Системная шина PCI-Express. Слоты и устройства.

Шина PCI-Express.

Первоначально планировалось довести рабочую частоту шины PCI-X до 1066 МГц. Но по мере повышения рабочей тактовой частоты в параллельной шине возникают все большие трудности с надежной передачей данных. Электрические помехи в изолированных параллельных проводниках, в конечном счете, достигают порога, при котором одновременная передача нескольких битов данных становится невозможной. При достижении такого порога в любом виде связи решением обычно является реализация какого-либо последовательного (по одному биту за раз) метода передачи данных из точки A в точку B.

Для шин системных плат ПК решением был переход на последовательную шину расширения PCI, называющуюся PCI Express (PCI-E или PCIe). В чипсетах для системных плат Pentium с шиной PCIe используется такая же драйверная поддержка, как и для традиционного интерфейса PCI. Но в PCIe параллельные данные, которые нужно передать по шине, сначала преобразуются в пакеты последовательных данных, которые преобразуются обратно в параллельный формат по прибытию по месту назначения.

В базовой архитектуре PCIe применяются две пары проводов, данные по которым в каждом направлении передаются со скоростью до 5,5 Гбайт/с посредством сигнала LVDS (low-voltage differential signal, низковольтный разностный сигнал). Каждый такой двунаправленный путь называется линией (lane) и является полнодуплексным, т. е. поддерживает одновременную передачу в обоих направлениях. Это возможно благодаря тому, что одна пара проводов применяется для передачи, а другая — для приема.

Спецификацией шины PCI-Express предусмотрена возможность мультиплексирования линий PCIe, так что один коммутатор обслуживает «связку» параллельно идущих дорожек типа «lane», которые образуют мультилинейный канал, пропускная способность которого возрастает кратно числу базовых lane-соединений. Подобные мульти-соединения PCIe между устройствами называются линками (link). К примеру, если устройство подключено к коммутатору посредством двух линий PCIe, составляющих двухлинейный линк (х2), то пропускная способность будет равна скорости однолинейного (х1) линка умноженной на 2.

Спецификация PCI-Express включает х1, х2, х4, х8, х12, х16 и х32-линейные линки. Но современные PCIe чипсеты поддерживают только 20 линий, и 16 линий обычно используются для слота х16 PCIe видеоадаптера. Особые микросхемы, которые являются частью южного моста чипсета, выступают своеобразными коммутаторами для большинства слотов расширения PCI-Express. В некоторых чипсетах коммутаторы для подключения слотов х16 расположены в северном мосте. На данный момент слот х16 PCIe является наиболее успешной реализацией стандарта PCIe. Остальные четыре линии можно распределить в любой комбинации между слотами х1, х2 и х4.

Слоты PCI-Express.

В стандарте PCIe применяется четыре типа слотов. Слот х1 содержит 36 контактов. Слот х4 имеет большие физические размеры и содержит 64 контакта, слот х8 — 98 контактов, а слот х16 — 164 контакта.

Число и расположение слотов PCI-Express на системных платах в значительной мере определяются предпочтениями производителей системных плат. Спецификация BTX предусматривает один слот х16 и два слота х1 для системных плат этого форм-фактора. Слот х16 заменяет традиционный до недавнего времени слот AGP для видеоадаптера, который рассматривается в следующем разделе. Некоторые системные платы оснащаются двумя слотами х16, а на некоторых применяется комбинация слотов х8, х4 и х1 . На таких платах также может применяться несколько обычных слотов PCI.

Спецификация PCI-Express позволяет совмещать разъемы и платы совпадающие по числу контактов (и линий), а кроме того — ставить платы с меньшим числом контактов, чем у принимающего слота.

Например, плату х8 можно вставить в слот х16. Хотя торцевой разъем такой платы не заполнит все пространство слота, контакты платы и разъема должны совпадать и плата должна работать без проблем. Во время загрузки системы главный контроллер PCIe (также называемый коммутатором PCIe) проверяет плату в слоте и выделяет слоту необходимое число линий. Остальные линии распределяются между другими слотами PCIe.

Как уже упоминалось, системные платы могут оснащаться комбинацией обычных слотов PCI и слотов PCIe. Мост «PCI — PCIe» преобразует информацию PCIe в стандартные сигналы PCI. Таким образом, стандартные устройства PCI могут быть включены в систему с шинами PCIe. Схематику, предоставляющую функциональность мостов, начинают включать в чипсеты PCI-Express. На таких системных платах мост «PCI — PCIe» является частью микросхемы южного моста. В других случаях мост помещается на самой плате адаптера.

Конфигурирование устройств PCIe.

На этапе обнаружения и конфигурирования устройств PnP коммутатор PCIe чипсета проводит операцию согласования с устройствами PCIe, чтобы выяснить максимальное число линий, которые можно выделить линку. Результат этой операции зависит от трех факторов:

• числа физических линий, которые линк может поддерживать;

• числа линий, требуемых устройством;

• числа линий, которые может поддерживать коммутатор PCIe.