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.