По мере того как тактовая частота процессоров неуклонно продвигается вверх в диапазоне гигагерц, многие компании не покладая рук занимаются разработкой стандарта шины следующего поколения. Многим стало понятно, что PCI, так же как перед этим ISA, практически достигла предела своих возможностей.

У всех предлагаемых новых стандартов есть определенные общие черты. В частности, предла­галось распрощаться с используе­мой в PCI технологией совместно используемой шины и перейти к коммутируемому двухточечному соединению. Это значит, что в случае обмена данными между двумя устройствами (узлами) шины между ними будет устанав­ливаться прямое соединение. То есть во время обмена данными между этими двумя узлами другие устройства не могут получить до­ступ к используемому тракту об­мена данными. Благодаря наличию многих прямых каналов такая шина может обеспечить для нескольких устройств возможность обмена данными без того, чтобы они тор­мозили работу друг друга.

Предлагаемый ранее компани­ей Advanced Micro Devices (AMD) стандарт HyperTransport пози­ционировался разработчиком как естественное продолжение стан­дарта PCI. Стандарт предусматри­вает использование для каждой сессии между узлами двух двух­точечных каналов. Каждый канал может иметь ширину от 2 до 32 бит и поддерживать максимальную скорость передачи 6,4 Гбайта в секунду. Стандарт HyperTransport предназначен специально для соединения внутренних компо­нентов компьютера, а не для под­ключения внешних устройств, таких как съемные диски. Спе­циально разработанные чипы моста обеспечат возможность подключения устройств PCI к шине HyperTransport.

Следующим революционным этапом в технологии шин стала шина PCI-Express, разработанная корпорацией Intel (ранее извест­ная как 3GI0, или устройство вво­да/вывода третьего поколения). Сначала более быстрые шины разрабатывались для серверов

высокого класса. Такие серверы назывались PCI-Х и PCI-X 2.0, од­нако они не подходили для рынка домашних компьютеров, посколь­ку материнские платы с PCI-X оказались бы слишком дорогими.

PCI-Express — совсем другое дело. Она предназначена для использования на рынке домаш­них компьютеров и способна не только резко повысить произ­водительность компьютеров, но и повлиять на конфигурацию, а также на форму систем домашних компьютеров. Эта шина нового типа не просто более быстрая и способная пропускать больше информации, чем PCI. Она пред­ставляет собой двухточечную систему, обеспечивающую более высокую производительность. При этом возможно даже уменьшение стоимости производства мате­ринских плат. Слоты PCI-Express совместимы со старыми платами стандарта PCI, что, несомненно, способствует более быстрому внедрению нового стандарта, по сравнению с вариантом, когда все имеющиеся компоненты стандарта PCI оказались бы не у дел.

Помимо прочего, стандарт PCI- Express обеспечивает масштабиру­емость. Основной слот PCI-Express обеспечивает соединение 1х. Оно обладает достаточной полосой для скоростного интернет-соединения и для подключения других перифе­рийных устройств. 1х означает, что имеется один путь для передачи данных. Если компонент требует большей полосы пропускания, в материнскую плату можно встраи­вать слоты PCI-Express 2х, 4х, 8х и 16х, что позволяет увеличить количество путей прохождения сигнала и соответственно обе­спечить передачу по соединению большего количества данных. Ви­деокарты стандарта PCI-Express сегодня являются самыми распро­страненными. В прошлом по мере

удешевления и более широкого распространения материнских плат с поддержкой новых карт кар­ты AGP ушли в историю.

Кабели PCI Express

Когда запускается компьютер, PCIe определяет, какие устройства подключены к материнской пла­те. Затем находятся связи между устройствами, создается карта маршрутизации трафика и согла­суется ширина полосы каждого соединения. В ходе идентификации устройств и соединений использу­ется тот же протокол PCI, поэтому для внедрения PCIe не требуется менять программное обеспечение или операционную систему.

Каждая линия соединения PCI Express содержит две пары прово­дов: один — для отправки данных, а другой — для приема. Пакеты данных пересылаются по линии со скоростью один бит в течение одного таАкта. Соединение х1 со­держит одну линию, состоящую из четырех проводов. По этой линии передается по биту в течение каж­дого такта в каждом направлении. Соединение х2 содержит восемь проводов и передает за раз по два бита, соединение х4 передает четы­ре бита и так далее. Имеются также конфигурации х12, х16 и х32.

Имеются PCI Express как для на­стольных ПК, так и для ноутбуков. Их использование привело к снижению стоимости производства материн­ских плат, поскольку в разъемах этого соединения меньше выводов, чем в соединениях PCI. Кроме того, есть потенциал для поддержки многих устройств, в том числе карт Ethernet, USB 2 и видеокарт.

Но как же может последова­тельное соединение быть быстрее 32   проводов PCI или 64 проводов PCIx? Дальше мы увидим, как PCIe обеспечивает большую полосу пропускания в последователь­ном формате.

Скорости соединения PCI Express 32-битная шина PCI характери­зуется максимальной скоростью 33   МГц, что позволяет передавать по ней каждую секунду не более 133 Мбайт данных. 64-битная шина PCI-Х вдвое шире PCI. Раз­ные спецификации PCI-Х по­зволяют обеспечивать разные скорости передачи данных, при­близительно от 512 Мбайт до 1 Гбайт в секунду.

Однако одна линия PCI Express может пропустить только 200 Мбайт трафика в секунду в каждом направлении. В то же время х16 PCIe позволяет пересылать впе­чатляющие 6,4 Гбайта данных в се­кунду в каждом направлении. При таких скоростях соединение х1 может без труда справляется с ги­габитным соединением Ethernet, а также обеспечивает работу со звуком и функционирование систем хранения информации. Соединение х16 легко обслужит мощные графические адаптеры.

Как это делается? Такой мощ­ный скачок сделали возможным нескольким простых усовершен­ствований.

• Присваивание данным приори­тета, что позволяет первыми отправлять наиболее важные данные и избежать формирова­ния узких мест;

• Изменяющаяся во времени (осуществляющаяся в реальном времени)передача данных;

• Применение более совершен­ных физических материалов, использующихся для создания соединений;

• Лучшее управление пересылкой данных и обнаружение ошибок;

• Лучшие методы разбиения дан­ных на пакеты и последующего восстановления данных из па­кетов. Кроме того, поскольку каждое устройство располага­ет собственным выделенным двухточечным соединением с коммутатором, сигналам от разных источников больше нет необходимости прокладывать свой путь по общей шине.

PCI Express и продвинутая графика

Итак, мы уже убедились в том, что слот х16 PCIe может обе­спечить передачу значительно большего количества данных в секунду, чем распространенное когда-то соединение AGP 8х.

Кроме того, через слот х16 PCIe можно передавать на видеокар­ту электропитание мощностью 75 ватт по сравнению с 25 или 42 ваттами, обеспечиваемыми соединением AGP 8х. Однако PCIe обладает даже более впечатляю­щим потенциалом для техноло­гий графики.

При правильном подборе ап­паратных средств материнская плата может поддерживать одно­временно два графических адап­тера. Некоторые производители разрабатывают и выпускают си­стемы, в которых используется это свойство:

NVIDIA, масштабируемый интер­фейс связи (Scalable Link Interface, SLI). Используя материнскую плату с интерфейсом SLI, две графиче­ские карты SLI и соединитель SLI, пользователь может подключить к одной системе две видеокарты. Видеокарты работают вместе, раз­деляя экран на две части. Каждая видеокарта управляет половиной экрана, а соединитель обеспечи­вает синхронизацию.

ATI CrossFire. К совместимой материнской плате подключают две видеокарты ATI Radeon®, одна из которых содержит чип «сумми­рующая машина». Технология ATI фокусируется на качестве изо­бражения и не требует одинаковых видеокарт, хотя высокопроизво­дительные системы должны иметь идентичные карты. Технология Crossfire разделяет работу по рен­дерингу одним из трех способов:

разделение экрана на две ча­сти и закрепление за каждой частью отдельной видеокарты (процедура называется «раз­резанием»);

• разделение экрана на фрагмен­ты (как в шахматной доске) и рендеринг одной картой «белых» клеточек, а другой — «черных»;

• рендеринг каждой картой поо­чередно по одному кадру. Графическая видеоматрица

Alienware. Две готовые видеокарты объединяют с помощью сумматора видео и соответствующего про­граммного обеспечения. Здесь используются специализиро­ванные системы электропитания и охлаждения, чтобы отводить от видеокарт излишнее тепло и энергию. Технология Alienware способна поддерживать до четы­рех видеокарт.

Поскольку PCI, PCI-Х и PCI Express совместимы, они все мо­гут сосуществовать сколь угодно долго. В свое время самый бы­стрый переход на формат PCIe был произведен для видеокарт. Сете­вые адаптеры и звуковые карты, а также прочая периферия развива­лись медленнее. Однако с учетом того, что шина PCIe совместима с современными операционными системами и может обеспечивать более высокую скорость, она в итоге заменит PCI в качестве стан­дарта для ПК. И карты PCI выходят из употребления.