Как узнать пропускную способность шины pci
Обновлено: 07.07.2024
PCI Express (PCIe или PCI-E) – высокоскоростная локальная шина применяемая для расширения аппаратных возможностей ПК путем установки дополнительного «железа»: видеокарта, аудиокарта, сетевая карта, Bluetooth и Wi-Fi модули, специализированные контроллеры диагностики и т.д.
Изначально, шина PCI Express создавалась как альтернатива параллельной шине PCI, которая имела низкую пропускную способность из-за циклического метода опроса устройств. Данные между несколькими PCI-устройствами и мостом передавались по общей параллельной шине.
Протокол PCI Express
При такой организации, любое из устройств PCI Express имеет прямое двунаправленное последовательное соединение с коммутатором шины, которое может иметь одну (x1) или несколько линий (x2, x4, x8, x16). Приём и передача информации производится каждым устройством PCI Express по отдельным двум проводникам, таким образом, в простейшем случае, устройство подключается к коммутатору PCI Express всего лишь четырьмя проводниками. Данный метод позволяет карте для PCI Express корректно работать в любом слоте той же или большей пропускной способности, то есть карта PCI-E x1 будет работать в слотах PCI-E x4 и PCI-E x16.
Совместимость версий PCI Express
Как показала практика, устройства с версией интерфейса PCI Express 3.0 без проблем запускаются на материнских платах с поддержкой PCI Express 2.0 и PCI Express 1.0. Но, нужно помнить, что скорость работы будет зависеть от версии интерфейса PCI Express материнской платы. В данном случае, пропускная способность устройства с версией PCI-Express 3.0 будет соответствовать пропускной способности интерфейса PCI Express 2.0 или PCI Express 1.0.
Та же ситуация наблюдается и при использовании устройства с версией интерфейса PCI Express 2.0 в слоте PCI Express 3.0. Пропускная способность останется на уровне версии PCI Express 2.0.
PCI – это компьютерная параллельная шина ввода-вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. PCI используется для подключения: видеокарт, звуковых карт, сетевых карт, TV-тюнеров и других устройств.
Последовательная шина PCI Express, разработанная Intel и ее партнерами, призвана заменить параллельную шину PCI и ее расширенный и специализированный вариант шину AGP. Несмотря на похожие наименования, шины PCI и PCI Express имеют мало общего.
Проблема:
Протокол параллельной передачи данных, используемый в PCI, накладывает ограничения на ширину полосы пропускания и частоту работы шины; последовательная передача данных. 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. В связи с чем шина PCI являлась «бутылочным горлышком» т.е. замедляла работу компьютера.
Функциональная схема работы современного компьютера с контроллером памяти в чипсете:
Источник: Учебник организация ЭВМ и систем. С.А. Орлов и Б.Я. Цилькер.
Решение проблемы:
Организация системной шины на базе стандартов PCI-E>:
Источник: Учебник Шины PCI, PCI Express. Архитектура, дизайн, принципы функционирования, Автор Петров С.В.
PCI Express или PCIe или PCI-E (также известна 3GIO) – это компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI, а также высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных. PCI Express предназначен для замены PCI и AGP и доступен в нескольких различных форматах: x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32. Впервые спецификация PCI-E появилась в июле 2002 года. Слоты PCI-E на сегодняшний день являются стандартными и расположены на большинстве современных компьютерах.
С точки зрения непрофессионала, представьте свой настольный ПК в качестве небольшого магазина с одним, двумя продавцами. Старый стандарт PCI был как гастроном: все ожидали в одной очереди, чтобы их обслужили, испытывая проблемы со скоростью обслуживания с ограничением в лице одного продавца за прилавком. PCI-E больше похож на гипермаркет: каждый покупатель движется за продуктами по своему индивидуальному маршруту, а на кассе сразу несколько кассиров принимают заказ.
Очевидно, что гипермаркет по скорости обслуживания выигрывает в несколько раз у обычного магазина, благодаря тому, что магазин не может себе позволить пропускную способность больше чем один продавец с одной кассой.
Также и с выделенными полосами передачи данных для каждой карты расширения или встроенными компонентами материнской платы.
PCI-E прошел множество изменений со времени своего создания. В настоящее время новые материнские платы обычно используют уже 3 версию стандарта, причем более быстрая 4 версия становится все более распространенной, а версия 5 ожидается в 2019 году. Но разные версии используют одни и те же физические соединения, и эти соединения могут быть выполнены в четырех основных размерах : x1, x4, x8 и x16. (x32-порты существуют, но крайне редко встречаются на материнских платах обычных компьютерах).
Различные физические размеры портов PCI-Express позволяют четко разделить их по количеству одновременных соединений с материнской платой: чем больше порт физически, тем больше максимальных подключений он способен передать на карту или обратно. Эти соединения еще называют линиями. Одну линию можно представить как дорожку, состоящею из двух сигнальных пар: одна для отправки данных, а другая для приема.
Различные версии стандарта PCI-E позволяют использовать разные скорости на каждой полосе. Но, вообще говоря, чем больше полос находится на одном PCI-E-порту, тем быстрее данные могут перетекать между периферийной и остальной частью компьютера.
Источник: Учебник Шины PCI, PCI Express. Архитектура, дизайн, принципы функционирования, Автор Петров С.В.
Типы устройств, использующих PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32
Для версии PCI Express 3.0 общая максимальная скорость передачи данных составляет 8 ГТ/с, В реальности же скорость для версии PCI-E 3 чуть меньше одного гигабайта в секунду на одну полосу.
Таким образом, устройство, использующее порт PCI-E x1, например, маломощная звуковая карта или Wi-Fi-антенна смогут передавать данные с максимальной скоростью в 1 Гбит/с.
Wifi адаптер PCI-E X1:
SSD накопитель PCI-E X4:
Скорость передачи портов PCI-E x16 теоретически ограничивается максимальной полосой пропуская в размере около 15 Гбит/с. Этого более чем достаточно в 2017 года для всех современных графических видеокарт, разработанных NVIDIA и AMD.
Протокол PCI Express 4.0 позволяет использовать уже 16 ГТ/с, а PCI Express 5.0 будет задействовать 32 ГТ/с.
Но в настоящее время не существует компонентов, которые смогли бы использовать такое количество полос с максимальной пропускной способностью.
Современные топовые графические карты обычно используют x16 стандарта PCI Express 3.0.
Внимание! Эта статья о шине PCI и её производных PCI64 и PCI-X("Пи-си-ай Икс")! Не путайте её с более новой шиной PCI-E ("Пи-си-ай Экспресс"), которая полностью несовместима с шинами, описанными в данном FAQ.
PCI 2.0 - первая версия базового стандарта, получившая широкое распространение, использовались как карты, так и слоты с сигнальным напряжением только 5В.
PCI 2.1 - отличалась от 2.0 возможностью одновременной работы нескольких bus-master устройств (т.н. конкурентный режим), а также появлением универсальных карт расширения, способных работать как в 5В, так и в 3.3В слотах. Способность работать с 3.3В картами и наличие соответствующих линий питания в версии 2.1 являлась опциональной.Появились расширения PCI66 и PCI64.
PCI 2.2 - версия базового стандарта шины, допускающая подключение карт расширения с сигнальным напряжением как 5В, так и 3.3В. 32-битные версии этих стандартов являлись наиболее распространённым типом слотов на материнских платах на момент написания FAQ. Используются слоты типа 32-бита, 5В.
Cделанные в соответствии с этими стандартами карты расширения имеют универсальный разъём и способны работать практически во всех более поздних разновидностях слотов шины PCI, а также, в некоторых случаях, и в слотах 2.1.
PCI 2.3 - следующая версия общего стандарта на шину PCI, слоты расширения, соответствующие этому стандарту, несовместимы с картами PCI 5В, несмотря на продолжающееся использование 32-битных слотов с 5В-ключом. Карты расширения имеют универсальный разъём, но не способны работать в 5В-слотах ранних версий (до 2.1 включительно).
Напоминаем, что напряжение питания (не сигнальное!) 5В сохраняется абсолютно на всех версиях разъёмов шины PCI.
PCI 64 - расширение базового стандарта PCI, появившееся в версии 2.1, удваивающее число линий данных, и, следовательно, пропускную способность. Cлот PCI64 является удлинённой версией обычного PCI-слота. Формально совместимость 32-битных карт с 64-битным слотами (при условии наличия общего поддерживаемого сигнального напряжения) полная, а совместимость 64-битной карты с 32-битным слотами является ограниченной (в любом случае произойдёт потеря производительности), точные данные в каждом конкретном случае можно узнать из спецификаций устройства.
Первые версии PCI64 (производные от PCI 2.1)использовали слот PCI 64-бита 5В и работали на тактовой частоте 33МГц.
PCI 66 - появившееся в версии 2.1 расширение стандарта PCI с поддержкой тактовой частоты 66МГц, также, как и PCI64 позволяет удвоить пропускную способность. Начиная с версии 2.2 использует 3.3В-слоты (32-битный вариант на ПК практически не встречается), карты имеют универсальный либо 3.3В форм-фактор. (Имелись и основанные на версии 2.1 казуистически редкие на рынке ПК 5В 66МГц решения, подобные слоты и платы были совместимы только между собой)
PCI 64/66 - комбинация двух вышеописанных технологий, позволяет учетверить скорость передачи данных по сравнению с базовым стандартом PCI, и использует 64 бита 3.3В слоты, совместимые только с универсальными и 3.3В 32-битными картами расширения. Карты стандарта PCI64/66 имеют универсальный (имеющий ограниченную совместимость с 32-битными слотами) либо 3.3В форм-фактор(последний вариант принципиально не совместим с 32-битными 33МГц слотами популярных стандартов)
В настоящее время под термином PCI64 подразумевается именно PCI64/66, поскольку 33МГц 5В 64-битные слоты не применяются уже достаточно давно.
PCI-X 1.0 - Расширение PCI64 с добавлением двух новых частот работы, 100 и 133МГц, а также механизма раздельных транзакций для улучшения производительности при одновременной работе нескольких устройств. Как правило, обратно совместима со всеми 3.3В и универсальными PCI-картами.
PCI-X карты обычно выполняются в 64-бит 3.3В формате и имеют ограниченную обратную совместимость со слотами PCI64/66, а некоторые PCI-X карты - в универсальном формате и способны работать (хотя практической ценности это почти не имеет) в обычном PCI 2.2/2.3.
В сложных случаях для того, чтобы быть полностью уверенным в работоспособности выбранной вами комбинации из мат.платы и карты расширения, случае надо посмотреть таблицы совместимости (compatibility lists) производителей обоих устройств.
PCI-X 2.0 - дальнейшее расширение возможностей PCI-X 1.0, добавлены скорости в 266 и 533МГц, а также коррекция ошибок чётности при передаче данных.(ECC). Допускает расщепление на 4 независимых 16-битных шины, что применяется исключительно во встраиваемых и промышленных системах, сигнальное напряжение снижено до 1.5В, но сохранена обратная совместимость разъёмов со всеми картами, использующими сигнальное напряжение 3.3В.
PCI-X 1066/PCI-X 2133 - проектируемые будущие варианты шины PCI-X, c результирующими частотами работы 1066 и 2133МГц соответственно, изначально предназначенные для подключения 10 и 40Гбит Ethernet адаптеров.
Для всех вариантов шины PCI-X существуют следующие ограничения по количеству подключаемых к каждой шине устройств:
66МГц - 4
100МГц - 2
133МГц - 1 (2, если одно или оба устройства не находятся на платах расширения, а уже интегрированы на одну плату вместе с контроллером)
266,533МГц и выше -1.
Вот почему в некоторых ситуациях для обеспечения стабильности работы нескольких установленных устройств необходимо ограничивать максимальную частоту работы использованной шины PCI-X (обычно это делается джамперами)
СompactPCI - стандарт для разъёмов и карт расширения, применяемый в промышленных и встраиваемых компьютерах. Механически не совместим ни с одним из "общих" стандартов.
MiniPCI - стандарт для плат и разъёмов для интеграции в ноутбуки (обычно используется для адаптеров беспроводной сети) и непосредственно на поверхность материнских плат. Также механически ни с чем кроме себя не совместим.
Типы PCI-слотов:
Сводная таблица конструктивов карт и слотов в зависимости от версии стандарта:
Cводная таблица совместимости карт и слотов в зависимости от версии и конструктива:
Стандарт PCI Express является одной из основ современных компьютеров. Слоты PCI Express уже давно занимают прочное место на любой материнской плате декстопного компьютера, вытесняя другие стандарты, например, такие как PCI. Но даже стандарт PCI Express имеет свои разновидности и отличающийся друг от друга характер подключения. На новых материнских платах, начиная примерно с 2010 года, можно увидеть на одной материнской плате целую россыпь портов, обозначенных как PCIE или PCI-E, которые могут отличаться по количеству линий: одной x1 или нескольких x2, x4, x8, x12, x16 и x32.
Итак, давайте выясним почему такая путаница среди казалось бы простого периферийного порта PCI Express. И какое предназначение у каждого стандарта PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32?
Что такое шина PCI Express?
В далеких 2000-х, когда состоялся переход с устаревающего стандарта PCI (расш. - взаимосвязь периферийных компонентов) на PCI Express, у последнего было одно огромное преимущество: вместо последовательной шины, которой и была PCI, использовалась двухточечная шина доступа. Это означало, что каждый отдельный порт PCI и установленные в него карты, могли в полной мере использовать максимальную пропускную способность не мешая друг другу, как это происходило при подключении к PCI. В те времена количество периферийных устройств, вставляемых в карты расширения, было предостаточно. Сетевые карты, аудио карты, ТВ-тюнеры и так далее - все требовали достаточное количество ресурсов ПК. Но в отличие от стандарта PCI, использовавшего для передачи данных общую шину с подключением параллельно нескольких устройств, PCI Express, если рассматривать в общем, является пакетной сетью с топологией типа звезда.
С точки зрения непрофессионала, представьте свой настольный ПК в качестве небольшого магазина с одним, двумя продавцами. Старый стандарт PCI был как гастроном: все ожидали в одной очереди, чтобы их обслужили, испытывая проблемы со скоростью обслуживания с ограничением в лице одного продавца за прилавком. PCI-E больше похож на гипермаркет: каждый покупатель движется за продуктами по своему индивидуальному маршруту, а на кассе сразу несколько кассиров принимают заказ.
Очевидно, что гипермаркет по скорости обслуживания выигрывает в несколько раз у обычного магазина, благодаря тому, что магазин не может себе позволить пропускную способность больше чем один продавец с одной кассой.
Также и с выделенными полосами передачи данных для каждой карты расширения или встроенными компонентами материнской платы.
Влияние количества линий на пропускную способность
Теперь, чтобы расширить нашу метафору с магазином и гипермаркетом, представьте, что каждый отдел гипремаркета имеет своих кассиров, зарезервированных только для них. Вот тут-то и возникает идея нескольких полос передачи данных.
PCI-E прошел множество изменений со времени своего создания. В настоящее время новые материнские платы обычно используют уже 3 версию стандарта, причем более быстрая 4 версия становится все более распространенной, а версия 5 ожидается в 2019 году. Но разные версии используют одни и те же физические соединения, и эти соединения могут быть выполнены в четырех основных размерах : x1, x4, x8 и x16. (x32-порты существуют, но крайне редко встречаются на материнских платах обычных компьютерах).
Различные физические размеры портов PCI-Express позволяют четко разделить их по количеству одновременных соединений с материнской платой: чем больше порт физически, тем больше максимальных подключений он способен передать на карту или обратно. Эти соединения еще называют линиями. Одну линию можно представить как дорожку, состоящею из двух сигнальных пар: одна для отправки данных, а другая для приема.
Различные версии стандарта PCI-E позволяют использовать разные скорости на каждой полосе. Но, вообще говоря, чем больше полос находится на одном PCI-E-порту, тем быстрее данные могут перетекать между периферийной и остальной частью компьютера.
Возвращаясь к нашей метафоре: если речь идёт об одном продавце в магазине, то полоса x1 и будет этим единственным продавцом, обслуживающим одного клиента. У магазина с 4-мя кассирами - уже 4 линии х4. И так далее можно расписать кассиров по количеству линий, умножая на 2.
Типы устройств, использующих PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32
Для версии PCI Express 3.0 общая максимальная скорость передачи данных составляет 8 ГТ/с (Гигатранзакций/с), В реальности же скорость для версии PCI-E 3 чуть меньше одного гигабайта в секунду на одну полосу.
Таким образом, устройство, использующее порт PCI-E x1, например, маломощная звуковая карта или Wi-Fi-антенна смогут передавать данные с максимальной скоростью в 1 Гбит/с.
Карта, которая физически подходит в более крупный слот - x4 или x8, например, карта расширения USB 3.0, сможет передавать данные в четыре или восемь раз быстрее соответственно.
Скорость передачи портов PCI-E x16 теоретически ограничивается максимальной полосой пропуская в размере около 15 Гбит/с. Этого более чем достаточно в 2017 года для всех современных графических видеокарт, разработанных NVIDIA и AMD.
Протокол PCI Express 4.0 позволяет использовать уже 16 ГТ/с(Гигатранзакций/с), а PCI Express 5.0 будет задействовать 32 ГТ/с (Гигатранзакций/с).
Но в настоящее время не существует компонентов, которые смогли бы использовать такое количество полос с максимальной пропускной способностью. Современные топовые графические карты обычно используют x16 стандарта PCI Express 3.0. Нет смысла использовать те же полосы и для сетевой карты, которая на порту x16 будет использовать только одну линию, так как порт Ethernet способен передавать данные только до одного гигабита в секунду (что, около одной восьмой пропускной способности одной PCI-E полосы - помните: восемь бит в одном байте).
На рынке можно найти твердотельные накопители PCI-E, которые поддерживают порт x4, но они, похоже, скоро будут вытеснены быстро развивающимся новым стандартом M.2. для твердотельных накопителей, которые также могут использовать шину PCI-E. Высококачественные сетевые карты и оборудование для энтузиастов, такие как RAID-контроллеры, используют сочетание форматов x4 и x8.
Размеры портов и линий PCI-E могут различаться
Это одна из наиболее запутанных задач по PCI-E: порт может быть выполнен размером в форм-факторе x16, но иметь недостаточное количество полос для пропуска данных, например, всего например x4. Это связано с тем, что даже если PCI-E может нести на себе неограниченное количество отдельных соединений, все же существует практический предел пропускной способности полосы пропускания чипсета. Более дешевые материнские платы с более бюджетными чипсетами могут иметь только один слот x8, даже если этот слот может физически разместить карту форм-фактора x16.
Кроме того, материнские платы, ориентированные на геймеров, включают до четырех полных слотов PCI-E с x16 и столько же линий для максимальной пропускной способности.
Очевидно, это может вызывать проблемы. Если материнская плата имеет два слота размером x16, но один из них имеет только полосы x4, то подключение новой графической карты снизит производительность первой аж на 75%. Это, конечно, только теоретический результат. Архитектура материнских плат такова, что Вы не увидите резкого снижения производительности.
Правильная конфигурация двух графических видео карт должна задействовать именно два слота x16, если Вы хотите максимального комфорта от тандема двух видеокарт. Выяснить сколько линий на Вашей материнской плате имеет тот или иной слот поможет руководство на оф. сайте производителя.
Иногда производители даже помечают на текстолите материнской платы рядом со слотом количество линий
Нужно знать, что более короткая карта x1 или x4 может физически вписаться в более длинный слот x8 или x16. Конфигурация контактов электрических контактов делает это возможным. Естественно, если карта физически больше, чем слот, то вставить ее не получится.
Поэтому помните, при покупке карт расширения или обновления текущих необходимо всегда помнить как размер слота PCI Express, так и количество необходимых полос.
Читайте также: