Was bedeutet PCI Express x16? PCI-Schnittstelle in einem Computer: Typen und Zweck

Im Frühjahr 1991 schloss Intel die Entwicklung der ersten Prototypversion des PCI-Busses ab. Die Aufgabe der Ingenieure bestand darin, eine kostengünstige und leistungsstarke Lösung zu entwickeln, die die Fähigkeiten der Prozessoren 486, Pentium und Pentium Pro ausschöpft. Darüber hinaus mussten die Fehler von VESA beim Entwurf des VLB-Busses berücksichtigt werden (die elektrische Last erlaubte nicht den Anschluss von mehr als 3 Erweiterungskarten) und eine automatische Gerätekonfiguration implementiert werden.

1992 erschien die erste Version des PCI-Busses, Intel kündigte die Offenheit des Busstandards an und gründete die PCI Special Interest Group. Dadurch hat jeder interessierte Entwickler die Möglichkeit, Geräte für den PCI-Bus zu erstellen, ohne eine Lizenz erwerben zu müssen. Die erste Version des Busses hatte eine Taktfrequenz von 33 MHz, konnte 32- oder 64-Bit sein und Geräte konnten mit Signalen von 5 V oder 3,3 V betrieben werden. Theoretisch betrug der Busdurchsatz 133 MB/s, in Wirklichkeit jedoch der Durchsatz betrug ca. 80 MB/s

Hauptmerkmale:

• Busfrequenz - 33,33 oder 66,66 MHz, synchrone Übertragung;
• Busbreite - 32 oder 64 Bit, Multiplexbus (Adresse und Daten werden über dieselben Leitungen übertragen);
• Der Spitzendurchsatz für die 32-Bit-Version mit 33,33 MHz beträgt 133 MB/s;
• Speicheradressraum – 32 Bit (4 Byte);
• Adressraum der I/O-Ports – 32 Bit (4 Byte);
• Konfigurationsadressraum (für eine Funktion) – 256 Bytes;
• Spannung - 3,3 oder 5 V.

Fotos von Anschlüssen:

MiniPCI – 124-polig
MiniPCI Express MiniSata/mSATA – 52-polig
Apple MBA SSD, 2012
Apple SSD, 2012
Apple PCIe SSD
MXM, Grafikkarte, 230/232 Pin
MXM2 NGIFF 75 Pins SCHLÜSSEL A PCIe x2 SCHLÜSSEL B PCIe x4 Sata SMBus
MXM3, Grafikkarte, 314-Pin
PCI 5V
PCI Universal
PCI-X 5v
AGP Universal
AGP 3.3 v
AGP 3,3 V + ADS-Stromversorgung
PCIe x1
PCIe x16
Benutzerdefiniertes PCIe
ISA 8bit
ISA 16bit
eISA
VESA
NuBus
PDS
PDS
Apple II/GS Expasion-Steckplatz
PC/XT/AT-Erweiterungsbus 8 Bit
ISA (Industriestandardarchitektur) – 16 Bit
eISA
MBA – Micro-Bus-Architektur 16 Bit
MBA – Micro-Bus-Architektur mit 16-Bit-Video
MBA – Micro-Bus-Architektur 32 Bit
MBA – Micro-Bus-Architektur mit 32-Bit-Video
ISA 16 + VLB (VESA)
Prozessor-Direktsteckplatz PDS
601 Prozessor-Direktsteckplatz-PDS
LC-Prozessor-Direktsteckplatz PERCH
NuBus
PCI (Peripheral Computer Interconnect) – 5 V
PCI 3.3v
CNR (Kommunikations-/Netzwerk-Riser)
AMR (Audio-/Modem-Riser)
ACR (Advanced Communication Riser)
PCI-X (Peripherie-PCI) 3,3 V
PCI-X 5v
PCI 5v + RAID-Option – ARO
AGP 3,3v
AGP 1,5 V
AGP Universal
AGP Pro 1,5 V
AGP Pro 1,5 V + ADC-Stromversorgung
PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) x1
PCIe x4
PCIe x8
PCIe x16

PCI 2.0

Die erste verbreitete Version des Basisstandards nutzte sowohl Karten als auch Steckplätze mit einer Signalspannung von nur 5 Volt. Spitzendurchsatz – 133 MB/s.

PCI 2.1 - 3.0

Sie unterschieden sich von der Version 2.0 durch die Möglichkeit des gleichzeitigen Betriebs mehrerer Busmaster (engl. Bus-Master, sogenannter Wettbewerbsmodus) sowie durch das Erscheinen universeller Erweiterungskarten, die beide in Steckplätzen mit einer Spannung von 5 Volt betreiben können und in Steckplätzen mit 3,3 Volt (mit einer Frequenz von 33 bzw. 66 MHz). Der Spitzendurchsatz beträgt bei 33 MHz 133 MB/s und bei 66 MHz 266 MB/s.

• Version 2.1 - Arbeiten mit Karten, die für eine Spannung von 3,3 Volt ausgelegt sind, und das Vorhandensein entsprechender Stromleitungen war optional.
• Version 2.2 – Erweiterungskarten, die gemäß diesen Standards hergestellt wurden, verfügen über einen universellen Stromanschlussschlüssel und können in vielen späteren Arten von PCI-Bus-Steckplätzen sowie in einigen Fällen auch in Steckplätzen der Version 2.1 verwendet werden.
• Version 2.3 – Inkompatibel mit PCI-Karten, die für die Verwendung von 5 Volt ausgelegt sind, trotz der fortgesetzten Verwendung von 32-Bit-Steckplätzen mit einem 5-Volt-Schlüssel. Erweiterungskarten verfügen über einen Universalanschluss, können jedoch nicht in 5-Volt-Steckplätzen früherer Versionen (bis einschließlich 2.1) betrieben werden.
• Version 3.0 – schließt den Übergang zu 3,3-Volt-PCI-Karten ab, 5-Volt-PCI-Karten werden nicht mehr unterstützt.

PCI 64

Eine Erweiterung des grundlegenden PCI-Standards, eingeführt in Version 2.1, die die Anzahl der Datenspuren und damit den Durchsatz verdoppelt. Der PCI-64-Steckplatz ist eine erweiterte Version des regulären PCI-Steckplatzes. Formal ist die Kompatibilität von 32-Bit-Karten mit 64-Bit-Steckplätzen (vorausgesetzt, es gibt eine gemeinsame unterstützte Signalspannung) vollständig, aber die Kompatibilität einer 64-Bit-Karte mit 32-Bit-Steckplätzen ist begrenzt (auf jeden Fall wird es eine geben). ein Leistungsverlust). Arbeitet mit einer Taktfrequenz von 33 MHz. Spitzendurchsatz – 266 MB/s.

• Version 1 – verwendet einen 64-Bit-PCI-Steckplatz und eine Spannung von 5 Volt.
• Version 2 – verwendet einen 64-Bit-PCI-Steckplatz und eine Spannung von 3,3 Volt.

PCI 66

PCI 66 ist eine 66-MHz-Weiterentwicklung von PCI 64; verbraucht 3,3 Volt im Steckplatz; Die Karten haben einen Universal- oder 3,3-V-Formfaktor. Der Spitzendurchsatz beträgt 533 MB/s.

PCI 64/66

Die Kombination von PCI 64 und PCI 66 ermöglicht eine viermal höhere Datenübertragungsgeschwindigkeit als der grundlegende PCI-Standard; Verwendet 64-Bit-3,3-V-Steckplätze, die nur mit Universalsteckplätzen kompatibel sind, und 3,3-V-32-Bit-Erweiterungskarten. PCI64/66-Standardkarten haben entweder einen universellen (aber mit eingeschränkter Kompatibilität mit 32-Bit-Steckplätzen) oder einen 3,3-Volt-Formfaktor (letztere Option ist grundsätzlich nicht mit 32-Bit-33-MHz-Steckplätzen gängiger Standards kompatibel). Spitzendurchsatz – 533 MB/s.

PCI-X

PCI-X 1.0 ist eine Erweiterung des PCI64-Busses mit zwei neuen Betriebsfrequenzen, 100 und 133 MHz, sowie einem separaten Transaktionsmechanismus zur Verbesserung der Leistung, wenn mehrere Geräte gleichzeitig arbeiten. Generell abwärtskompatibel mit allen 3,3-V- und generischen PCI-Karten. PCI-X-Karten werden normalerweise in einem 64-Bit-3.3B-Format implementiert und sind nur begrenzt abwärtskompatibel mit PCI64/66-Steckplätzen. Einige PCI-X-Karten haben ein universelles Format und sind funktionsfähig (obwohl dies fast keinen praktischen Wert hat). ) in einem regulären PCI 2.2/2.3. Um in schwierigen Fällen völlig sicher zu sein, dass die Kombination aus Motherboard und Erweiterungskarte funktionsfähig ist, müssen Sie einen Blick auf die Kompatibilitätslisten der Hersteller beider Geräte werfen.

PCI-X 2.0

PCI-X 2.0 – weitere Erweiterung der Fähigkeiten von PCI-X 1.0; Hinzu kamen Frequenzen von 266 und 533 MHz sowie eine Paritätsfehlerkorrektur bei der Datenübertragung (ECC). Ermöglicht die Aufteilung in 4 unabhängige 16-Bit-Busse, die ausschließlich in verwendet werden eingebettete und industrielle Systeme; Die Signalspannung wurde auf 1,5 V reduziert, die Anschlüsse sind jedoch abwärtskompatibel mit allen Karten, die eine Signalspannung von 3,3 V verwenden. Derzeit für das nicht-professionelle Segment des Hochleistungscomputermarktes (leistungsstarke Workstations und Einstiegsserver). ), in dem der PCI-X-Bus verwendet wird; es werden nur sehr wenige Motherboards hergestellt, die den Bus unterstützen. Ein Beispiel für ein Motherboard für dieses Segment ist ASUS P5K WS. Im Profi-Segment kommt es in RAID-Controllern und SSD-Laufwerken für PCI-E zum Einsatz.

Mini-PCI

Formfaktor PCI 2.2, hauptsächlich für den Einsatz in Laptops vorgesehen.

PCI-Express

PCI Express oder PCIe oder PCI-E (auch bekannt als 3GIO für I/O der 3. Generation; nicht zu verwechseln mit PCI-X und PXI) – Computerbus(obwohl es sich auf der physischen Ebene nicht um einen Bus handelt, sondern um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung), mit Softwaremodell PCI-Busse und ein leistungsstarkes physikalisches Protokoll basierend auf serielle Datenübertragung. Die Entwicklung des PCI-Express-Standards wurde von Intel begonnen, nachdem der InfiniBand-Bus aufgegeben worden war. Offiziell erschien die erste grundlegende PCI-Express-Spezifikation im Juli 2002. Die Entwicklung des PCI-Express-Standards erfolgt durch die PCI Special Interest Group.

Im Gegensatz zum PCI-Standard, der einen gemeinsamen Bus für die Datenübertragung mit mehreren parallel verbundenen Geräten verwendete, handelt es sich bei PCI Express im Allgemeinen um ein Paketnetzwerk mit Sterntopologie. PCI-Express-Geräte kommunizieren untereinander über ein aus Switches bestehendes Medium, wobei jedes Gerät direkt über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit dem Switch verbunden ist. Darüber hinaus unterstützt der PCI-Express-Bus:

• Hot-Swap-Karten;
• garantierte Bandbreite (QoS);
• Energiemanagement;
• Überwachung der Integrität der übertragenen Daten.

Der PCI-Express-Bus ist ausschließlich für die Verwendung als lokaler Bus vorgesehen. Da das PCI-Express-Softwaremodell größtenteils von PCI übernommen wurde, können vorhandene Systeme und Controller so geändert werden, dass sie den PCI-Express-Bus verwenden, indem nur die physikalische Schicht ersetzt wird, ohne dass die Software geändert werden muss. Die hohe Spitzenleistung des PCI-Express-Busses ermöglicht den Einsatz anstelle von AGP-Bussen und insbesondere von PCI und PCI-X. De facto ersetzte PCI Express diese Busse in Personalcomputern.

• MiniCard (Mini PCIe) – Ersatz für den Mini-PCI-Formfaktor. Der Mini-Card-Anschluss unterstützt die folgenden Busse: x1 PCIe, 2.0 und SMBus.
  • M.2 ist die zweite Version von Mini PCIe, bis hin zu x4 PCIe und SATA.
• ExpressCard – ähnlich dem PCMCIA-Formfaktor. Der ExpressCard-Anschluss unterstützt x1 PCIe- und USB 2.0-Busse; ExpressCard-Karten unterstützen Hot-Plugging.
• AdvancedTCA, MicroTCA – Formfaktor für modulare Telekommunikationsgeräte.
  
• Das Mobile PCI Express Module (MXM) ist ein industrieller Formfaktor, der von NVIDIA für Laptops entwickelt wurde. Es dient zum Anschluss von Grafikbeschleunigern.
• Dank der PCI-Express-Kabelspezifikationen kann die Länge einer Verbindung mehrere zehn Meter erreichen, was es ermöglicht, einen Computer zu erstellen, dessen Peripheriegeräte sich in beträchtlicher Entfernung befinden.
  
• StackPC ist eine Spezifikation zum Aufbau stapelbarer Computersysteme. Diese Spezifikation beschreibt die Erweiterungsanschlüsse StackPC, FPE und ihre relativen Positionen.

Obwohl der Standard x32-Leitungen pro Port zulässt, sind solche Lösungen physikalisch recht sperrig und nicht verfügbar.

PCI Express 2.0

Die PCI-SIG hat am 15. Januar 2007 die PCI Express 2.0-Spezifikation veröffentlicht. Wichtige Neuerungen bei PCI Express 2.0:

• Erhöhter Durchsatz: Bandbreite einer Leitung 500 MB/s oder 5 GT/s ( Gigatransaktionen/s).
• Es wurden Verbesserungen am Übertragungsprotokoll zwischen Geräten und am Softwaremodell vorgenommen.
• Dynamische Geschwindigkeitsregelung (zur Steuerung der Kommunikationsgeschwindigkeit).
• Bandbreitenwarnung (um die Software über Änderungen der Busgeschwindigkeit und -breite zu informieren).
• Zugriffskontrolldienste – Optionale Punkt-zu-Punkt-Transaktionsverwaltungsfunktionen.
• Kontrolle des Ausführungszeitlimits.
• Das Zurücksetzen auf Funktionsebene ist ein optionaler Mechanismus zum Zurücksetzen von PCI-Funktionen innerhalb eines PCI-Geräts.
• Neudefinition des Leistungslimits (um das Leistungslimit des Steckplatzes neu zu definieren, wenn Geräte angeschlossen werden, die mehr Strom verbrauchen).

PCI Express 2.0 ist vollständig kompatibel mit PCI Express 1.1 (alte funktionieren auf Motherboards mit neuen Anschlüssen, jedoch nur mit einer Geschwindigkeit von 2,5 GT/s, da alte Chipsätze keine doppelten Datenübertragungsraten unterstützen können; neue Videoadapter funktionieren problemlos in alte PCI-Express-1.x-Anschlüsse).

PCI Express 2.1

Von den physikalischen Eigenschaften (Geschwindigkeit, Anschluss) entspricht es 2.0; im Softwareteil wurden Funktionen hinzugefügt, die in Version 3.0 vollständig umgesetzt werden sollen. Da die meisten Motherboards mit Version 2.0 verkauft werden, können Sie den 2.1-Modus nicht verwenden, wenn Sie nur über eine Grafikkarte mit 2.1 verfügen.

PCI Express 3.0

Im November 2010 wurden die Spezifikationen für PCI Express 3.0 genehmigt. Die Schnittstelle hat eine Datenübertragungsrate von 8 GT/s ( Gigatransaktionen/s). Trotzdem wurde der tatsächliche Durchsatz im Vergleich zum PCI Express 2.0-Standard immer noch verdoppelt. Dies wurde durch ein aggressiveres 128b/130b-Codierungsschema erreicht, bei dem 128 Bit der über den Bus gesendeten Daten in 130 Bit codiert werden. Gleichzeitig bleibt die volle Kompatibilität mit früheren Versionen von PCI Express erhalten. PCI Express 1.x- und 2.x-Karten funktionieren in Steckplatz 3.0 und umgekehrt funktioniert eine PCI Express 3.0-Karte in den Steckplätzen 1.x und 2.x.

PCI Express 4.0

Die PCI Special Interest Group (PCI SIG) gab an, dass PCI Express 4.0 noch vor Ende 2016 standardisiert werden könnte, doch Mitte 2016, als eine Reihe von Chips bereits für die Produktion vorbereitet wurden, berichteten Medien, dass die Standardisierung Anfang 2017 erwartet werde . wird einen Durchsatz von 16 GT/s haben, also doppelt so schnell wie PCIe 3.0.

Hinterlasse ein Kommentar!

Die physikalische Schicht der Schnittstelle ermöglicht sowohl eine elektrische als auch eine optische Implementierung. Die grundlegende elektrische Schnittstellenverbindung (1x) besteht aus zwei differenziellen Niederspannungssignalpaaren – Senden (Signale PETp0, PETn0) und Empfangen (PERp0, PERn0). Die Schnittstelle nutzt eine DC-Isolierung von Sendern und Empfängern, was die Kompatibilität der Komponenten unabhängig von der Kogewährleistet und einige Probleme bei der Signalübertragung beseitigt. Zur Übertragung wird eine selbstsynchronisierende Kodierung verwendet, wodurch hohe Übertragungsraten erreicht werden können. Die Basisgeschwindigkeit beträgt 2,5 Gbit/s Rohdaten (nach 8B/10B-Kodierung) in jede Richtung, höhere Geschwindigkeiten sind für die Zukunft geplant. Um den Durchsatz zu skalieren, ist es möglich, Signalleitungen (Spuren, Signalpaare in der elektrischen Schnittstelle) mit der gleichen Anzahl in beide Richtungen zu aggregieren. Die Spezifikation berücksichtigt Verbindungsoptionen von 1, 2, 4, 8, 12, 16 und 32 Leitungen (bezeichnet als x1, x2, x4, x8, x12, x16 und x32); Die zwischen ihnen übertragenen Daten werden byteweise verteilt. In jeder der Leitungen wird die Selbstsynchronisierung unabhängig durchgeführt, sodass das Carryover-Phänomen (die Geißel paralleler Schnittstellen) nicht auftritt. Auf diese Weise sind Geschwindigkeiten von bis zu 32×2,5 = 80 Gbit/s erreichbar, was in etwa einer Spitzengeschwindigkeit von 8 GB/s entspricht. Während der Hardware-Initialisierung handelt jede Verbindung die Anzahl der Leitungen und die Übertragungsgeschwindigkeit aus; Die Verhandlung erfolgt auf niedriger Ebene ohne jegliche programmatische Beteiligung. Die vereinbarten Anschlussparameter gelten für die gesamte Dauer der Folgearbeiten.

Für die Bereitstellung von Hot-Plugging auf der physischen PCI-Express-Ebene fallen keine zusätzlichen Hardwarekosten an, da bei der Punkt-zu-Punkt-Verbindung keine unnötigen Teilnehmer beteiligt sind. Eine sichere Signalumschaltung ist nicht erforderlich; die Fähigkeiten des angeschlossenen Geräts haben keinen Einfluss auf die Betriebsarten anderer Geräte.

Die geringe Anzahl von Schnittstellensignalpins bietet mehr Freiheit bei der Auswahl von PCI-Express-Designimplementierungen:

• Verbindung von Komponenten innerhalb der Platine;
• Steckplätze und Erweiterungskarten in PC/AT- und ATX-Ausführung;
• interne und externe Erweiterungskarten für mobile PCs;
• kleine Ein-/Ausgabemodule für Server und Kommunikationsgeräte;
• Module für Industriecomputer;
• lösbare Verbindung von „Tochter“-Karten (Mezannin-Schnittstelle);
• Kabelverbindungen von Blöcken.

Für Erweiterungskarten im PC/AT- und ATX-Design sind verschiedene Modifikationen des PCI-Express-Anschlusssteckplatzes vorgesehen, die sich in der Anzahl der Signalleitungspaare (x1, x4, x8, x16) und dementsprechend in der Größe unterscheiden (siehe Abbildung unten). Gleichzeitig können Karten mit einem gleich großen oder kleineren Anschluss in größere Steckplätze eingebaut werden (dies wird als Up-Plugging bezeichnet). Die umgekehrte Möglichkeit (Downplugging) – eine größere Karte in einen kleineren Steckplatz – ist jedoch mechanisch nicht möglich (bei PCI/PCI-X ist dies möglich). Wie oben gezeigt, bietet die kleinste PCI-Express-Variante den gleichen Durchsatz wie ein Standard-PCI-Bus.

Die Pinbelegung der PCI-Express-Steckplätze ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Der Satz an PCI-Express-Schnittstellensignalen ist klein:

• PETp0, PETn0… PETp15, PETn15 – Ausgänge der Signalpaarsender 0…15;
• PERp0, PERn0... PERp15, PERn15 – Empfängereingänge;
• REFCLK+ und REFCLK – 100-MHz-Referenzfrequenzsignale;
• PEST# – Karten-Reset-Signal;
• WAKE# – „Wake-up“-Signal (von der Karte);
• PRSNT1#, PRSNT2# – Erkennungssignale für Kartenverbindung/-trennung für das Hot-Plug-System. Auf der Karte sind diese Stromkreise miteinander verbunden und für PRSNT2# wird der Kontakt mit der höchsten Nummer ausgewählt. Auf diese Weise können Sie die Momente des Verbindens und Trennens (im Falle eines Kippens der Karte) genauer verfolgen. Um die Anzahl der Leitungen der angeschlossenen Karte zu ermitteln, werden diese Leitungen nicht genutzt – die Leitungskapazität wird automatisch beim Verbindungsaufbau (im Trainingsvorgang) ermittelt.

Darüber hinaus enthält der Steckplatz optionale SMBus-Bussignale (SMB_CLK und SMB_DATA) und JTAG-Schnittstellensignale (TCLK, TDI, TDO, TMS, TRST#).

Die Stromversorgung der Karten erfolgt über folgende Busse:

• +3,3 V – Hauptstromversorgung +3 V bei Strom bis zu 9 A;
• +12 V – Hauptstromversorgung +12 V mit einem Strom von bis zu 0,5/2,1/4,4 A für die Steckplätze x1/x4 bzw. x8/x16;
• +3,3 Vaux – zusätzliche Leistung, Strom bis zu 375 mA in Systemen, die durch ein Signal von der Karte aktiviert werden können, und bis zu 20 mA in nicht aktivierbaren Systemen.

Tisch. PCI-Express-Steckplätze

Für mobile Computer führte PCMCIA das ExpressCard-Design ein (siehe folgende Abbildung), bei dem zwei Schnittstellen an den Systemanschluss ausgegeben werden: PCI Express (1x) und USB 2.0. ExpressCard-Module sind kompakter als frühere PCMCIA-Karten (PC Card und CardBus); Es stehen zwei Varianten zur Verfügung, die sich in der Breite unterscheiden: ExpressCard/34 (34×75×5 mm) und ExpressCard/54 (54×75×5 mm). Die Dicke der Module beträgt nur 5 mm, bei längeren Modulen können jedoch bei Bedarf teilweise Verdickungen vorhanden sein, die über die Abmessungen des Computergehäuses hinausgehen (mehr als 75 mm vom Rand des Steckers entfernt). Wie ältere PCIMCIA-Karten sind ExpressCards für den Benutzer zugänglich und Hot-Plug-fähig.

Für interne Erweiterungskarten von Notebook-PCs wurde das Mini-PCI-Express-Design eingeführt (siehe Abbildung unten), dessen Format vom Mini-PCI-Typ IIIA abgeleitet ist. Durch die Reduzierung der Anzahl der Pins verringert sich die Kartenbreite auf 30 mm, sodass Sie anstelle einer Mini-PCI-Karte ein Paar Mini-PCI-Express-Karten unterbringen können. Der Kartenanschluss (siehe Tabelle unten) enthält neben PCI Express die seriellen Busschnittstellen USB 2.0 (USB_D+ und USB_D-) und SMBus (SMB_CLK und SMB_DATA), Stromversorgung +3,3 V (750 mA Haupt- und 250 mA zusätzlich) und + 1,5 V (375 mA). Die PCI-Express-Schnittstelle selbst (x1) belegt nur 6 Pins (Senderausgänge PETp0 und PETn0, Empfängereingänge PERp0 und PERn0 sowie 100-MHz-Referenzfrequenzsignale REFCLK+ und REFCLK-. PST#-Signal – Karten-Reset, WAKE#-Signal – „ wake up“ (von der Karte) LED_Wxxx#-Signale steuern die Status-LEDs.

Tisch. Mini-PCI-Express-Anschlüsse

Die PCI-Express-Schnittstelle bietet bequem Platz für Ein-/Ausgabe- und Netzwerkschnittstellenmodule für Server und Rack-Kommunikationsgeräte. Solche Module können recht kompakt sein (2U-Höhe verursacht keine Probleme bei der Steckerplatzierung), während die Schnittstellenleistung selbst für so kritische Module wie Fibre Channel, Gigabit Ethernet (GbE) und 10GbE ausreichend ist.

Die PCI-Express-Schnittstelle wird auch für Industriecomputer akzeptiert, für die es PICMG 3.4-Spezifikationen (kleine Bauformen für x1, x2 und x4) sowie Bauformen im Compact-PCI-Format gibt.

Die PCI-Express-Schnittstelle gibt es auch in einer Kabelversion für die Kabelverbindung von Geräten, die in geringem Abstand zueinander stehen. Über PCI Express können Sie beispielsweise Dockingstationen an Notebook-PCs anschließen. Die Möglichkeit, eine Schnittstelle auf Systemebene außerhalb des Computergehäuses auszugeben, wurde von PCI-Express-Vorgängern nur vom ISA-Bus und dann nur bei niedrigen Kommunikationsgeschwindigkeiten (bei Frequenzen bis zu 5 MHz) unterstützt. Von den neuen seriellen Schnittstellen auf Systemebene verfügt auch InfiniBand über diese Fähigkeit. Das Vorhandensein einer Kabelversion einer Hochleistungsschnittstelle auf Systemebene kann es uns ermöglichen, vom traditionellen Computerlayout abzuweichen, bei dem alle Komponenten, die einen intensiven Austausch mit dem Computerkern erfordern, in der Systemeinheit konzentriert sind.

Fast alle modernen Mainboards sind derzeit mit einem PCI-E x16-Erweiterungssteckplatz ausgestattet. Dies ist nicht überraschend: Darin ist ein diskreter Grafikbeschleuniger installiert, ohne den die Erstellung eines produktiven Personalcomputers in der Regel nicht möglich ist. Es sind dessen Hintergrundgeschichte, technische Spezifikationen und mögliche Betriebsarten, die in Zukunft diskutiert werden.

Hintergrund zum Aussehen des Erweiterungssteckplatzes

Anfang der 2000er Jahre kam es mit dem AGP-Erweiterungssteckplatz, der damals zum Einbau genutzt wurde, zu einer Situation, in der das maximale Leistungsniveau erreicht war und seine Fähigkeiten nicht mehr ausreichten. Als Ergebnis entstand das PCI-SIG-Konsortium, das mit der Entwicklung der Software- und Hardwarekomponenten des zukünftigen Steckplatzes für den Einbau von Grafikbeschleunigern begann. Das Ergebnis seiner Kreativität war 2002 die erste PCI-Express-16x-1.0-Spezifikation.

Um die Kompatibilität zwischen den beiden damals vorhandenen diskreten Grafikadapter-Installationsanschlüssen sicherzustellen, entwickelten einige Unternehmen spezielle Geräte, die es ermöglichten, veraltete Grafiklösungen in einen neuen Erweiterungssteckplatz einzubauen. In der Fachsprache hatte diese Entwicklung einen eigenen Namen – PCI-E x16/AGP-Adapter. Sein Hauptzweck besteht darin, die Kosten für die Aufrüstung eines PCs durch die Verwendung von Komponenten aus der vorherigen Konfiguration der Systemeinheit zu minimieren. Diese Praxis verbreitete sich jedoch nicht, da die Kosten für Einstiegsvideokarten mit der neuen Schnittstelle fast dem Preis des Adapters entsprachen.

Parallel dazu entstanden einfachere Modifikationen dieses Erweiterungssteckplatzes für externe Controller, die die damals bekannten PCI-Ports ersetzten. Trotz ihrer äußerlichen Ähnlichkeit unterschieden sich diese Geräte erheblich. Wenn AGP und PCI mit einer parallelen Informationsübertragung aufwarten konnten, dann war PCI Express eine serielle Schnittstelle. Die höhere Leistung wurde durch eine deutlich erhöhte Datenübertragungsrate im Duplexmodus gewährleistet (Informationen konnten in diesem Fall in zwei Richtungen gleichzeitig übertragen werden).

Übertragungsrate und Verschlüsselungsmethode

In der Bezeichnung der PCI-E x16-Schnittstelle gibt die Zahl die Anzahl der zur Datenübertragung genutzten Lanes an. In diesem Fall sind es 16 davon. Jedes davon besteht wiederum aus 2 Adernpaaren zur Informationsübertragung. Wie bereits erwähnt, wird eine höhere Geschwindigkeit dadurch gewährleistet, dass diese Paare im Vollduplexmodus arbeiten. Das heißt, die Informationsübertragung kann in zwei Richtungen gleichzeitig erfolgen.

Zum Schutz vor einem möglichen Verlust oder einer Verfälschung der übertragenen Daten verwendet diese Schnittstelle ein spezielles Informationsschutzsystem namens 8V/10V. Diese Bezeichnung wird wie folgt entschlüsselt: Für die korrekte und korrekte Übertragung von 8 Datenbits müssen diese um 2 Servicebits ergänzt werden, um eine Richtigkeitsprüfung durchzuführen. In diesem Fall ist das System gezwungen, 20 Prozent der Serviceinformationen zu übertragen, was für den Computerbenutzer keine sinnvolle Belastung darstellt. Aber das ist der Preis für den zuverlässigen und stabilen Betrieb des Grafiksubsystems eines Personalcomputers, auf den man sicherlich nicht verzichten kann.

PCI-E-Versionen

Der PCI-E x16-Anschluss ist äußerlich auf allen Mainboards gleich. Lediglich die Geschwindigkeit der Informationsübertragung kann sich jeweils erheblich unterscheiden. Dadurch ist auch die Leistung des Geräts unterschiedlich. Und die Änderungen für diese grafische Oberfläche sind wie folgt:

• 1. PCI-Modifikation – Express x16 v. 1.0 hatte einen theoretischen Durchsatz von 8 Gbit/s.
• PCI der 2. Generation – Express x16 v. 2.0 verfügte bereits über den doppelten Durchsatz von 16 Gbit/s.
• Ein ähnlicher Trend setzte sich bereits für die dritte Version dieser Schnittstelle fort. In diesem Fall wurde dieser Wert auf 64 Gbit/s festgelegt.

Eine visuelle Unterscheidung anhand der Lage der Kontakte ist nicht möglich. Gleichzeitig sind sie untereinander kompatibel. Wenn Sie beispielsweise eine Grafikkarte in einen Steckplatz der Version 3.0 einbauen, die auf physikalischer Ebene den 2.0-Spezifikationen entspricht, wechselt das gesamte Verarbeitungssystem automatisch in den niedrigsten Geschwindigkeitsmodus (d. h. 2.0) und funktioniert weiterhin damit ein Durchsatz von 64 Gbit/s.

PCI Express der ersten Generation

Wie bereits erwähnt, wurde PCI Express erstmals im Jahr 2002 eingeführt. Seine Veröffentlichung markierte das Aufkommen von Personalcomputern mit mehreren Grafikkarten, die darüber hinaus auch mit einem installierten Beschleuniger eine höhere Leistung aufweisen konnten. Der AGP 8X-Standard ermöglichte einen Durchsatz von 2,1 Gbit/s und die erste Revision von PCI Express - 8 Gbit/s.

Von einer Verachtfachung muss natürlich nicht gesprochen werden. 20 Prozent des Zuwachses wurden für die Übermittlung von Serviceinformationen verwendet, wodurch Fehler gefunden werden konnten.

Zweite Modifikation von PCI-E

Die erste Generation davon wurde 2007 durch PCI-E 2.0 x16 ersetzt. Grafikkarten der 2. Generation waren, wie bereits erwähnt, physisch und softwarekompatibel mit der ersten Modifikation dieser Schnittstelle. Nur in diesem Fall wurde die Leistung des Grafiksystems deutlich auf das Niveau der PCI Express 1.0 16x-Schnittstellenversion reduziert.

Theoretisch betrug die Informationsübertragungsgrenze in diesem Fall 16 Gbit/s. Aber 20 Prozent des daraus resultierenden Anstiegs wurden für geschützte Informationen ausgegeben. Infolgedessen betrug die tatsächliche Übertragung im ersten Fall: 8 Gbit/s – (8 Gbit/s x 20 %: 100 %) = 6,4 Gbit/s. Und bei der zweiten Ausführung der grafischen Oberfläche betrug dieser Wert bereits: 16 Gbit/s – (16 Gbit/s x 20 %: 100 %) = 12,8 Gbit/s. Wenn wir 12,8 Gbit/s durch 6,4 Gbit/s dividieren, erhalten wir eine echte praktische Leistungssteigerung um das Zweifache zwischen der 1. und 2. Version von PCI Express.

Dritte Generation

Das letzte und aktuellste Update dieser Schnittstelle wurde 2010 veröffentlicht. Die Spitzengeschwindigkeit von PCI-E x16 hat sich in diesem Fall auf 64 Gbit/s erhöht, und die maximale Leistung des Grafikadapters ohne zusätzliche Stromversorgung kann in diesem Fall 75 W betragen.

Konfigurationsmöglichkeiten mit mehreren Grafikbeschleunigern in einem PC. Ihre Vor- und Nachteile

Eine der wichtigsten Neuerungen dieser Schnittstelle ist die Möglichkeit, mehrere x16-Grafikadapter gleichzeitig zu verwenden. In diesem Fall werden Grafikkarten miteinander kombiniert und bilden im Wesentlichen ein einziges Gerät. Ihre Gesamtleistung wird aufsummiert, wodurch Sie die Leistung Ihres PCs bei der Verarbeitung des Ausgabebildes deutlich steigern können. Bei Lösungen von NVidia heißt dieser Modus SLI und bei Grafikprozessoren von AMD CrossFire.

Die Zukunft dieses Standards

Am PCI-E x16-Steckplatz wird sich in absehbarer Zeit sicherlich nichts ändern. Dies ermöglicht den Einsatz leistungsstärkerer Grafikkarten in veralteten PCs und damit eine schrittweise Aufrüstung des Computersystems. Nun werden die Spezifikationen für die 4. Version dieser Datenübertragungsmethode ausgearbeitet. Für Grafikkarten werden in diesem Fall maximal 128 GB/s bereitgestellt. Dadurch können Sie das Bild auf dem Monitorbildschirm in „4K“-Qualität oder höher anzeigen.

Ergebnisse

Allerdings ist PCI-E x16 derzeit der einzige Grafiksteckplatz und die einzige Grafikschnittstelle. Es wird noch lange relevant sein. Mit seinen Parametern können Sie sowohl Einsteiger-Computersysteme als auch Hochleistungs-PCs mit mehreren Beschleunigern erstellen. Gerade aufgrund dieser Flexibilität sind in dieser Nische keine wesentlichen Veränderungen zu erwarten.

WiFi-Module und andere ähnliche Geräte. Intel begann 2002 mit der Entwicklung dieses Busses. Jetzt entwickelt die gemeinnützige PCI Special Interest Group neue Versionen dieses Busses.

Derzeit hat der PCI-Express-Bus veraltete Busse wie AGP, PCI und PCI-X vollständig ersetzt. Der PCI-Express-Bus befindet sich an der Unterseite des Motherboards in horizontaler Position.

PCI Express ist ein Bus, der auf Basis des PCI-Busses entwickelt wurde. Die Hauptunterschiede zwischen PCI Express und PCI liegen auf der physikalischen Ebene. Während PCI einen gemeinsam genutzten Bus verwendet, verwendet PCI Express eine Sterntopologie. Jedes Gerät ist mit einem separaten Anschluss an einen gemeinsamen Schalter angeschlossen.

Das PCI-Express-Softwaremodell folgt weitgehend dem PCI-Modell. Daher können die meisten vorhandenen PCI-Controller problemlos für die Verwendung des PCI-Express-Busses modifiziert werden.

PCI Express- und PCI-Steckplätze auf dem Motherboard

Darüber hinaus unterstützt der PCI-Express-Bus neue Funktionen wie:

• Hot-Plugging von Geräten;
• Garantierte Geschwindigkeit des Datenaustauschs;
• Energiemanagement;
• Überwachung der Integrität der übermittelten Informationen;

Wie funktioniert der PCI-Express-Bus?

Der PCI-Express-Bus verwendet eine bidirektionale serielle Verbindung zum Anschluss von Geräten. Darüber hinaus kann eine solche Verbindung eine (x1) oder mehrere (x2, x4, x8, x12, x16 und x32) separate Leitungen haben. Je mehr dieser Leitungen genutzt werden, desto höher ist die Datenübertragungsgeschwindigkeit, die der PCI-Express-Bus bieten kann. Abhängig von der Anzahl der unterstützten Leitungen ist die Leitungsgröße auf dem Motherboard unterschiedlich. Es gibt Slots mit einer (x1), vier (x4) und sechzehn (x16) Zeilen.

Visuelle Demonstration der Abmessungen des PCI-Express-Steckplatzes

Darüber hinaus kann jedes PCI-Express-Gerät in jedem Steckplatz arbeiten, sofern der Steckplatz über die gleichen oder mehr Leitungen verfügt. Dadurch können Sie eine PCI-Express-Karte mit x1-Anschluss in einen x16-Steckplatz auf dem Motherboard einbauen.

Die PCI-Express-Bandbreite hängt von der Anzahl der Lanes und der Busversion ab.

Beispiele für PCI-Express-Geräte

PCI Express wird hauptsächlich zum Anschluss separater Grafikkarten verwendet. Seit dem Aufkommen dieses Busses wird er von absolut allen Grafikkarten verwendet.

GIGABYTE GeForce GTX 770 Grafikkarte

Dies ist jedoch nicht alles, was der PCI-Express-Bus kann. Es wird von Herstellern anderer Komponenten verwendet.

SUS Xonar DX-Soundkarte

SSD-Laufwerk OCZ Z-Drive R4 Enterprise

Hallo Freunde.

Mainboards sind seit vielen Jahren mit Steckplätzen des PCI-E-Standards ausgestattet, der seinen Vorgänger PCI und seinen noch veralteteren Vorgänger AGP abgelöst hat. Allerdings gibt es bei diesem Standard mehrere Untertypen, die sich gleichzeitig auf dem Motherboard befinden können.

Dies führt Benutzer häufig bei der Auswahl der Hardware für ihren Computer in die Irre. In meinem Artikel werde ich über PCI Express x16 sprechen, da diese Spezifikation heutzutage am gefragtesten ist und Sie sie von anderen unterscheiden können.

Kurz zu PCI-E

Für diejenigen, die sich nicht auskennen, erkläre ich zunächst kurz und bündig, was PCI Express eigentlich ist. Dies ist der Name eines modernen Computerbusses, der für die Übertragung von Daten zwischen Funktionsblöcken eines PCs konzipiert ist.

Physikalisch gesehen handelt es sich hierbei jedoch nicht um einen Bus, sondern um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, das heißt, sie verbindet zwei Geräte direkt. Was kann angeschlossen werden? Sie können das Motherboard mit Video-, Audio- und Netzwerkkarten, Bluetooth- und Wi-Fi-Modulen, speziellen Diagnosecontrollern und anderen Geräten verbinden. Aber hauptsächlich in diesem Grafikkartensteckplatz.

Zunächst sollten PCI-E-Generationen unterschieden werden. Heutzutage ist 3.0 am weitesten verbreitet, wird aber bereits aktiv durch seinen Nachfolger ersetzt, da es doppelt so schnell arbeitet. Spezifikation 5.0. wird erst 2019 erscheinen.

Alle Generationen des Standards haben das gleiche Erscheinungsbild der Spuren auf dem Motherboard. Ihre Länge kann jedoch unterschiedlich sein. Insbesondere 4 Hauptgrößen: PCI Express x16, x8, x4, x1. Je höher die Zahl, desto breiter ist die Kontaktfläche.

Die Anzahl der maximalen Verbindungen, die die Schnittstelle zur Karte und zurück übertragen kann, hängt vom Formfaktor ab. Richtiger ist es, diese Verbindungen als Leitungen zu bezeichnen, die aus zwei Signalpaaren bestehen: eines sendet Informationen, das andere empfängt. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit wird durch die PCI-E-Version bestimmt.

Geschwindigkeiten und Kompatibilität

Damit Sie besser verstehen, wovon ich spreche, sehen Sie sich die Tabelle an:

Der Durchsatz von PCI Express x16 in der heute am weitesten verbreiteten dritten Generation beträgt 4 GB/s in jede Richtung. Multipliziert man beides, kommt man auf einen Gesamtwert von 16 GB/s, in der Praxis ist es jedoch etwas weniger. Für moderne Grafikkarten reicht das völlig aus.

Bedenken Sie, dass ein Gerät mit kleinerem Formfaktor in einen größeren Steckplatz eingesetzt werden kann, es jedoch mit seiner eigenen Geschwindigkeit läuft. Beispielsweise verfügt eine Grafikkarte über eine x4-Schnittstelle und ein Motherboard über eine x16-Schnittstelle. Sie sind untereinander kompatibel, der Steckplatz ist jedoch nicht in der Lage, das Gerät mit Strom zu versorgen. Der Einbau eines Geräts mit einer größeren Schnittstelle als das Mainboard wiederum ist physikalisch nicht einmal möglich.

Das ist alles.