Компьютерная Энциклопедия
Архитектура ЭВМ
Компоненты ПК
Интерфейсы
Мини блог
Самое читаемое
PCI Express
Физический уровень и конструктивы PCI Express
Физический уровень интерфейса допускает как электрическую, так и оптическую реализацию. Базовое соединение электрического интерфейса (1x) состоит из двух дифференциальных низковольтных сигнальных пар — передающей (сигналы PETp0, PETn0) и принимающей (PERp0, PERn0). В интерфейсе применена развязка передатчиков и приемников по постоянному току, что обеспечивает совместимость компонентов независимо от технологии изготовления компонентов и снимает некоторые проблемы передачи сигналов. Для передачи используется самосинхронизирующееся кодирование, что позволяет достигать высоких скоростей передачи. Базовая скорость — 2,5 Гбит/с «сырых» данных (после кодирования 8B/10B) в каждую сторону, в перспективе планируются и более высокие скорости. Для масштабирования пропускной способности возможно агрегирование сигнальных линий (lanes, сигнальных пар в электрическом интерфейсе), по одинаковому числу в обоих направлениях. Спецификация рассматривает варианты соединений из 1, 2, 4, 8, 12, 16 и 32 линий (обозначаются как x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32); передаваемые данные между ними распределяются побайтно. В каждой из линий самосинхронизация выплняется независимо, так что явление переноса (бич параллельных интерфейсов) отсутствует. Таким образом достижима скорость до 32×2,5 = 80 Гбит/с, что примерно соответствует пиковой скорости 8 Гбайт/с. Во время аппаратной инициализации в каждом соединении согласуется число линий и скорость передачи; согласование выполняется на низком уровне без какого-либо программного участия. Согласованные параметры соединения действуют на все время последующей работы.
Обеспечение «горячего» подключение на физическом уровне PCI Express не требует каких-либо дополнительных аппаратных затрат, поскольку двухточечное соединение не затрагивает «лишних» участников. Безопасная коммутация сигналов не требуется, возможности подключаемого устройства никак не влияют на режимы работы остальных устройств.
Малое число сигнальных контактов интерфейса дает большую свободу в выборе конструктивных реализаций PCI Express:
- соединение компонентов в пределах платы;
- слоты и карты расширения в конструктивах PC/AT и ATX;
- внутренние и внешние карты расширения мобильных ПК;
- малогабаритные модули ввода/вывода для серверов и коммуникационной аппаратуры;
- модули для промышленных компьютеров;
- разъемное подключение «дочерних» карт (mezannine interface);
- кабельные соединения блоков.
Для карт расширения в конструктивах PC/AT и ATX предусматриваются разные модификации разъема-слота PCI Express, отличающиеся числом пар сигнальных линий (x1, x4, x8, x16) и, соответственно, размером (см. рисунок ниже). При этом в слоты большего размера можно устанавливать карты с разъемом того же размера или меньшего (это называется Up-plugging). Однако противоположный вариант (Downplugging) — большую карту в меньший слот — механически невозможен (в PCI/PCI-X это возможно). Как было показано выше, самый маленький вариант PCI Express обеспечивает пропускную способность на уровне стандартной шины PCI.
Назначение контактов слотов PCI Express приведено в таблице ниже.
Набор сигналов интерфейса PCI Express невелик:
- PETp0, PETn0… PETp15, PETn15 — выходы передатчиков сигнальных пар 0…15;
- PERp0, PERn0… PERp15, PERn15 — входы приемников;
- REFCLK+ и REFCLK — сигналы опорной частоты 100 МГц;
- PERST# — сигнал сброса карты;
- WAKE# — сигнал «пробуждения» (от карты);
- PRSNT1#, PRSNT2# — сигналы обнаружения подключения-отключения карты для системы горячего подключения. На карте эти цепи соединяются между собой, причем для PRSNT2# выбирается контакт с самым большим номером. Это позволяет точнее отслеживать моменты подключения-отключения (в случае наклона карты). Для определения числа линий подключенной карты данные линии не используются — разрядность линий определяется автоматически при установлении соединения (в процедуре тренировки).
Дополнительно на слоте имеются необязательные сигналы шины SMBus (SMB_CLK и SMB_DATA) и интерфейса JTAG (TCLK, TDI, TDO, TMS, TRST#).
Питание на карты подается по следующим шинам:
- +3,3V — основное питание +3 В при токе до 9 А;
- +12V — основное питание +12 В при токе до 0,5/2,1/4,4А для слотов x1/x4, x8/x16 соответственно;
- +3,3Vaux — дополнительное питание, ток до 375 мА в системах, способных к пробуждению по сигналу от карты и до 20 мА в непробуждаемых системах.
Таблица. Разъемы PCI Express
| № | Ряд B | Ряд A |
| 1 | +12V | PRSNT1# |
| 2 | +12V | +12V |
| 3 | Резерв | +12V |
| 4 | GND | GND |
| 5 | SMB_CLK | TCK |
| 6 | SMB_DATA | TDI |
| 7 | GND | TDO |
| 8 | +3.3 V | TMS |
| 9 | TRST# | +3.3 V |
| 10 | +3.3 Vaux | +3.3 V |
| 11 | WAKE# | PERST# |
| КЛЮЧ | ||
| 12 | Резерв | GND |
| 13 | GND | REFCLK+ |
| 14 | PETp0 | REFCLK- |
| 15 | PETn0 | GND |
| 16 | GND | PERp0 |
| 17 | PRSNT2# | PERn0 |
| 18 | GND | GND |
| Конец x1-коннектора | ||
| 19 | PETp1 | Резерв |
| 20 | PETn1 | GND |
| 21 | GND | PERp1 |
| 22 | GND | PERn1 |
| 23 | PETp2 | GND |
| 24 | PETn2 | GND |
| 25 | GND | PERp2 |
| 26 | GND | PERn2 |
| 27 | PETp2 | GND |
| 28 | PETn2 | GND |
| 29 | GND | PERp3 |
| 30 | Резерв | PERn3 |
| 31 | PRSNT2# | GND |
| 32 | GND | Резерв |
| Конец x4-коннектора | ||
| 33 | PETp4 | Резерв |
| 34 | PETn4 | GND |
| 35 | GND | PERp4 |
| 36 | GND | PERn4 |
| 37 | PETp5 | GND |
| 38 | PETn5 | GND |
| 39 | GND | PERp5 |
| 40 | GND | PERn5 |
| 41 | PETp6 | GND |
| 42 | PETn6 | GND |
| 43 | GND | PERp6 |
| 44 | GND | PERn6 |
| 45 | PETp7 | GND |
| 46 | PETn7 | GND |
| 47 | GND | PERp7 |
| 48 | PRSNT2# | PERn7 |
| 49 | GND | GND |
| Конец x8-коннектора | ||
| 50 | PETp8 | Резерв |
| 51 | PETn8 | GND |
| 52 | GND | PERp8 |
| 53 | GND | PERn8 |
| 54 | PETp9 | GND |
| . | . | . |
| 79 | PETn15 | GND |
| 80 | GND | PERp15 |
| 81 | PRSNT2# | PERn15 |
| 82 | GND | GND |
| Конец x16-коннектора | ||
Для мобильных компьютеров PCMCIA ввела конструктив ExpressCard (см. следующий рисунок), для которого на системный разъем выводится два интерфейса: PCI Express (1x) и USB 2.0. Модули ExpressCard компактнее прежних карт PCMCIA (PC Card и CardBus); предлагается две модификации, различающиеся по ширине: ExpressCard/34 (34×75×5 мм) и ExpressCard/54 (54×75×5 мм). Толщина модулей всего 5 мм, но, если требуется, то более длинные модули могут иметь утолщения в части, выходящие за габариты корпуса компьютера (за пределами 75 мм от края разъема). Как и прежние карты PCIMCIA, карты ExpressCard доступны пользователям и поддерживают «горячее» подключение.
Для внутренних карт расширения блокнотных ПК введен конструктив Mini PCI Express (см. рисунок ниже), формат которого происходит от Mini PCI Type IIIA. Благодаря уменьшению числа контактов ширина карты уменьшена до 30 мм, так что на месте одной карты Mini PCI можно разместить пару карт Mini PCI Express. На разъем карты (см. таблицу ниже) кроме PCI Express выведены интерфейсы последовательных шин USB 2.0 (USB_D+ и USB_D-) и SMBus (SMB_CLK и SMB_DATA), питание +3,3 В (750 мА основное и 250 мА дополнительное) и +1,5 В (375 мА). Собственно интерфейс PCI Express (x1) занимает всего 6 контактов (выходы передатчика PETp0 и PETn0, входы приемника PERp0 и PERn0, а также сигналы опорной частоты 100 МГц REFCLK+ и REFCLK-. Сигнал PERST# — сброс карты, сигнал WAKE# — «пробуждение» (от карты). Сигналы LED_Wxxx# служат для управления светодиодными индикаторами состояния.
Таблица. Разъемы Mini PCI Express
| № | Цепь | № | Цепь |
| 1 | WAKE# | 2 | 3.3 V |
| 3 | Резерв | 4 | GND |
| 5 | Резерв | 6 | 1.5 V |
| 7 | Резерв | 8 | Резерв |
| 9 | GND | 10 | Резерв |
| 11 | REFCLK+ | 12 | Резерв |
| 13 | REFCLK- | 14 | Резерв |
| 15 | GND | 16 | Резерв |
| Ключ | |||
| 17 | Резерв | 18 | GND |
| 19 | Резерв | 20 | Резерв |
| 21 | GND | 22 | PERST# |
| 23 | PERn0 | 24 | +3.3 V |
| 25 | PERp0 | 26 | GND |
| 27 | GND | 28 | +1.5 V |
| 29 | GND | 30 | SMB_CLK |
| 31 | PETn0 | 32 | SMB_DATA |
| 33 | PETp0 | 34 | GND |
| 35 | GND | 36 | USB_D- |
| 37 | Резерв | 38 | USB_D+ |
| 39 | Резерв | 40 | GND |
| 41 | Резерв | 42 | LED_WWAN# |
| 43 | Резерв | 44 | LED_WLAN# |
| 45 | Резерв | 46 | LED_WPAN# |
| 47 | Резерв | 48 | +1.5 V |
| 49 | Резерв | 50 | GND |
| 51 | Резерв | 52 | +3.3 V |
С интерфейсом PCI Express удобно компонуются модули ввода/вывода и сетевых интерфейсов для серверов и коммуникационных устройств стоечного исполнения. Такие модули могут быть достаточно компактными (высота 2U не вызывает проблем размещения разъема), при этом производительности интерфейса достаточно даже для таких критичных модулей, как Fibre Channel, Gigabit Ethernet (GbE), 10GbE.
Интерфейс PCI Express принимается и для промышленных компьютеров, для чего имеются спецификации PICMG 3.4 (малогабаритные конструктивы для x1, x2 и x4), а также конструктивы в формате Compact PCI.
Интерфейс PCI Express существует и в кабельном исполнении для кабельных соединений блоков, находящихся на небольшом удалении друг от друга. Так, например, по PCI Express можно подключать док-станции к блокнотным ПК. Возможность вывода интерфейса системного уровня за пределы корпуса компьютера из предшественников PCI Express поддерживала только шина ISA, и то только при низких скоростях обмена (на частотах до 5 МГц). Из новых последовательных интерфейсов системного уровня эта возможность имеется и в InfiniBand. Наличие кабельного варианта высокопроизводительного интерфейса системного уровня может позволить отойти от традиционной компоновки компьютера, при которой в системном блоке концентрируются все компоненты, требующие интенсивного обмена с ядром компьютера.
Источник