 — dupleksi arvessevõtmine (kahesuunalisust);
  • 0,8 — koondamist arvessevõtmine 8b/10b 1.0 ja 2.0 jaoks; 0.985 3.0 jaoks;
  • 1/8 — ümberarvestustegur Gbit/s GS/s-sse.
Ühte/mitmesse suunda, GBait/s
Kontakte
x1 x2 x4 x8 x12 x16 x32
PCIe 1.0 0,25/0,5 0,5/1 1/2 2/4 3/6 4/8 8/16
PCIe 2.0 0,5/1 1/2 2/4 4/8 6/12 8/16 16/32
PCIe 3.0 1/2 2/4 4/8 6/12 8/16 16/32 32/64

Konkureerivad protokollid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Lisaks PCI Express'ile eksisteerib veel mitmeid ülikiireid standartiseerituid jadaliideseid, siin on ainult mõned nendest: HyperTransport, InfiniBand, RapidIO ja StarFabric. Igal liidesel on omad pooldajad tööstusettevõtete seast, sest protokollispetsifikatsioonide väljatöötamiseks on juba läinud märkimisväärsed rahasummad ja iga konsortsium rõhutab just tema liidese eeliseid.

Standardiseeritud ülikiire liides peaks ühelt poolt olema paindlik ja venivusega, teiselt poolt peaks olema madala latentsusega ja omama madalaid üldkulusid (see tähendab, et ametliku informatsiooni paketi osa ei tohi olla suur). Sisuliselt on erinevused kahe liidese vahel täpselt arendajate poolt valitud konkreetse liidese kompromissis nende kahe vasturääkivate nõudmiste vahel.

Näiteks võimaldab ametlik marsruudi lisainformatsioon paketis organiseerida keerulise ja paindliku paketi marsrutiseerimist, kuid suurendab üldkulusid paketi töötlemisel, samuti väheneb liidese läbilaskevõime, tarkvara, mis algväärtustab ja seadistab seadeid, mis on ühendatud liidese juurde, läheb keerulisemaks. Selleks, et saaks seadmeid "kuumalt" ühendada on vaja spetsiaalne tarkvara, mis jälgiks muudatusi võrgu topoloogias. Näited liidestest, mis on selleks kohandatud, on RapidIO, InfiniBand ja StarFabric.

Samal ajal, lühendades pakette saab vähendada andmete edastamise viivitused, mis on oluline eeldus mälu liidesele. Kuid väike pakettide arv toob kaasa selle, et osa paketti ametlikust valdkonnast suureneb, mis vähendab liidese efektiivset läbilaskevõimet. Sellise liidese näiteks on HyperTransport.

PCI Express'i seisukoht — kirjutatud lähenemisviiside vahel, kuna PCI Express siin on kavandatud tööks kohaliku siinina, mitte protsessor-mälu siinina või keerulise marsruutimisvõrgustiku siinina. Lisaks, PCI Express on algselt mõeldud kui siin, mis on loogilises kooskõlas PCI siiniga, mis samuti tõi kaasa omad piirangud.

PCI Express 2.0[muuda | redigeeri lähteteksti]

PCI-SIG grupp laskis välja PCI Express 2.0 spetsifikatsiooni 15. jaanuaril 2007. aastal. Peamised uuendused PCI Express 2.0's:

  • Suurendatud läbilaskevõime — PCI Express 2.0 spetsifikatsioon määrab maksimaalseks läbilaskevõimeks ühel lane ühendusel 5 Gbit/s, samal ajal on säilinud kooskõla PCI Express 1.1-ga. On tehtud parandused sideprotokolli seadmete vahel ja programmi mudelis. Seega, laienduskaart, mis toetab PCIE 1.1 standardit saab töötada, kui ta on paigaldatud PCIE 2.0 pesasse. PCI Express 2.0 liidesega seadmed saavad töötada emaplaatides, mis on varustatud PCI Express 1.x põlvkonna PCI Express x16 pesadega, kuid ainult kiirusel 2.5 Gbit/s. See on täiesti loomulik, kuna vana chipset ei toeta andmete edastamist topeltkiirusel.
  • Dünaamiline kiiruse kontroll — ühenduse kiiruse juhtimiseks.
  • Teatamine läbilaskevõimest — et teatada arvutile (operatsioonisüsteemile, seadmete draiveritele jne) kiiruse ja siini laiuse muudatustest.
  • Struktuuride võimaluste laienemine — juhtivate registrite laienemine, et seadmeid, pesasid ja interconnect'i paremini hallata.
  • Ligipääsu kontrolli teenused — valikulised kontrollimisvõimalused punkt-punkt tehingutes.
  • Timeout täitmiste juhtimine
  • Funktsioonide tasemel nullindamine — valikuline mehhanism selleks, et nullindada funktsioone (peetakse silmas PCI funcs) (PCI device) seadmete sees.
  • Võimu piirangu ümbermääratlemine — selleks, et ümbermääratleda pesa võimsuse piirväärtust seadmete ühendamisel, mis tarbivad palju elektrienergiat.

Väline kaabeldusspetsifikatsioon PCIe[muuda | redigeeri lähteteksti]

7. veebruaril 2007. aastal lasi PCI-SIG grupp välja süsteemivälise kaablispetsifikatsiooni PCIE. Uus spetsifikatsioon võimaldab kasutada kaablid pikkusega kuni 10 meetrit, mis töötavad läbilaskevõimega 2,5 Gbit/s.

PCI Express 2.1[muuda | redigeeri lähteteksti]

Füüsilised omadused (kiirus, ühenduspesa) vastavad 2.0-le, tarkvaralises osas on aga lisatud funktsioonid, mida kavatsetakse täielikult rakendada versioonis 3.0. Kuna enamik emaplaate müüakse versiooniga 2.0, ei anna üksnes 2.1 versiooniga graafikakaardi olemasolul antud režiimi kasutada.

PCI Express 3.0[muuda | redigeeri lähteteksti]

2010. aasta novembris[3] kinnitati PCI Express 3.0 versiooni spetsifikatsioonid. Liidese andmeedastuskiiruseks on nüüd 8 GT/s(Gigatehingu/s). Kuid sellest hoolimata oli selle reaalne läbilaskevõime ikka kahekordistatud võrreldes PCI Express 2.0 standardiga. See sai võimalikuks tänu agressiivsemale kodeerimisskeemile 128b/130b, kui 128 bitti andmeid, mis saadakse siini kaudu, kodeeritakse 130 bitiga. PCI Express 2.0'l on admeteedastuskiirus 5 GT/s ja kodeerimisskeem 8b/10b. Samal ajal säilis ühilduvus eelnevatega PCI Express versioonidega. PCI-SIG andmetel algavad esimesed PCI Express 3.0 testid 2011. aastal, vahendid ühilduvustestideks partnerite jaoks ilmuvad alles 2011. aasta keskel ja reaalsed seadmed alles 2012. aastal.

Kirjandus[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Ravi Budruk, Don Anderson, Tom Shanley (1999). PCI Express System Architecture, PC System Architecture Series. Addison-Wesley Professional, 832. ISBN 978-0201309744. 
  • Doug Abbott (2004). PCI Bus Demystified, 2-е, Demystifying Technology Series, Newnes, 250. ISBN 978-0750677394. 

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]