Аппаратные конфигурации

В плане практической реализации шина PCI Express представляет собой целый аппаратный комплекс, затрагивающий северный и южный мосты чипсета, коммутатор и конечные устройства. Новым термином здесь является коммутатор (switch). Он заменяет одну шину с множественными подключениями коммутируемой технологией (рис. 7).

Рис. 7. Обобщенная схема использования шин и устройств PCI Express.

Коммутатор обеспечивает одноранговую связь между различными конечными устройствами, то есть предотвращает попадание излишнего трафика к мосту. PCI Express призвана обеспечить высокую пропускную способность на контакт с низким количеством служебной информации и низкими задержками. Поддерживаются несколько виртуальных каналов на один физический.

Рис. 8. Использование PCI Express в настольных компьютерах. Шины PCI Express показаны оранжевым цветом.

В «десктопных» системах шина PCI-Express 16x в первую очередь вытеснит AGP 8x в качестве «графиеской шины», соединяющей видеокарту и северный мост чипсета. Во вторую очередь на PCI-Express пересадят многие интегрированные устройства — гигабитный сетевой контроллер, RAID-контроллер и прочие. К обычным PCI-слотам добавят пару PCI-Express x1. В качестве межчипсетной шины (соединяющей мосты чипсета) PCI Express будет выступать вместе со старыми шинами (IntelHubLink, VIA VLink, SiSMuTIOL) — производители чипсетов пока не желают отказываться от своих проприетарных шин.

С серверными архитектурами все проще — там не предусматривается традиционной «двухмостовой» чипсетной схемы. На PCI-Express переведут интегрированные гигабитные сетевые контроллеры; традиционные периферийные шины (PCI-X, SATA, LPC) сохранятся, но к чипсету будут подключаться через специальные мосты на шину PCI Express. Аналогичная схема предусмотрена для сетевых решений — но в силу специфики периферии там новая шина вытеснит практически все остальные.

Рис. 9. Использование PCI Express в серверных системах. Шины PCI Express показаны оранжевым цветом.

Рис. 10. Использование PCI для сетевых

Разъемы pci Express

Разъемы PCI Express по ширине и форме не сильно отличаются от PCI и располагаются в тех же местах на системной плате (фото 1).

Условно разъем делится на две части — через первую (она ближе к задней стенке корпуса) поступает питание, а вторая (близкая к чипсету и отделенная ключом) — собственно интерфейсная (рис. 2).

Аббревиатуры: GND (Ground) — «земля», SMCLK и SMDAT — (SystemManagementBus) Clock и Data — опорный сигнал и сигнал данных, JTAG1-JTAG5 — контакты интерфейса JTAG, WAKE# — линия сигнала пробуждения устройства, PRSNTn# — (Present) — n-я линия обнаружения установленной платы PCI Express (по одной на каждый уровень — x1, x4, x8, x16), PWRGD —PowerGood, REFCLK —ReferenceClock, опорный тактовый сигнал шины, HSIp(k)-HSIn(k) — k-я линия приема данных, HSOp(k)-HSOn(k) — k-я линия передачи данных.

Рис. 1. Разъемы PCI Express x1 и x16 рядом с обычным PCI.

Важным отличием является то, что длина интерфейсной части разъемов PCI Express варьируется в зависимости от числа линий — x1 совсем крошечная, x16 сопоставима по размерам с обычным слотом PCI или AGP, ну а слот x32 по размерам получится даже больше разъемов PCI-X (см. таблицу 1 и фото 3). Впрочем, в реальных устройствах x32 мы увидим еще не скоро. Установить более быструю плату в более медленный разъем (x4 в x1, например) не получится — она просто туда не влезет; а вот установка «медленной» платы (например, x1) в «быстрый» слот (x4, x8 или x16) не должна вызывать проблем (при этом она, естественно, будет работать на низшей скорости).

На каждую пару сигнальных проводников в разъемах PCI Express приходится по две «земли», экранирующих данную линию. За счет этого количество контактов разъема возрастает, хотя если сопоставить число контактов у шин PCI Express и соответствующих им по быстродействию параллельных шин, выигрыш будет очевидным (см. таблицу 1). Помимо них, естественно, разводится питание +12 и +3,3 вольт (уровень +5 В теперь отсутствует), линия «дежурного» питания (тоже 3,3 В) и некоторые специальные линии — SMBus, JTag (рис. 2). Точно так же, как линии приема и передачи разводятся дифференциальные линии передачи тактового сигнала REFCLK (два проводника и две земли, хотя этот сигнал не используется при передаче данных). Для реализации «горячего подключения» и определения типа установленной карты разводятся линии обнаружения карты PRSNT; для реализации «спящего режима» — линия «пробуждения» WAKE. Конечно, длявнутрисистемныхмежсоединений эти линии можно не разводить; впрочем, они и занимают не так уж много места. И уж во всяком случае, разводить несколько независимых линий по два проводника + «земля» проще, нежели одну широкую шину.

Еще из приятного — сильно возросшие возможности схем питания: на слот x1 подается до 10 ватт, на слот x4 — до 25 ватт, а на x16 — аж до 75 ватт, причем стандартом предусмотрена возможность установки на материнскую плату второго коннектора питания, аналогичного тому, который уже присутствует в разъеме. Суммарно эти два коннектора прокормят настоящую печку — до 140 ватт почти любой из современных видеокарт еще достаточно далеко. Соответственно изменятся требования и к системе питания компьютеров: стандартный 20-контактный разъем питания ATX 2.01 увеличивается на четыре контакта (усиление шин +12, 5,0 и +3,3 вольт), а необходимая мощность блоков питания устанавливается на уровне 300 Вт.

Стандартизованы и размеры для карт PCI Express — их высота составит 106,7 мм; длина — произвольная, но не более 312 мм (и, кстати, судя по фотографиям серверных RAID-контроллеров, это, похоже, не предел). Как и с PCI, предусмотрен «узкий» low-profile-вариант (64,4мм). Кроме того, разъемы PCI Express смогут иметь специальные защелки для надежного крепления карт.

Ну а мобильные пользователи получат превосходную замену старой доброй PCMCIA (CardBus) в виде вдвое более компактной ExpressCard, где достоинства PCI Express проявятся в полной мере — скорость работы намного вырастет (до уровня шины PCI Express x1), карты можно будет безбоязненно вставлять и вынимать не выключая ноутбук, уже есть вариант платы двойной ширины — с двумя разъемами, она имеет ширину прежней PCMCIA (см. фото 3 и 4).

Рис. 4. Карты ExpressCard двойной и одинарной ширины.