Шины PCI, PCI-X и PCI Express. PCI Express-что это такое и основные характеристики

PCI Express «родилась» 22 июля 2002 года. Ее создателем стала корпорация Intel, именно в этот день стала доступна её техническая документация. До этого момента, на этапе разработки «шина» имела обозначение 3GIO (third generation input-output). Два этих названия были брендированы PCI SIG (организацией, которая теперь продвигает этот стандарт).

PCIe — высокопроизводительное соединение «точка – точка», пришедшее на смену шине PCI (читается, как ПиСиАй). Физически отличается тем, что не использует общие выделенные линии для связи с процессором, а имеет свои собственные, для каждого подключенного устройства. Напряжение передачи сигнала составляет 0,8 вольт. Каждый канал – представляет собой два физических проводника (четыре контакта). При транслировании информации восемь бит кодируется десятью, что дает неплохую защиту от помех.

Роднит с предшественником ее общая программная модель. Для передачи данных, которая в данном случае осуществляется последовательно, применяется физический протокол с большой пропускной способностью. Используется для подключения высокопроизводительных периферийных устройств. За псевдошиной закрепилась роль локального канала обмена данными.

Отличия PCI Express от PCI

PCI – прежде всего шина, то есть общий канал, который делят все подключенные к нему устройства. А PCI Express – для каждого устройства имеет свои пути, которые оформлены физически. Преемственность цифровой структуры трансфера информации упрощает адаптацию существующих изделий, ранее выпускавшихся для работы со старой шиной. На производстве оказывается достаточным внести незначительные поправки в конструкцию и можно выпускать ту же разновидность, но с новым интерфейсом.

Принцип работы, совместимость

Являясь двусторонним, соединение передает данные последовательно в пакетном режиме. Пропускная способность зависит от исполнения в каждом конкретном случае. PCI Express бывают одна (1х), две и более линий транспорта (2Х, 4Х, 6х, 8х, 12х, 16х, 32х), что определяет длину слота на системной плате. Характерно, что аппаратура способна работать c любым из них, но приспособленные для серьезных скоростей карты расширения не могут физически поместиться в менее производительные разъемы, просто не совпадая в размере. Хотя наоборот, менее продуктивные платы расширения, имеющие короткие контактные группы — легко помещаются в большие и корректно работают.

В таблице мы привели сводную таблицу соотношения количества линий и пропускной способности :

Сейчас доступно несколько спецификаций шины:

  • PCI Express 1.0 и 1.1. Первые и наименее производительные решения, которые сейчас практически не используются. Сохраняются на старых платах, еще встречающихся в эксплуатации.
  • 2.0. Переработке и усовершенствованию подверглись все сколько-нибудь определяющие производительность качества, усовершенствованы логические протоколы, всесторонне оптимизировано управление связью, улучшено автоопределение подключаемых модулей.
  • Внешняя кабельная спецификация PCIe . Позволяет соединять оборудование кабелем длинной до 10 м.
  • 2.1. Промежуточный аналог 2.0 с некоторыми расширенными возможностями, предшествующими появлению 3.0.
  • 3.0. Скорость в 8 гигатранзакций в секунду (ГТ/с) стала доступной благодаря новой системе шифрования 128b/130b. Таким образом разница между pci 2.0 и 3.0 в шифровании и скорости передачи данных.
  • 4.0. Утвержден стандарт недавно — 5.10.2017. По сравнению с предыдущим — скорость удвоена. Возросли отдельные показатели, связанные с виртуализацией, оптимизирована передача пакетов данных.
  • 5.0. Ориентировочно, релиз запланирован зимой-весной 2019. Заявлена расширенная поддержка приложений, визуализирующих виртуальную реальность.

Существующие разъемы и виды портов

Портов подключения для интерфейса существуют множество. Рассмотрим некоторые, самые распространённые из них:

  • MiniPCI-E (M.2). Общая шина для некоторых наиболее распространённых компьютерных протоколов и устройств с интерфейсом x1 и х4 PCIe.
  • ExpressCard. Аналогичный разъем, но с выводом шины только для x1 PCIe.
  • AdvancedTCA, MicroTCA – порты для аппаратуры связи.
  • MobilePCIExpressModule (MXM) – разработка NVIDIA для соединения видеокарт.
  • StackPC – для создания суперкомпьютеров, позволяет масштабировать вычислительные устройства.

Как узнать версию PCI Express на материнской плате

Обычно пишется возле самого слота на материнской плате, но может быть нанесено в другом месте. Еще часто пишут на упаковке материнской платы и указывают в руководстве. Можно зайти на официальный сайт и вбить в поиск серийник системной платы, или попробовать поискать спецификацию по названию и ревизии (разновидность).

Самая часто встречающаяся периферия для наиболее производительных слотов х16 – это видеокарты и ssd-диски. Не редки и контролеры типа дополнительных USB, SATA и подобных им скоростных портов или разнообразные адаптеры, такие как звуковые, музыкальные карты, Wi-Fi модули.

Видеокарта

Жесткий диск

Беспроводной адаптер

Распиновка PCI Express

Исчерпывающе показать расположение выходов линий связи проще на примере линий самого крупного и скоростного порта.

Устройство контактной группы слота PCI-Express 16x:

Соединение PCIe доказало свою эффективность. Оно отвечает всем современным требованиям по скорости передачи информации и стабильности работы. Обладая огромным потенциалом модернизации позволяет сохранять совместимость многочисленных устройств разного поколения: контролеров, адаптеров. Кроме того, служит широким каналом, позволяющим наращивать вычислительные мощности. Особенным и неожиданным местом применения этой технологии стала телекоммуникационная сфера.

Появившись в 2002 году, эта разновидность транспорта данных до сих пор остается самой актуальной, распространенной, непрерывно развивающейся и по-прежнему перспективной.

Какие разъемы бывают на материнской плате и для чего они предназначены. Про это вы узнаете в данной статье.

Разъем для установки процессора или сокет

Разъем для установки процессора – это большой разъем в форме прямоугольника. Как правило, данный разъем находится в верхней части платы.

Разъемы бывают различных типов. Для того чтобы установить процессор на материнскую плату, он должен быть совместим с разъемом на плате.

Бывают случаи, когда тип разъема процессора и платы совпадает, но плата не поддерживает эту модель процессора. В результате такая связка материнской платы и процессора не будет работать.

разъем для процессора или сокет

Современные процессоры от Intel используют такие типы разъемов:

  • Socket 1150
  • Socket 1155
  • Socket 1356
  • Socket 1366
  • Socket 2011

Современные процессоры от AMD используют такие типы разъемов:

  • Socket AM3
  • Socket AM3+
  • Socket FM1
  • Socket FM2

Разъемы для установки оперативной памяти или слоты

Разъемы для установки оперативной памяти – это длинные вертикальные разъемы размещенные справа или по обе стороны от процессора. Современные разъемы для оперативной памяти на материнской плате относятся к типу DDR3.

На более старых моделях материнских плат могут использоваться разъемы DDR2 или DDR1. Все эти типы не совместимы друг с другом. Поэтому установить DDR3 в разъем для DDR2 не получится.

Разъемы PCI Express

Разъемы PCI Express – это разъемы на материнской плате, которые предназначены для установки дополнительных плат. Эти разъемы расположены в нижней части материнской платы.

Разъемы PCI EXPRESS

Разъем PCI Express может быть нескольких типов: PCI Express x1, PCI Express x4 и PCI Express x16. В большинстве случаев, разъем PCI Express x16 используется для установки видеокарт, а остальные слоты для установки других плат расширения, например звуковых карт.

Существует три версии PCI Express. Это PCI Express 1.0, PCI Express 2.0 и PCI Express 3.0. Все эти версии полностью совместимы. Это позволяет устанавливать новые устройства с поддержкой PCI Express 3.0 в старые материнские платы с PCI Express 1.0. Единственное ограничение это скорость передачи данных. При установке нового устройства в старую версию PCI Express устройство будет работать на скорости старой версии PCI Express.

Разъем PCI – это старый разъем для подключения плат расширения. Сейчас он практически не используется и устанавливается только в некоторые материнские платы.

Разъем PCI можно найти в нижней части материнской платы, рядом с разъемами PCI Express.

Разъемы SATA это разъемы, предназначенные для подключения жестких дисков, SSD накопителей и дисководов.

Эти разъемы размещены в нижней части материнской платы и в большинстве случаев окрашены в красный цвет.

Существует три версии SATA, это SATA 1.0, SATA 2.0 и SATA 3.0. Все эти версии полностью совместимы и отличаются только скоростью передачи данных. Для SATA 1.0 скорость составляет 1.5 Гбит/с, для SATA 2.0 – 3 Гбит/с, а для SATA 3.0 – 6 Гбит/с.

Разъем для подключения питания материнской платы размещается справа от оперативной памяти. Он может состоять из 20, 24 или 28 контактов.

В этот разъем нужно подключить питание от блока питания.

Отключите компьютер от электросети. Выключите его и обесточьте - иными словами, отключите системный блок от электричества, вытащив из него соответствующий кабель. Впрочем, затем вам нужно будет отключить и все прочие кабели, которые подключены к системному блоку. Если компьютер вы использовали недавно, то есть смысл несколько минут подождать, пока тот не остынет.

  • Примечание: иные PCI-карты требуют предварительной установки драйверов на устройство, на это в наши дни редкость. Тем не менее, заглядывать в документацию по PCI-карте все равно надо.

Откройте корпус компьютера. PCI-слоты расположены на материнской плате, а добраться до нее можно лишь одним способом: открыв корпус системного блока. Для этого придется снять боковую крышку (правую, если смотреть на заднюю панель корпуса), а та, как правило, сидит на винтах (иногда встречаются модели корпусов, где надо сперва снять верх, но там все тоже на винтах).

  • Как правило, для откручивания тех винтов отвертка не нужна, хотя изредка все же без нее не обойтись.
  • Не кладите корпус на ковер или аналогичные поверхности. Статическое электричество, созданное трением, убьет платы быстро, незаметно и на раз.

  • Найдите PCI-слоты. Прямоугольные слоты напротив прямоугольных же отверстий (прикрытых заглушками) на корпусе - это как раз то, что нужно. Скорее всего, один или даже 2 PCI-слота (те, что ближе всего к процессору) будут заняты видеокартой. Свободным будут, соответственно, 1-2 слота, если только у вас уже не установлены какие-то другие платы.

    • Если найти PCI-слоты что-то не получается, возьмите руководство к материнской плате, там все будет написано.

  • Снимите заглушку напротив пустого PCI-слота. Место напротив каждого слота прикрыто такой заглушкой, чтобы в корпус не попадала пыль. Не бойтесь, заглушки в наше время выламывать уже не надо, они, как правило, на зажимах, а то и на одном-единственном зажиме. Главное на этом этапе - не ошибиться с заглушкой.

    • Не снимайте лишние заглушки, чтобы в корпус не подала лишняя пыль (а она там вся - лишняя).

  • Заземлитесь. Помните, что мы говорили про статику? Запомните: прежде чем лезть во внутренности компьютера, надо заземлиться. Если не заземляться, то есть риск убить статикой платы.

    • Электростатический браслет, который можно купить в магазине товаров для компьютеров, прекрасно подойдет (его надо будет надеть на руку). Впрочем, заземлиться можно и иначе - коснувшись чего-нибудь металлического.

  • Достаньте плату из коробки. Вытаскивайте ее аккуратно, не трогайте ни контуры, вытравленные на плате, ни контакты.

    Вставьте карту. Итак, приставьте карту контактами к PCI-слоту и надавите на нее, чтобы та вошла в слот. Применяйте силу с умом, не сломайте ничего! Затем обязательно проверьте, до конца ли встала карта.

    Закрепите карту. Тем же крепежом, который вы снимали, чтобы вытащить заглушку, теперь закрепите карту, да понадежнее, чтобы та не шаталась!

    • Карта будет находиться в горизонтальном положении, поэтому вопрос закрепления является куда более важным, чем то может показаться на первый взгляд.

  • Закройте корпус компьютера. Верните боковую панель на место, не забудьте про болты. Затем поставьте компьютер обратно и подключите к нему все, что вы перед этим отключили. Впрочем, если вы подключили плату, которая, скажем, добавляет новые USB-порты, то пока в них ничего не подключайте.

    #PCI_Express

    Последовательная шина PCI Express, разработанная Intel и ее партнерами, призвана заменить параллельнуrю шину PCI и ее расширенный и специализированный вариант AGP. Несмотря на похожие наименования, шины PCI и PCI Express имеют мало общего. Протокол параллельной передачи данных, используемый в PCI, накладывает ограничения на ширину полосы пропускания и частоту работы шины; последовательная передача данных, примененная в PCI Express, обеспечивает возможность масштабирования (в спецификациях описываются реализации PCI Express 1x, 2x, 4x, 8x, 16x и 32x). На данный момент актуальной является версия шины с индексом 3.0

    PCI-E 3.0

    В ноябре 2010 года организация PCI-SIG, которая занимается стандартизацией технологии PCI Express, объявила о принятии спецификации PCIe Base 3.0.
    Ключевым отличием от предыдущих двух версий PCIe можно считать измененную схему кодирования - теперь вместо 8 бит полезной информации из 10 бит переданной (8b/10b), по шине можно передать 128 бит полезной информации из 130 бит отправленной, т.е. коэффициент полезной нагрузки практически приблизился к 100%. Кроме того, увеличилась скорость передачи данных до 8 GT/s. Напомним, что это значение для PCIe 1.x составляло 2.5 GT/s, а для PCIe 2.x - 5 GT/s.
    Все вышеперечисленные изменения привели к удвоению пропускной способности шины, по сравнению с шиной PCI-E 2.x. Это значит, что общая пропускная способность шины PCIe 3.0 в конфигурации 16x будет достигать 32 Гб/с. Первыми процессорами, которые были оснащены контроллером PCIe 3.0, стали процессоры Intel, созданные на основе микроархитектуры Ivy Bridge.

    Несмотря на увеличившуюся более чем в три раза пропускную способность PCI-E 3.0 по сравнению с PCI-E 1.1, производительность одних и тех же видеокарт при использовании разных интерфейсов отличается не сильно. В таблице ниже представлены результаты тестов GeForce GTX 980 в разных тестах. Измерения проводились при одних графических настройках, в одной конфигурации Версия шины PCI-E изменялась в настройках BIOS.

    PCI Express 3.0 по-прежнему сохраняет обратную совместимость с предыдущими версиями PCIe.

    PCI-E 2.0

    В 2007 году была принята новая спецификация шины PCI Express - 2.0, главное отличие которой заключается в удвоенной пропускной способности каждой линии передачи в каждом направлении, т.е. в случае с самой популярной версии PCI-E 16x, применяемой в видеокартах, пропускная способность составляет 8Гб/cек в каждом направлении. Первым чипсетом с поддержкой PCI-E 2.0 стал Intel X38.

    PCI-E 2.0 полностью обратно совместим с PCI-E 1.0, т.е. все существующие устройства с интерфейсом PCI-E 1.0 могут работать в слотах PCI-E 2.0 и наоборот.

    PCI-E 1.1

    Первая версия интерфейса PCI Express, появившаяся в 2002 году. Обеспечивала пропускную способность 500 МБ/с на одну линию.

    Сравнение скорости работы различных поколений PCI-E

    Шина PCI работает на частоте 33 или 66 МГц и обеспечивает пропускную способность 133 или 266 Мб/сек, но эта пропускная способность делится между всеми устройствами PCI. Частота, на которой работает шина PCI Express 1.1 - 2.5 ГГц, что дает пропускную способность 2500 МГц / 10 * 8 = 250 * 8 Мбит/сек = 250 Мб/сек (из-за избыточного кодирования для передачи 8 бит данных реально передается 10 бит информации) для каждого устройства PCI Express 1.1 x1 в одном направлении. При наличии нескольких линий для вычисления пропускной способности величину 250 Мб/сек надо умножить на число линий и на 2, т.к. PCI Express является двунаправленной шиной.

    Число линий PCI Express 1.1 Пропускная способность в одном направлении Суммарная пропускная способность
    1 250 МБ/сек 500 МБ/сек
    2 500 Мб/сек 1 ГБ/сек
    4 1 ГБ/сек 2 ГБ/сек
    8 2 ГБ/сек 4 ГБ/сек
    16 4 ГБ/сек 8 ГБ/сек
    32 8 ГБ/сек 16 ГБ/сек

    Обратите внимание! Не следует пытаться установить плату PCI Express в слот PCI, и, наоборот, платы PCI не устанавливаются в слоты PCI Express. Тем не менее, плата PCI Express 1x, например, может быть установлена и, скорее всего, будет нормально функционировать в слоте PCI Express 8x или 16x, но не наоборот: плата PCI Express 16x в слот PCI Express 1x не влезет.
    1. Здравствуйте! Объясните пожалуйста разницу в пропускной способности между интерфейсом PCI Express 3.0 x16 и PCI Express 2.0 x16. Сейчас ещё есть в продаже материнские платы с интерфейсом PCI Express 2.0 x16. Я с ильно потеряю в производительности видюхи, если установлю новую видеокарту интерфейса PCI Express 3.0 на компьютер с материнской платой, где есть только разъём PCI-E 2.0? Думаю что потеряю, ведь суммарная скорость передачи данных у PCI Express 2.0 равна - 16 ГБ/с, а суммарная скорость передачи данных у PCI Express 3.0 в два раза больше - 32 ГБ/с.
    2. Привет! У меня компьютер с мощным, но уже не новым процессором Intel Core i7 2700K и материнской платой, на которой имеется разъём PCI Express 2.0. Скажите, если я куплю новую видеокарту интерфейса PCI Express 3.0, то эта видеокарта будет работать в два раза медленнее, чем если бы у меня была материнка с разъёмом PCI Express 3.0? То есть мне пора менять компьютер?
    3. Ответьте пожалуйста на такой вопрос. На моей материнской плате есть два разъёма: PCI Express 3.0 и PCI Express 2.0, но в разъём PCI Express 3.0 новая видеокарта PCI Express 3.0 не лезет, мешает радиатор южного моста. Если я установлю видеокарту PCI-E 3.0 в слот PCI-E 2.0, то моя видеокарта будет работать хуже, чем если бы она была установлена в слот PCI Express 3.0 ?
    4. Здравствуйте, хочу купить у приятеля за две тысячи рублей немного бывшую в употреблении материнскую плату. Три года назад он покупал её за 7000 рублей, но меня смущает то, что на ней слот для видеокарты интерфейса PCI-E 2.0, а видеокарта у меня PCI-E 3.0. Моя видеокарта на этой материнской плате будет работать на полную мощность или нет?

    Привет друзья! На сегодняшний день в продаже можно встретить материнские платы с разъёмом для установки видеокарт PCI Express 2.0 x16, так и PCI Express 3.0 x16. Тоже самое можно сказать и о графических адаптерах, в продаже встречаются видеокарты с интерфейсом PCI-E 3.0, а также PCI-E 2.0. Если смотреть официальные характеристики интерфейсов PCI Express 3.0 x16 и PCI Express 2.0 x16, то вы узнаете, что суммарная скорость передачи данных у PCI Express 2.0 равна - 16 ГБ/с, а у PCI Express 3.0 она в два раза больше - 32 ГБ/с. Не буду углубляться в дебри специфики работы этих интерфейсов и просто скажу вам, что такая большая разница в скорости передачи данных видна лишь в теории, на практике же она очень небольшая. Если читать статьи на эту тему в интернете, то вы придёте к выводу, что современные видеокарты интерфейса PCI Express 3.0 работают с одинаковой скоростью в разъёмах PCI Express 3.0 x16 и PCI Express 2.0 x16 и разница в пропускной способности между PCI-E 3.0 x16 и PCI-E 2.0 x16 составляет всего 1-2% потери производительности видеокарты . То есть, всё равно в какой слот вы установите видеокарту, в PCI-E 3.0 или PCI-E 2.0, работать всё будет одинаково.

    Но к сожалению все эти статьи написаны в 2013 и 2014 году и в то время не было таких игр, как Far Cry Primal, Battlefield 1 и других новинок, появившихся в 2016 году. Также в 2016 году увидело свет семейство графических процессоров NVIDIA 10-ой серии, к примеру видеокарты GeForce GTX 1050 и GeForce GTX 1050 Ti и даже GTX 1060. Мои эксперименты с новыми играми и новыми видеокартами показали, что преимущество интерфейса PCI-E 3.0 над PCI-E 2.0 уже далеко не 1-2%, а в среднем 6-7%. Что интересно, если видеокарта ниже классом, чем GeForce GTX 1050 , то процент меньше (2-3 %) , а если наоборот, то больше - 9-13%.

    Итак, в своём эксперименте я использовал видеокарту GeForce GTX 1050 интерфейса PCI-E 3.0 и материнскую плату с разъёмами PCI Express 3.0 x16 и PCI Express 2.0 x16.

    Н астройки графики в играх везде максимальные.

    1. Игра FAR CRY PRIMAL. Интерфейс PCI-E 3.0 показал преимущество над PCI-E 2.0, так как всегда выше на 4-5 кадров, что в процентом соотношении примерно 4 % %.
    2. Игра Battlefield 1.Отрыв PCI-E 3.0 от PCI-E 2.0 составил 8-10 кадров , что в процентом соотношении примерно 9 %.
    3. Rise of the Tomb Raider. Преимущество PCI-E 3.0 составляет в среднем 9- 10 fps или 9 %.
    4. Ведьмак. Преимущество PCI-E 3.0 составил 3 %.
    5. Grand Theft Auto V. Преимущество PCI-E 3.0 составляет 5 fps или 5 %.

    То есть, разница в пропускной способности между интерфейсом PCI-E 3.0 x16 и PCI-E 2.0 x16 всё же есть и не в пользу PCI-E 2.0. Поэтому я бы не стал покупать на данный момент материнскую плату с одним разъёмом PCI-E 2.0.

    Один мой приятель купил бывшую в употреблении материнскую плату за три тысячи рублей. Да, когда-то она была наворочена и стоила около десяти тысяч рублей, на ней много разъёмов SATA III и USB 3.0, также 8 слотов для оперативки, она поддерживает технологию RAID и др, но построена она на устаревшем чипсете и слот для видеокарты на ней PCI Express 2.0! Моё мнение, лучше бы купил . Почему?

    Вполне может так случиться, что уже через год-два новейшие видеокарты будут работать только в разъёме PCI Express 3.0 x16 , а на вашей материнке будет морально-устаревший и уже неиспользуемый производителями разъём PCI Express 2.0 x16 . Вы купите новую видеокарту, а она откажется работать в старом разъёме. Лично я уже много раз сталкивался с тем, что видеокарта PCI-E 3.0 не запускалась на мат. плате с разъёмом PCI-E 2.0, и не помогало даже обновление БИОСа материнской платы. Также я имел дело с видеокартами PCI-E 2.0 x16, которые отказывались работать на старых материнских платах с интерфейсом PCI-E 1.0 x16, хотя везде пишут об обратной совместимости. Случаев, когда видеокарта PCI Express 3.0 x16 не заводилась на материнках с PCI Express 1.0 x16, ещё больше.

    Ну и не забудьте о появлении уже в этом году интерфейса PCI Express 4.0. В этом случае устаревшим окажется уже PCI Express 3.0.