Шина PCI Express

Определение на шина PCI Express
Стандарт за системна шина, разработен от Arapahoe Working Group (или Arapahoe Special Interest Group ()). Влизащите в групата компании, начело с Intel, са участвали активно в разработката на шината PCI, което дава основание за плавен преход към новата шина.

Стандартът притежава и второ названия 3GIO (3D Generation Input/Output - вход/изход трето поколение).
На 22 юли 2002 год. новата шина получава названието PCI Express и бива благосклонно приета от компютърния свят в т.ч. и от основния конкурент AMD.

Предимства на шина PCI Express
Основно различие е преминаването от паралелен в сериен интерфейс, което води до следните предимства:
Еднозначно съединение «точка-точка», изключващо арбитраж на шината и разпределяне на ресурсите;
Опростяване схемотехниката, опроводяването и монтажа;
Икономия на место;
Отпадане необходимостта от сложна синхронизация на сигналите. При паралелната организация битовете преминават под “строй” – такт след такт.
Възможност за унифицирано решение транспорта между всички, без изключение компоненти на компютъра.
Предпоставки за развитие на шина PCI Express
Най-общо при разработка спецификацията на новия стандарт, Intel не измислят нещо качествено ново. Използват се водещи разработки в областта на и кодиране на информацията с устойчивост към грешки.

Компютърните мрежи
PCI Express – сериен интерфейс, имащ много допирни точки с мрежовата организация на обмен на данни.

В съвременните платформи основният свързващ компонент в дънната платка се нарича Root Complex Hub, който свързва три шини - процесорна, шина памет и PCI Express. За взаимодействие с периферните устройства (за известно време е неизбежно присъствието на шините PCI 2.2 или PCI-X) е предвидена система от мостове и превключватели.

Основни принципи на шина PCI Express
Променяща се пропусна способност (scalable bandwidth). Това означава, че всеки производител, използващ стандарта, можа да увеличава или намалява ( чрез броя линии) пропусната способност на шината в зависимост от конкретното решение;
Поддържа се 32- и 64-битова адресация;
Всеки пакет данни има един от трите нива на приоритет, като по този начин системата разпределя и обработва потоците от данни по приоритет;
Архитектура на шината има три нива на организация: физическо, канално и транспортно

Модел на шината PCI Express



Имайки последователно-мрежова природа, моделът PCI Express се разделян на три нива: апаратно (Physical - физически), канално (Data link – предаване на данни) и транспортно (Transaction - транзакции).

Физическо ниво на шина PCI Express
Линия
Физическа среда



PCI Express е построена на принципите на симплексната технология, което означава , че сигналите се предават едновременно, в противоположни направления и по отделни двойки проводници - две двойки, наречени линия.

За всяка посока на предаване се използва двойка проводници с цел контрол качеството на предавания сигнал – по единия проводник се предава сигнала, а по другия неговата инверсна стойност.

Пропусна способност
Стандартът декларира пропусна способност на симплексна линии 2,5 Gbps в една посока или, съответно 5 Gbps в двете посоки.

Единица данни
PCI Express използва блок данни, състоящ се от:
8 бита - данни;
2 бита - служебни за синхронизация.
При този формат се получава 20% излишък, което съответно намалява декларираната пропусна способност.

За да не се разсинхронизират предавателя и приемника, трафикът по шината PCI Express не се прекъсва никога, като в отсъствие на данни се изпраща специална последователният.

Шина
Една линия не е достатъчна, за да се осигури висока пропусна способност. Пропусната способност и тактовата честота на PCI Express могат да варират, като се използват повече от една линия.
Първоначално на физическо ниво ще се поддържа ширина на шината х1, х2, х4, х8, х16 и х32 в едно направление. Интегриран в системния мост или специален комутатор агент на PCI Express ефективно ще разпределя потоците преди да ги изпраща по конкретните физически линии, а в приемника аналогичен агент ще събира различните потоци данни в един.

Канално ниво на шина PCI Express
Отговаря за коректността на предаването на данни. Получавайки от транспортното ниво пакет данни за предаване, алгоритъмът Data Link присъединява към последния номер от последователността контролна сума.
Отговаря за информиране на останалите нива за състоянието на канала за връзка;
Управлява енергопотреблението.

Транспортно ниво на шина PCI Express
Изпраща заявки за четене и запис към и от периферните устройства;
Организира пакети данни за предаване от каналното ниво;
Активира четири различни адресни пространства - памет (адресът може да бъде както 32-, така и 64-разряден), съобщения, конфигурация и вход/изход.

Реализация на шина PCI Express
Има четири разновидности на контактни набори - съответно за 1, 4, 8 и 16 линии. Периферни карти с по-малко количество контакти може да се поставя в слотове с по-голямо количество контакти, при което ще бъдат активиране толкова линии, колкото обслужва картата.
За захранване на устройствата се използват три групи контакти: +12 В, +3,3 В (основно захранване), +3,3 В (помощно захранване).