Ranuras y tarjetas PCI estándar. Controlador PCI, ¿qué es?
Actualmente, en el campo de la electrónica compleja, se está produciendo una introducción activa y rápida de nuevas tecnologías, por lo que algunos componentes del sistema pueden quedar obsoletos y no pueden actualizarse, etc.
En este sentido, es necesario conectarles varios complementos y accesorios, lo que a menudo requiere ciertos adaptadores.
En este artículo veremos el adaptador pci-e pci, cómo funciona y qué características tiene.
Definición
¿Qué tipo de dispositivo es este y para qué sirve? Estrictamente hablando, se trata de un bus de entrada y salida que se conecta a una computadora personal.
A este bus en sí, es decir, al adaptador, se le pueden conectar un número determinado de dispositivos periféricos externos (que varía según la configuración).
Mediante una conexión serie, estos periféricos se conectan a la computadora.
La principal característica de un dispositivo de este tipo es su rendimiento.
Es esto lo que caracteriza (en general) la calidad del trabajo, su velocidad y el rendimiento del ordenador y de los elementos así conectados.
La característica de rendimiento se expresa en el número de líneas de conexión (de 1 a 32).
Dependiendo de esta característica principal, el precio de este dispositivo puede variar significativamente. Es decir, cuanto mejor sea esta característica (cuanto mayor sea el indicador), mayor será el costo de dicho dispositivo. Además, mucho depende del estado del fabricante, la fiabilidad del equipo y su durabilidad. En promedio, el precio comienza entre 250 y 500 rublos (para productos asiáticos con poco ancho de banda), hasta 2000 rublos (para dispositivos europeos y japoneses con gran ancho de banda).
Especificaciones
Desde un punto de vista técnico, tal dispositivo tiene tres componentes:
Se escribió anteriormente sobre la excepcional importancia del rendimiento del dispositivo para su funcionamiento normal.
¿Qué es el rendimiento? Para responder a esta pregunta, es necesario comprender el principio de funcionamiento de dicho adaptador.
Es capaz de conexión bidireccional simultánea de equipos (de tarjeta a periférico y de periférico a tarjeta).
En este caso, la transferencia de datos puede realizarse a través de una o varias líneas.
Cuantas más líneas de este tipo haya, más estable funcionará el dispositivo, mayor será su rendimiento y más rápido será el equipo periférico.
¡Importante! Dependiendo del número de líneas, el dispositivo puede tener diferentes configuraciones: x1, x2, x4, x8, x12, x16, x32. El número indica directamente el número de carriles para la transmisión simultánea de información en ambos sentidos. Cada una de estas tiras consta de dos pares de cables (para transmisión en dos direcciones).
Como puede verse en la descripción, esta configuración afecta significativamente el costo del dispositivo.
Pero ¿qué importancia práctica tiene esto? ¿Tiene realmente sentido gastar más al comprar un dispositivo?
Esto depende directamente de cuántos planea conectar a la placa base: cuantos más, mayor será el ancho de banda que necesitará el dispositivo para mantener el funcionamiento estable de la computadora.
Cifrado
Con un sistema de transmisión de información de este tipo, se utiliza un sistema específico para protegerlo de distorsiones y pérdidas.
Este método de protección se denomina 8V/10V.
La cuestión es que para transmitir 8 bits de la información necesaria, se deben utilizar 2 bits de servicio adicionales para proporcionar seguridad y protección contra la distorsión.
Cuando funciona un adaptador de este tipo, el 20% de la información del servicio se transfiere constantemente a la computadora, que no soporta ninguna carga y no es necesaria para el usuario. Pero es precisamente esto lo que, aunque carga (aunque muy ligeramente), asegura la estabilidad del bus y de los dispositivos periféricos.
Historia
A principios de la década de 2000, la ranura de expansión AGP se utilizó activamente y fue con su ayuda que .
Pero, en algún momento, se alcanzó su máximo rendimiento técnicamente posible y surgió la necesidad de crear un nuevo tipo de adaptador.
Y pronto apareció PCI-E: era 2002.
Inmediatamente surgió la necesidad de un adaptador que permitiera instalar nuevas soluciones gráficas en una ranura de expansión obsoleta o viceversa.
Por lo tanto, en 2002, muchos desarrolladores y fabricantes comenzaron seriamente a crear un adaptador de este tipo.
En ese momento, el dispositivo tenía una cualidad importante: la capacidad de actualizar una PC gastando cantidades mínimas en ella, porque en lugar de reemplazar la placa base, bastaba con un adaptador relativamente económico.
Pero el desarrollo no tuvo éxito, ya que en ese momento costaban casi lo mismo que los primeros adaptadores y, por lo tanto, era necesario desarrollar una configuración de adaptador más simple.
Curiosamente, los fabricantes también han aumentado constantemente el rendimiento de estos dispositivos. Si en la primera configuración no superaba los 8 Gb/s, en la segunda ya era 16 Gb/s y en la tercera, 64 Gb/s. Esto satisfizo las demandas de las crecientes cargas de trabajo derivadas de la modernización de los dispositivos periféricos.
Al mismo tiempo, las ranuras con diferentes velocidades de transmisión son compatibles con cualquier dispositivo de un nivel inferior de "alta velocidad".
Es decir, si conecta una plataforma gráfica de segunda o primera generación a una ranura de tercera generación, la ranura cambiará automáticamente a un modo de velocidad diferente correspondiente al dispositivo conectado.
Diferencias entre PCI y PCI-E
¿Qué diferencias específicas tienen estas dos configuraciones?
En sus características técnicas y operativas, PCI es similar a AGP, mientras que PCI-E es un desarrollo fundamentalmente nuevo.
Mientras que PCI proporciona transferencia de información en paralelo, PCI-E proporciona transferencia de información en serie, logrando así velocidades de transferencia de información y rendimiento significativamente mayores, incluso teniendo en cuenta el uso de un adaptador.
¿Por qué es necesario?
¿Por qué se necesita un adaptador de este tipo y para qué se puede utilizar?
Debe comprender que la mayoría de los usuarios prescinden de este equipo porque no es necesario ni siquiera en ordenadores antiguos que están sujetos a un desgaste importante.
Se trata de un equipamiento adicional que, en algunos casos, mejora la funcionalidad de su PC, pero del que el usuario medio puede prescindir fácilmente.
De hecho, el uso de un adaptador de este tipo proporciona solo una ventaja principal: la capacidad de conectar una cierta cantidad de dispositivos periféricos a la tarjeta de memoria, mientras que es imposible conectar tantos de ellos directamente. Por ejemplo, de esta forma podrás conectar vídeo discreto o además del principal.
También es una opción bastante cómoda apagar rápidamente todos los dispositivos periféricos al mismo tiempo si es necesario.
Por ejemplo, en el caso de que el rendimiento del ordenador disminuya o por otros motivos. En este caso, el usuario no necesita deshabilitar componentes mediante programación durante mucho tiempo.
Cuando se trata de interfaces en el contexto de sistemas informáticos, hay que tener mucho cuidado de no "toparse" con interfaces incompatibles para los mismos componentes dentro del sistema.
Afortunadamente, cuando se trata de la interfaz PCI-Express para conectar una tarjeta de video, prácticamente no habrá problemas de incompatibilidad. En este artículo veremos esto con más detalle y también hablaremos sobre qué es PCI-Express.
¿Por qué se necesita PCI-Express y qué es?
Empecemos, como siempre, por lo más básico. Interfaz PCI-Express (PCI-E)- se trata de un medio de interacción, en este contexto, compuesto por un controlador de bus y el slot correspondiente (Fig. 2) en tarjeta madre(generalizar).
Este protocolo de alto rendimiento se utiliza, como se indicó anteriormente, para conectar una tarjeta de video al sistema. En consecuencia, la placa base tiene una ranura PCI-Express correspondiente, donde está instalado el adaptador de video. Anteriormente, las tarjetas de video se conectaban a través de la interfaz AGP, pero cuando esta interfaz, en pocas palabras, "ya no era suficiente", vino al rescate PCI-E, de cuyas características detalladas hablaremos ahora.
Fig.2 (Ranuras PCI-Express 3.0 en la placa base)
Características clave de PCI-Express (1.0, 2.0 y 3.0)
A pesar de que los nombres PCI y PCI-Express son muy similares, sus principios de conexión (interacción) son radicalmente diferentes. En el caso de PCI-Express, se utiliza una línea: una conexión en serie bidireccional, de tipo punto a punto, puede haber varias de estas líneas; En el caso de las tarjetas de video y placas base (no tomamos en cuenta Cross Fire y SLI) que admiten PCI-Express x16 (es decir, la mayoría), puede adivinar fácilmente que hay 16 líneas de este tipo (Fig. 3), Muy a menudo, en las placas base con PCI-E 1.0, era posible ver una segunda ranura x8 para funcionamiento en modo SLI o Cross Fire.
Bueno, en PCI, el dispositivo está conectado a un bus paralelo común de 32 bits.
Arroz. 3. Ejemplo de tragamonedas con diferente número de líneas
(como se mencionó anteriormente, x16 se usa con mayor frecuencia)
El ancho de banda de la interfaz es de 2,5 Gbit/s. Necesitamos estos datos para rastrear los cambios en este parámetro en diferentes versiones de PCI-E.
Además, la versión 1.0 evolucionó hacia PCI-E 2.0. Como resultado de esta transformación, obtuvimos el doble de rendimiento, es decir, 5 Gbit/s, pero me gustaría señalar que los adaptadores gráficos no ganaron mucho en rendimiento, ya que esta es solo una versión de la interfaz. La mayor parte del rendimiento depende de la propia tarjeta de vídeo; la versión de la interfaz sólo puede mejorar o ralentizar ligeramente la transferencia de datos (en este caso no hay "frenado" y hay un buen margen).
Asimismo, en 2010, con reserva, se desarrolló la interfaz PCI-E 3.0, por el momento se utiliza en todos los sistemas nuevos, pero si todavía tiene 1.0 o 2.0, no se preocupe; a continuación hablaremos sobre la relativa compatibilidad con versiones anteriores de diferentes versiones.
Con PCI-E 3.0, el ancho de banda se ha duplicado en comparación con la versión 2.0. También se realizaron muchos cambios técnicos allí.
Se espera que nazca en 2015. PCI-E 4.0, lo cual no es en absoluto sorprendente para la dinámica industria de TI.
Bueno, está bien, terminemos con estas versiones y cifras de ancho de banda, y toquemos el tema muy importante de la compatibilidad con versiones anteriores de diferentes versiones de PCI-Express.
Compatible con versiones anteriores de PCI-Express 1.0, 2.0 y 3.0
Esta pregunta preocupa a muchos, especialmente cuando elegir una tarjeta de video para el sistema actual. Dado que estamos contentos con un sistema con una placa base que admite PCI-Express 1.0, surgen dudas sobre si una tarjeta de video con PCI-Express 2.0 o 3.0 funcionará correctamente. Sí, lo será, al menos eso prometen los desarrolladores que aseguraron esta compatibilidad. Lo único es que la tarjeta de video no podrá revelarse completamente en todo su esplendor, pero las pérdidas de rendimiento, en la mayoría de los casos, serán insignificantes.
Por el contrario, puede instalar de forma segura tarjetas de video con una interfaz PCI-E 1.0 en placas base que admitan PCI-E 3.0 o 2.0, no hay ninguna restricción, así que tenga la seguridad de la compatibilidad; Si, por supuesto, todo está en orden con otros factores, estos incluyen una fuente de alimentación insuficientemente potente, etc.
En general, hemos hablado bastante sobre PCI-Express, lo que debería ayudarle a aclarar mucha confusión y dudas sobre la compatibilidad y comprender las diferencias entre las versiones de PCI-E.
Casi todas las placas base modernas están equipadas actualmente con una ranura de expansión PCI-E x16. Esto no es sorprendente: tiene instalado un acelerador de gráficos discreto, sin el cual generalmente es imposible crear una computadora personal productiva. Son sus antecedentes, especificaciones técnicas y posibles modos de funcionamiento los que se discutirán en el futuro.
Antecedentes de la apariencia de la ranura de expansión.
A principios de la década de 2000, con la ranura de expansión AGP, que en ese momento se utilizaba para la instalación, surgió una situación en la que se alcanzaba el nivel máximo de rendimiento y sus capacidades ya no eran suficientes. A raíz de esto se creó el consorcio PCI-SIG, que comenzó a desarrollar los componentes de software y hardware de la futura ranura para la instalación de aceleradores gráficos. El fruto de su creatividad fue la primera especificación PCI Express 16x 1.0 en 2002.
Para garantizar la compatibilidad entre los dos puertos de instalación de adaptadores de gráficos discretos que existían en ese momento, algunas empresas desarrollaron dispositivos especiales que permitían instalar soluciones de gráficos obsoletas en una nueva ranura de expansión. En el lenguaje de los profesionales, este desarrollo tenía su propio nombre: adaptador PCI-E x16/AGP. Su objetivo principal es minimizar el costo de actualizar una PC utilizando componentes de la configuración anterior de la unidad del sistema. Pero esta práctica no se generalizó debido al hecho de que las tarjetas de video básicas en la nueva interfaz tenían un costo casi igual al precio del adaptador.
Paralelamente, se crearon modificaciones más simples de esta ranura de expansión para controladores externos, que reemplazaron a los puertos PCI habituales en ese momento. A pesar de su similitud externa, estos dispositivos eran significativamente diferentes. Si AGP y PCI podían presumir de transferir información en paralelo, entonces PCI Express era una interfaz en serie. Su mayor rendimiento fue garantizado por una tasa de transferencia de datos significativamente mayor en modo dúplex (en este caso, la información podría transmitirse en dos direcciones a la vez).
Tasa de transferencia y método de cifrado
En la designación de la interfaz PCI-E x16, el número indica la cantidad de carriles utilizados para la transferencia de datos. En este caso, hay 16. Cada uno de ellos, a su vez, consta de 2 pares de cables para transmitir información. Como se señaló, una mayor velocidad está garantizada por el hecho de que estos pares funcionan en modo full duplex. Es decir, la transferencia de información puede realizarse en dos direcciones a la vez.
Para protegerse contra una posible pérdida o distorsión de los datos transmitidos, esta interfaz utiliza un sistema especial de protección de la información llamado 8V/10V. Esta designación se descifra de la siguiente manera: para la correcta y correcta transmisión de 8 bits de datos, deben complementarse con 2 bits de servicio para realizar una verificación de corrección. En este caso, el sistema se ve obligado a transmitir el 20 por ciento de la información de servicio, lo que no supone una carga útil para el usuario de la computadora. Pero este es el precio por el funcionamiento confiable y estable del subsistema de gráficos de una computadora personal, y ciertamente no hay forma de prescindir de él.
Versiones PCI-E
El conector PCI-E x16 es externamente el mismo en todas las placas base. Sólo la velocidad de transferencia de información en cada caso puede diferir significativamente. Como resultado, el rendimiento del dispositivo también es diferente. Y las modificaciones para esta interfaz gráfica son las siguientes:
- Primera modificación de PCI: Express x16 v. 1.0 tenía un rendimiento teórico de 8 Gb/s.
- PCI de segunda generación - Express x16 v. 2.0 ya contaba con el doble de rendimiento de 16 Gb/s.
- Una tendencia similar ya ha continuado con la tercera versión de esta interfaz. En este caso, esta cifra se fijó en 64 Gb/s.
Es imposible distinguir visualmente por la ubicación de los contactos. Al mismo tiempo, son compatibles entre sí. Por ejemplo, si instala una tarjeta adaptadora de gráficos en una ranura de la versión 3.0 que cumple con las especificaciones 2.0 a nivel físico, todo el sistema de procesamiento cambiará automáticamente al modo de velocidad más baja (es decir, 2.0) y continuará funcionando con un rendimiento de 64 Gb/s.
PCI Express de primera generación
Como se señaló anteriormente, PCI Express se introdujo por primera vez en 2002. Su lanzamiento marcó la aparición de computadoras personales con múltiples adaptadores gráficos, que, además, podían presumir de un mayor rendimiento incluso con un acelerador instalado. El estándar AGP 8X permitía un rendimiento de 2,1 Gb/s y la primera revisión de PCI Express, 8 Gb/s.
Por supuesto, no es necesario hablar de un aumento de ocho veces. El 20 por ciento del aumento se utilizó para transferir información de servicio, lo que permitió encontrar errores.
Segunda modificación de PCI-E
La primera generación de éste fue sustituida en 2007 por PCI-E 2.0 x16. Las tarjetas de video de segunda generación, como se señaló anteriormente, eran físicamente y de software compatibles con la primera modificación de esta interfaz. Sólo en este caso el rendimiento del sistema gráfico se redujo significativamente al nivel de la versión de interfaz PCI Express 1.0 16x.
Teóricamente, el límite de transferencia de información en este caso era igual a 16 Gb/s. Pero el 20 por ciento del aumento resultante se gastó en información patentada. Como resultado, en el primer caso, la transferencia real fue igual a: 8 Gb/s - (8 Gb/s x 20%: 100%) = 6,4 Gb/s. Y para la segunda ejecución de la interfaz gráfica, este valor ya era este: 16 Gb/s - (16 Gb/s x 20%: 100%) = 12,8 Gb/s. Dividiendo 12,8 Gb/s por 6,4 Gb/s, obtenemos un aumento de rendimiento práctico real de 2 veces entre la primera y la segunda versión de PCI Express.
Tercera generación
La última y más actual actualización de esta interfaz se lanzó en 2010. La velocidad máxima de PCI-E x16 en este caso ha aumentado a 64 Gb/s, y la potencia máxima del adaptador gráfico sin alimentación adicional en este caso puede ser igual a 75 W.
Opciones de configuración con múltiples aceleradores de gráficos en una sola PC. Sus pros y sus contras
Una de las innovaciones más importantes de esta interfaz es la posibilidad de tener varios adaptadores gráficos x16 a la vez. En este caso, las tarjetas de video se combinan entre sí y forman, esencialmente, un solo dispositivo. Su rendimiento general se resume y esto le permite aumentar significativamente el rendimiento de su PC en términos de procesamiento de la imagen de salida. Para las soluciones de NVidia, este modo se llama SLI y para los procesadores gráficos de AMD, CrossFire.
El futuro de este estándar
La ranura PCI-E x16 ciertamente no cambiará en el futuro previsible. Esto permitirá utilizar tarjetas de video más potentes como parte de PC obsoletas y así llevar a cabo una actualización gradual del sistema informático. Ahora se están elaborando las especificaciones para la cuarta versión de este método de transferencia de datos. Para los adaptadores gráficos en este caso se proporcionará un máximo de 128 GB/s. Esto le permitirá mostrar la imagen en la pantalla del monitor en calidad “4K” o más.
Resultados
Sea como fuere, PCI-E x16 es actualmente la única ranura e interfaz gráfica. Será relevante durante bastante tiempo. Sus parámetros le permiten crear tanto sistemas informáticos de nivel básico como PC de alto rendimiento con varios aceleradores. Precisamente por esta flexibilidad no se esperan cambios significativos en este nicho.
En la primavera de 1991, Intel completó el desarrollo de la primera versión prototipo del bus PCI. A los ingenieros se les encomendó la tarea de desarrollar una solución económica y de alto rendimiento que aprovechara las capacidades de los procesadores 486, Pentium y Pentium Pro. Además, fue necesario tener en cuenta los errores cometidos por VESA al diseñar el bus VLB (la carga eléctrica no permitía conectar más de 3 tarjetas de expansión), así como implementar la configuración automática del dispositivo.
En 1992 apareció la primera versión del bus PCI, Intel anunció que el estándar del bus sería abierto y creó el PCI Special Interest Group. Gracias a esto, cualquier desarrollador interesado tiene la oportunidad de crear dispositivos para el bus PCI sin necesidad de adquirir una licencia. La primera versión del bus tenía una frecuencia de reloj de 33 MHz, podía ser de 32 o 64 bits y los dispositivos podían funcionar con señales de 5 V o 3,3 V. En teoría, el rendimiento del bus era de 133 MB/s, pero en realidad el rendimiento fue de aproximadamente 80 MB/s
Características principales:
- frecuencia del bus: 33,33 o 66,66 MHz, transmisión síncrona;
- ancho del bus: 32 o 64 bits, bus multiplexado (la dirección y los datos se transmiten a través de las mismas líneas);
- el rendimiento máximo para la versión de 32 bits que funciona a 33,33 MHz es de 133 MB/s;
- espacio de direcciones de memoria: 32 bits (4 bytes);
- espacio de direcciones de los puertos de E/S: 32 bits (4 bytes);
- espacio de direcciones de configuración (para una función) - 256 bytes;
- voltaje - 3,3 o 5 V.
Fotos de conectores:
| MiniPCI - 124 pines | |
| MiniPCI Express MiniSata/mSATA - 52 pines | |
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| SSD MBA de Apple, 2012 | |
| SSD de Apple, 2012 | |
| SSD PCIe de Apple | |
| MXM, tarjeta gráfica, 230/232 pines | |
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MXM2 NGIFF 75 pines LLAVE A PCIe x2 LLAVE B PCIe x4 Sata SMBus |
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| MXM3, tarjeta gráfica, 314 pines | |
| PCI 5V |  |
| PCI Universal | |
| PCI-X 5v | |
| AGP Universal | |
| AGP 3.3v | |
| AGP 3.3v + Alimentación ADS | |
| PCIe x1 | |
| PCIe x16 | |
| PCIe personalizado | |
| ISA de 8 bits |  |
| ISA de 16 bits | |
| eISA | |
| VESA | |
| NuBus | |
| PD | |
| PD | |
| Ranura de expansión Apple II/GS |  |
| Bus de expansión PC/XT/AT de 8 bits | |
| ISA (arquitectura estándar de la industria): 16 bits | |
| eISA | |
| MBA - Arquitectura Micro Bus 16 bits | |
| MBA - Arquitectura Micro Bus con vídeo de 16 bits | |
| MBA - Arquitectura Micro Bus 32 bits | |
| MBA - Arquitectura Micro Bus con vídeo de 32 bits | |
| ISA 16 + VLB (VESA) | |
| PDS de ranura directa del procesador | |
| PDS de ranura directa del procesador 601 | |
| Procesador LC Ranura directa PERCH | |
| NuBus | |
| PCI (interconexión de computadora periférica) - 5v |  |
| PCI 3.3v | |
| CNR (Comunicaciones / elevador de red) | |
| AMR (elevador de audio/módem) | |
| ACR (elevador de comunicación avanzada) | |
| PCI-X (PCI periférico) 3.3v | |
| PCI-X 5v | |
| Opción PCI 5v + RAID - ARO | |
| AGP 3.3v |  |
| AGP 1.5v | |
| AGP Universal | |
| AGP Pro 1.5v | |
| Alimentación AGP Pro 1,5 V+ADC | |
| PCIe (interconexión rápida de componentes periféricos) x1 | |
| PCIe x4 | |
| PCIe x8 | |
| PCIe x16 |
PCI 2.0
La primera versión del estándar básico que se generalizó utilizaba tanto tarjetas como ranuras con un voltaje de señal de sólo 5 voltios. Rendimiento máximo: 133 MB/s.
PCI 2.1 - 3.0
Se diferenciaban de la versión 2.0 por la posibilidad de funcionamiento simultáneo de varios bus master (bus-master en inglés, el llamado modo competitivo), así como por la aparición de tarjetas de expansión universales capaces de funcionar ambos en ranuras utilizando un voltaje de 5 voltios. , y en ranuras utilizando 3,3 voltios (con una frecuencia de 33 y 66 MHz, respectivamente). El rendimiento máximo para 33 MHz es de 133 MB/s y para 66 MHz es de 266 MB/s.
- Versión 2.1: funciona con tarjetas diseñadas para un voltaje de 3,3 voltios y la presencia de líneas eléctricas adecuadas era opcional.
- Versión 2.2: las tarjetas de expansión fabricadas de acuerdo con estos estándares tienen una llave de conector de alimentación universal y pueden funcionar en muchos tipos posteriores de ranuras de bus PCI, así como, en algunos casos, en ranuras de la versión 2.1.
- Versión 2.3: incompatible con tarjetas PCI diseñadas para usar 5 voltios, a pesar del uso continuo de ranuras de 32 bits con una clave de 5 voltios. Las tarjetas de expansión tienen un conector universal, pero no pueden funcionar en ranuras de 5 voltios de versiones anteriores (hasta 2.1 inclusive).
- Versión 3.0: completa la transición a tarjetas PCI de 3,3 voltios; las tarjetas PCI de 5 voltios ya no son compatibles.
PCI 64
Una extensión del estándar PCI básico, introducido en la versión 2.1, que duplica el número de líneas de datos y, por tanto, el rendimiento. La ranura PCI 64 es una versión ampliada de la ranura PCI normal. Formalmente, la compatibilidad de tarjetas de 32 bits con ranuras de 64 bits (siempre que haya un voltaje de señal compatible común) es total, pero la compatibilidad de una tarjeta de 64 bits con ranuras de 32 bits es limitada (en cualquier caso, habrá una pérdida de rendimiento). Funciona a una frecuencia de reloj de 33 MHz. Rendimiento máximo: 266 MB/s.
- Versión 1: utiliza una ranura PCI de 64 bits y un voltaje de 5 voltios.
- Versión 2: utiliza una ranura PCI de 64 bits y un voltaje de 3,3 voltios.
PCI66
PCI 66 es una evolución de 66 MHz del PCI 64; utiliza 3,3 voltios en la ranura; las tarjetas tienen un factor de forma universal o de 3,3 V. El rendimiento máximo es de 533 MB/s.
PCI 64/66
La combinación de PCI 64 y PCI 66 permite cuatro veces la velocidad de transferencia de datos del estándar PCI básico; Utiliza ranuras de 64 bits de 3,3 V, compatibles sólo con las universales, y tarjetas de expansión de 3,3 V de 32 bits. Las tarjetas estándar PCI64/66 tienen un factor de forma universal (pero con compatibilidad limitada con ranuras de 32 bits) o de 3,3 voltios (esta última opción es fundamentalmente incompatible con ranuras de 32 bits y 33 MHz de estándares populares). Rendimiento máximo: 533 MB/s.
PCI-X
PCI-X 1.0 es una expansión del bus PCI64 con la adición de dos nuevas frecuencias operativas, 100 y 133 MHz, así como un mecanismo de transacción separado para mejorar el rendimiento cuando múltiples dispositivos operan simultáneamente. Generalmente compatible con todas las tarjetas PCI genéricas y de 3,3 V. Las tarjetas PCI-X generalmente se implementan en un formato de 64 bits 3.3B y tienen compatibilidad limitada con las ranuras PCI64/66, y algunas tarjetas PCI-X tienen un formato universal y son capaces de funcionar (aunque esto casi no tiene valor práctico). ) en un PCI 2.2/2.3 normal. En casos difíciles, para tener plena confianza en la funcionalidad de la combinación de placa base y tarjeta de expansión, es necesario consultar las listas de compatibilidad de los fabricantes de ambos dispositivos.
PCI-X 2.0
PCI-X 2.0: mayor expansión de las capacidades de PCI-X 1.0; Se han añadido frecuencias de 266 y 533 MHz, así como corrección de errores de paridad durante la transmisión de datos (ECC). Permite dividir en 4 buses independientes de 16 bits, que se utiliza exclusivamente en sistemas integrados e industriales; El voltaje de la señal se ha reducido a 1,5 V, pero los conectores son compatibles con todas las tarjetas que utilizan un voltaje de señal de 3,3 V. Actualmente, para el segmento no profesional del mercado de computadoras de alto rendimiento (estaciones de trabajo potentes y servidores de nivel básico ), en el que se utiliza bus PCI-X; se producen muy pocas placas base que admitan el bus. Un ejemplo de placa base para este segmento es la ASUS P5K WS. En el segmento profesional se utiliza en controladoras RAID y unidades SSD para PCI-E.
Mini-PCI
Factor de forma PCI 2.2, destinado a su uso principalmente en portátiles.
PCI-Express
PCI Express, PCIe o PCI-E (también conocido como 3GIO para E/S de tercera generación; no debe confundirse con PCI-X y PXI): autobús de la computadora(aunque a nivel físico no es un bus, siendo una conexión punto a punto), utilizando modelo de software Buses PCI y un protocolo físico de alto rendimiento basado en transmisión de datos en serie. Intel inició el desarrollo del estándar PCI Express después de abandonar el bus InfiniBand. Oficialmente, la primera especificación PCI Express básica apareció en julio de 2002. El desarrollo del estándar PCI Express lo lleva a cabo el PCI Special Interest Group.
A diferencia del estándar PCI, que utilizaba un bus común para la transferencia de datos con múltiples dispositivos conectados en paralelo, PCI Express, en general, es una red de paquetes con topología de las estrellas. Los dispositivos PCI Express se comunican entre sí a través de un medio formado por conmutadores, estando cada dispositivo conectado directamente mediante una conexión punto a punto al conmutador. Además, el bus PCI Express admite:
- tarjetas intercambiables en caliente;
- ancho de banda garantizado (QoS);
- gestión de energía;
- monitorear la integridad de los datos transmitidos.
El bus PCI Express está diseñado para utilizarse únicamente como bus local. Dado que el modelo de software PCI Express se hereda en gran medida de PCI, los sistemas y controladores existentes se pueden modificar para utilizar el bus PCI Express reemplazando sólo la capa física, sin modificar el software. El alto rendimiento máximo del bus PCI Express permite su uso en lugar de los buses AGP, y más aún PCI y PCI-X. De facto, PCI Express reemplazó a estos buses en las computadoras personales.
- MiniCard (Mini PCIe): reemplazo del factor de forma Mini PCI. El conector Mini Card admite los siguientes buses: x1 PCIe, 2.0 y SMBus.
- M.2 es la segunda versión de Mini PCIe, hasta x4 PCIe y SATA.
- ExpressCard: similar al factor de forma PCMCIA. El conector ExpressCard admite buses PCIe x1 y USB 2.0; las tarjetas ExpressCard admiten conexión en caliente.
- AdvancedTCA, MicroTCA: factor de forma para equipos de telecomunicaciones modulares.
- Mobile PCI Express Module (MXM) es un factor de forma industrial creado para portátiles por NVIDIA. Se utiliza para conectar aceleradores de gráficos.
- Las especificaciones del cable PCI Express permiten que la longitud de una conexión alcance decenas de metros, lo que permite crear una computadora cuyos dispositivos periféricos se encuentran a una distancia considerable.
- StackPC es una especificación para construir sistemas informáticos apilables. Esta especificación describe los conectores de expansión StackPC, FPE y sus posiciones relativas.
A pesar de que el estándar permite x32 líneas por puerto, estas soluciones son físicamente bastante voluminosas y no están disponibles.
| Año liberar | Versión PCI-Express | Codificación | Velocidad transferencias | Ancho de banda en x líneas | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ×1 | ×2 | ×4 | ×8 | ×16 | ||||
| 2002 | 1.0 | 8b/10b | 2,5 GT/s | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 |
| 2007 | 2.0 | 8b/10b | 5 GT/s | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 |
| 2010 | 3.0 | 128b/130b | 8 GT/s | ~7,877 | ~15,754 | ~31,508 | ~63,015 | ~126,031 |
| 2017 | 4.0 | 128b/130b | 16 GT/s | ~15,754 | ~31,508 | ~63,015 | ~126,031 | ~252,062 |
| 2019 |
5.0 | 128b/130b | 32 GT/s | ~32 | ~64 | ~128 | ~256 | ~512 |
PCI-Express 2.0
PCI-SIG lanzó la especificación PCI Express 2.0 el 15 de enero de 2007. Innovaciones clave en PCI Express 2.0:
- Mayor rendimiento: ancho de banda de una línea 500 MB/s, o 5 GT/s ( Gigatransacciones/s).
- Se han realizado mejoras en el protocolo de transferencia entre dispositivos y el modelo de software.
- Control dinámico de velocidad (para controlar la velocidad de comunicación).
- Alerta de ancho de banda (para notificar al software sobre cambios en la velocidad y el ancho del autobús).
- Servicios de control de acceso: capacidades opcionales de gestión de transacciones punto a punto.
- Control de tiempo de espera de ejecución.
- El restablecimiento del nivel de función es un mecanismo opcional para restablecer las funciones PCI dentro de un dispositivo PCI.
- Redefinir el límite de energía (para redefinir el límite de energía de la ranura al conectar dispositivos que consumen más energía).
PCI Express 2.0 es totalmente compatible con PCI Express 1.1 (los antiguos funcionarán en placas base con conectores nuevos, pero solo a una velocidad de 2,5 GT/s, ya que los conjuntos de chips antiguos no pueden soportar velocidades de transferencia de datos dobles; los nuevos adaptadores de video funcionarán sin problemas en antiguos conectores PCI Express 1.x).
PCI-Express 2.1
En cuanto a características físicas (velocidad, conector) corresponde a 2.0; en la parte de software se han agregado funciones que está previsto implementar íntegramente en la versión 3.0. Dado que la mayoría de las placas base se venden con la versión 2.0, tener solo una tarjeta de video con 2.1 no le permite usar el modo 2.1.
PCI-Express 3.0
En noviembre de 2010 se aprobaron las especificaciones para PCI Express 3.0. La interfaz tiene una velocidad de transferencia de datos de 8 GT/s ( Gigatransacciones/s). Pero a pesar de esto, su rendimiento real se duplicó en comparación con el estándar PCI Express 2.0. Esto se logró gracias a un esquema de codificación 128b/130b más agresivo, donde 128 bits de datos enviados a través del bus se codifican en 130 bits. Al mismo tiempo, se mantiene la total compatibilidad con versiones anteriores de PCI Express. Las tarjetas PCI Express 1.x y 2.x funcionarán en la ranura 3.0 y, a la inversa, una tarjeta PCI Express 3.0 funcionará en las ranuras 1.x y 2.x.
PCI-Express 4.0
El PCI Special Interest Group (PCI SIG) afirmó que PCI Express 4.0 podría estandarizarse antes de finales de 2016, pero a mediados de 2016, cuando ya se estaban preparando varios chips para la producción, los medios informaron que la estandarización se esperaba para principios de 2017. Tendrá un rendimiento de 16 GT/s, es decir, será el doble de rápido que PCIe 3.0.
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autobús ISA
Estándares de interfaz de bus
A medida que aumentó el ancho del bus y aumentó la frecuencia del reloj en la computadora, los estándares de la interfaz del bus también cambiaron. Actualmente, las computadoras utilizan los siguientes estándares de interfaz de bus principales:
· Autobús ISA;
· Autobús PCI;
Otros estándares como MCA (Micro Channel Architecture), EISA (Extended Industry Standard Architecture) y VESA, comúnmente llamado bus local, bus VL y desarrollado por VESA (Video Electronics Standards Association) no se utilizan actualmente.
El primer estándar de interfaz de bus común, el bus ISA (Industry Standard Architecture), fue desarrollado por IBM al crear la computadora IBM PC AT (1984). Este bus de 16 bits con una frecuencia de reloj de 8,33 MHz permite la instalación de tarjetas de expansión tanto de 8 como de 16 bits (con un ancho de banda de 8,33 y 16,6 MB/s, respectivamente).
El intercambio de datos entre dispositivos externos de alta velocidad y RAM se realiza con la participación del procesador, lo que en algunos casos puede provocar una disminución del rendimiento de la computadora. En modo de acceso directo, introducido en el bus ISA, el dispositivo periférico se comunica con la RAM directamente a través de canales DMA (Direct Memory Access). Este modo de intercambio de datos es más eficaz en situaciones en las que se requiere alta velocidad para transferir una gran cantidad de información (por ejemplo, al cargar datos en la memoria desde un disco duro).
Para organizar el acceso directo a la memoria, se utiliza un controlador DMA integrado en uno de los chips de la placa base. Un dispositivo que requiere acceso directo a la memoria contacta al controlador a través de uno de los canales DMA libres, indicándole la ruta (dirección) desde o dónde enviar datos, la dirección inicial del bloque de datos y la cantidad de datos. La inicialización del intercambio se produce con la participación del procesador, pero la transferencia de datos real se lleva a cabo bajo el control del controlador DMA y no del procesador.
El bus ISA está ausente en las placas base modernas y sólo se conserva en las computadoras más antiguas.
El bus PCI (Peripheral Component Interconnect) fue desarrollado por Intel con la participación de otras empresas en 1993 para su nuevo procesador Pentium de alto rendimiento.
Actualmente, todos los estándares PCI son desarrollados y mantenidos por la organización PCI-SIG (PCI - Special Interest Group).
El último estándar PCI, PCI 3.0, adoptado en 2004, define tanto un bus de 32 bits con una velocidad de reloj de 33 MHz y un rendimiento máximo de 133 MB/s, como buses de 64 bits con una velocidad de reloj de 33 y 66 MHz. y un rendimiento máximo, respectivamente, 266 y 533 MB/s.
Para acelerar la transferencia de datos en el bus PCI, se utiliza el modo ráfaga. En este modo, los datos ubicados en cualquier dirección se transmiten no uno a la vez, sino un conjunto completo a la vez.
El principio fundamental del bus PCI es el uso de los llamados puentes, que comunican el bus PCI con otros buses. Una característica importante del bus PCI es que en lugar de canales DMA, implementa un modo de masterización de bus más eficiente, que permite que un dispositivo externo controle el bus sin la participación del procesador. Durante la transferencia de información, un dispositivo que admite Bus Mastering toma el control del bus y se convierte en maestro. Con este enfoque, el procesador central queda libre para realizar otras tareas mientras se produce la transferencia de datos. Esto es especialmente importante cuando se utilizan sistemas operativos multitarea como Windows y Unix.
Los conectores para la tarjeta PCI en la placa base se muestran en la Fig. ?????.
Arroz. ?????. Ranuras para tarjetas PCI en la placa base:
a) conector de 32 bits; segundo) conector de 64 bits
Una adición al estándar PCI es el estándar PCI Hot Plug v1.0. Los dispositivos PCI que cumplen con este estándar se pueden insertar o retirar de la ranura mientras la computadora está en funcionamiento, lo que se denomina "conexión en caliente".
Los buses PCI se utilizan en las computadoras modernas para conectar dispositivos internos de la unidad del sistema, como una tarjeta de sonido o un módem. Sin embargo, para los dispositivos gráficos, estos buses no tienen suficiente velocidad de transferencia de datos, por lo que PCI-SIG desarrolló un nuevo estándar: PCI-X (la X significa eXtended) con frecuencias de reloj de 66, 133, 266 y 533 MHz y rendimientos máximos. de 533, respectivamente. Este estándar es compatible con versiones anteriores del estándar PCI 3.0, es decir. Su computadora puede usar tanto tarjetas PCI 3.0 como tarjetas PCI-X.
La última versión del estándar PCI-X, PCI-X 2.0, se adoptó en 2002. Actualmente, los autobuses de este estándar prácticamente no se utilizan, ya que ese mismo año PCI-SIG comenzó a desarrollar un estándar de bus PCI fundamentalmente nuevo: PCI Express.
El estándar PCI Express, también llamado PCI-E o PCe, sustituye la estructura compartida paralela que utilizan los buses PCI y PCI-X por conexiones serie de dispositivos mediante conmutadores. El antiguo nombre de este estándar es 3GIO (3ª generación de entrada/salida - tercera generación de entrada/salida).
El último estándar PCI Express actual es PCI Express Base 2.0, adoptado en 2006.
A diferencia del estándar PCI, que conecta todos los dispositivos a un bus unidireccional paralelo común de 32 bits, PCI Express utiliza una o más conexiones seriales bidireccionales punto a punto sobre cobre de par trenzado para conectar un dispositivo.
Al intercambiar datos a través de par trenzado, se utiliza el método de transmisión de señal diferencial de bajo voltaje: LVDS (señalización diferencial de bajo voltaje). Los datos en LVDS se transfieren secuencialmente, bit a bit. En este caso, se utiliza un par diferencial para transmitir una señal, es decir que el lado transmisor aplica diferentes niveles de tensión a los conductores del par, que se comparan en el lado receptor. Para codificar información, se utiliza la diferencia de voltaje entre los conductores de un par. La pequeña amplitud de la señal, así como la insignificante influencia electromagnética de los cables del par entre sí, permiten reducir el ruido en la línea y transmitir datos a altas frecuencias, es decir. con alta velocidad. Para aumentar la velocidad de transferencia de datos, puede utilizar varias conexiones (pares trenzados) a través de las cuales los bits se transmiten en paralelo, es decir. simultáneamente.
PCI Express puede utilizar una o más conexiones para transferir datos. El número de conexiones de un dispositivo se especifica mediante un número seguido (o precedido) de la letra x. Actualmente, la especificación define las conexiones como 1x, 2x, 4x, 8x, 16x y 32x. Cada una de estas conexiones de bus PCI Express (a excepción de la conexión 32x, que aún no está en uso) tiene su propio tipo de conector. En la Fig. ???? Se muestran las ranuras PCI Express más comunes: 1x, 2x, 4x, 8x y 16x.
Arroz. ?????. Los conectores PCI Express más comunes: a) 1x ranura; b) ranura 4x;
c) ranura 8x; d) ranura 16x;
El rendimiento del bus PCI Express por conexión es actualmente de 2,5 Gbit/s con perspectivas de aumentar a 10 Gbit/s. El estándar PCI Express debería reemplazar a los estándares PCI y PCI-X, así como al estándar AGP que se analiza en la siguiente sección. Sin embargo, el estándar PCI Express es compatible con estos estándares y aparentemente se utilizará junto con ellos durante mucho tiempo, ya que se han lanzado y se siguen lanzando muchas tarjetas basadas en los estándares PCI y AGP.
