Разработка драйвера pci устройства под linux

Что такое Соответствие PCI?

Компании, выпускающие стандартам безопасности PCI и управляются им .

Ключевые моменты

• Компании, которые следуют и соблюдают стандарты безопасности данных индустрии платежных карт (PCI DSS), считаются соответствующими PCI.
• Совет по стандартам безопасности PCI отвечает за разработку стандарта PCI DSS.
• PCI DSS содержит 12 ключевых требований, 78 базовых требований и 400 процедур тестирования, чтобы убедиться, что организации соответствуют требованиям PCI.
• Соответствие стандарту PCI снижает вероятность утечки данных, защищает данные держателей карт, позволяет избежать штрафов и улучшает репутацию бренда.
• Соблюдение требований PCI не требуется по закону, но считается обязательным в судебном порядке.

Характеристики шины

Перед тем как получим ответ на вопрос: «PCI-устройства: что это такое и где они используются?», рассмотрим характеристики данной шины. Свое победоносное шествие этот стандарт начал в 1991 году. Первым процессором, который мог с ним полноценно функционировать, был 80486. Чуть позже появились первые «Пентиумы», еще больше раскрывшие его потенциал. Физически за этой аббревиатурой скрывается группа разъемов, распаянных на материнской плате. За организацию их работы отвечает одна из микросхем, установленных на ней. Характеристики у PCI следующие:

• Разрядность — 32/64 бита.
• Частота работы — 33 или 66 МГц.
• Максимальная пропускная способность — 500 Мбайт/с (для 64 бит версии PCI 2.0).
• Напряжение питания — 3,3 В (для 32 бит) или 5 В (для 64 бит).

Еще один важный нюанс, который предопределил будущее этого стандарта. «Интел» сделала его «открытым». То есть каждый разработчик мог при желании разработать любую плату расширения, которая без проблем работала бы с этим стандартом.

Плата расширения

Нередко в диспетчере устройств можно встретить следующее устройство: «PCI контроллер simple communications». За этим словосочетанием скрывается плата расширения. Она позволяет увеличить количество портов для подключения периферийных устройств или жестких дисков. То есть подобное приспособление устанавливается в слот расширения материнской платы, а с внешней стороны оно оснащено разъемами ЮСБ, КОМ или ЛПТ. Лет 5 назад это позволяло существенно увеличить количество подключенных периферийных устройств. Сейчас же количество портов на материнской плате выросло в разы, и потребность в установке подобных контроллеров просто отпала.

Определение

Что же это за устройство и для чего оно нужно? Строго говоря, это шина ввода и вывода, которая подключается к персонального компьютера.

К самой этой шине, то есть к переходнику, можно подключить некоторое (различающееся в зависимости от конфигурации) количество внешних периферийных устройств.

С помощью последовательного соединения эти периферийные устройства подключаются к компьютеру.

Основной характеристикой такого устройства является его пропускная способность.

Именно она характеризует (в общем случае) качество работы, скорость ее и быстродействие компьютера и подключенных таким образом элементов.

Характеристика пропускной способности выражается в количестве линий соединения (от 1 до 32).

В зависимости от этой основной характеристики может значительно меняться и цена данного устройства. То есть, чем эта характеристика лучше (показатель выше), тем выше и стоимость такого устройства. Кроме того, многое зависит от статуса производителя, надежности оборудования и его долговечности. В среднем цена начинается от 250-500 рублей (за азиатские изделия с низкой пропускной способностью), до 2000 рублей (за европейские и японские устройства с высокой пропускной способностью).

Что такое PCI Express.

PCI Express (PCIe, PCI-e) – это один из протоколов передачи данных. Он служит для обеспечения взаимодействия различных устройств в современных компьютерах. PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express) это по сути соединение (посредник), который передаёт данные от одного блока другому. Эти данные передаются двумя способами — либо параллельным либо последовательным.Кому интересно узнать про эти способы прошу под спойлеры.

Версии PCI Express

Первая версия PCI Express разрабатывалась самой фирмой Intel и вышла в 2002 году. Она вытеснила устаревший стандарт PCI (Peripheral Component Interconnect). В настоящий момент последней версией является PCI-E 5.0. Перед отправкой через PCI данные кодируются в блоки.В версиях PCI-E 1.0 и PCI-E 2.0 применялась схема кодирования, которая обозначалась как 8b/10b. Это значит, что каждый 8 битный блок кодируется в 10-ти битный. При таком кодировании только 80% передаваемых данных являются полезными, а оставшиеся 20% обеспечивают правильную работу протокола. Протокол – тут означает «схема», «порядок», «алгоритм».В версиях PCI-E 3.0 и выше применяется уже другой способ кодировки, который обозначается как 128b/130b. Это значит, что каждый 128 битный блок кодируется в 130 битный. При таком способе кодировки, полезный процент передаваемых данных достигает 98,46%.С каждой новой версией увеличивалась и тактовая частота шины, то есть скорость передачи данных. Измеряется в гигатранзакциях в секунду (ГТ/с). В PCI-E 1.0 она составляла 2,5 ГТ/с, то есть 2,5 миллиардов битов в секунду. Если перевести эти данные в привычные нам цифры, то получится: 2,5*109 Бит/с = 312,5‬ Мегабайт/с — 20% = 250 Мегабайт/с.В последней версии PCI-E 5.0 скорость возросла аж до 32ГТ/с, что значит 32*109 Бит/с = 4000‬ Мегабайт/с = 4 Гигабайт/с. Так как при кодировании 128b/130b полезные данные составляются 98,46, то реальная пропускная способность PCIe 5.0 будет равна 3,938 Гигабайт/с.Приведу таблицу со всеми версиями PCI-E, где можно посмотреть и пропускную способность каждой версии.

Версия PCI Express	Год выхода	Схема кодирования	Скорость передачи	Пропускная способность на n линиях:
x1	x4	x8	x16
PCIe 1.0	2002	8b/10b	2,5 ГТ/с	250 Мб/с	1 Гб/с	2 Гб/с	4 Гб/с
PCIe 2.0	2007	8b/10b	5 ГТ/с	500 Мб/с	2 Гб/с	4 Гб/с	8 Гб/с
PCIe 3.0	2010	128b/130b	8 ГТ/с	984,6 Мб/с	3,94 Гб/с	7,88 Гб/с	15,8 Гб/с
PCIe 4.0	2017	128b/130b	16 ГТ/с	1,969 Гб/с	7,88 Гб/с	15,8 Гб/с	31,5 Гб/с
PCIe 5.0	2019	128b/130b	32 ГТ/с	3,938 Гб/с	15,75 Гб/с	31,5 Гб/с	63 Гб/с

Разъёмы PCI-E в компьютере

На современных материнских платах используются разъёмы PCI различных видов с различным количеством линий (каналов передачи данных). Используются разъёмы начиная с x1 до X16 линий. Внешне они отличаются только размерами, независимо от времени выпуска материнской платы. Они совместимы между собой. То есть, в разъём PCIe x16 можно подключить устройство с любым разъёмом PCI-E, в том числе и с разъемом PCIe x1, PCIe x4 или PCIe x8.

Скорость передачи данных будет ограничена возможностями разъёма PCI версии 1.0

Нужен ли в компьютере PCI-E 4.0?

Как я уже писал выше, на сегодняшний день уже существует 5 версия PCI-Express, но она на практике пока не используется. А вот PCI-Express 4.0 понемногу начал поддерживаться. Например: компания AMD стала использовать его в своих процессорах Ryzen.Intel в отличие от AMD не спешит с вводом поддержки PCI-E 4.0 в свои процессоры, считая это преждевременным. И в самом деле, пропускная способность PCI 3.0 x16 будет достаточной для игр в 4к разрешении со скоростью 144кб/с. Разница в пропускной способности новой версии заметна лишь в синтетических тестах. На практике же, такие огромные скорости передачи данных ни где не используются. И в ближайшие 3-4 года данная ситуация вряд-ли сильно поменяется.Так нужен ли в компьютере PCI-E 4.0 сегодня, в 2020 году?Ответ: на данный момент необходимости в новом PCI-Express 4.0 пока нет. Материнские платы, которые способны принять на свой борт процессоры с поддержкой новой версии PCI уже есть. Но, вот только цены на них уж больно кусачие.

История шины PCI и ее проблемы

Когда в начале 1990-x гг. она появилась, то по своим техническим характеристикам значительно превосходила все существовавшие до того момента шины, такие, как ISA, EISA, MCA и VL-bus. В то время шина PCI(Peripheral Component Interconnect —  взаимодействие периферийных компонентов), работавшая на частоте 33 Мгц, хорошо подходила для большинства периферийных устройств. Но сегодня ситуация во многом изменилась. Прежде всего, значительно возросли тактовые частоты процессора и памяти.  Например, тактовая частота процессоров увеличились с 33 МГц до нескольких ГГц, в то время как рабочая частота PCI увеличилась всего до 66 МГц. Появление таких технологий, как Gigabit Ethernet и IEEE 1394B грозило тем, что вся пропускная  способность шины PCI может уйти на обслуживание одного-единственного устройства на основе данных технологий.

При этом архитектура PCI имеет ряд преимуществ по сравнению с предшественниками, поэтому полностью пересматривать было нерационально. Прежде всего, она не зависит от типа процессора, поддерживает буферную изоляцию, технологию bus mastering (захват шины) и технологию PnP в полном объеме. Буферная изоляция означает, что шина PCI действует независимо от внутренней шины процессора, что дает возможность шине процессора функционировать независимо от скорости и загруженности системной шины. Благодаря технологии захвата шины периферийные устройства получили возможность непосредственно управлять процессом передачи данных по шине, вместо того, чтобы ожидать помощи от центрального процессора, что отразилось бы на производительности системы. Наконец, поддержка Plug and Play позволяет осуществлять автоматическую настройку и конфигурирование пользующихся ею устройств и избежать возни с джамперами и переключателями, которая изрядно портила жизнь владельцам ISA-устройств.

Несмотря на несомненный успех PCI, в нынешнее время она сталкивается с серьезными проблемами. Среди них – ограниченная пропускная способность, недостаток функций передачи данных в реальном времени и отсутствие поддержки сетевых технологий нового поколения.

Сравнительные характеристики различных стандартов PCI

Разрядность шины (бит)	Частота (МГц)	Пропускная способность (МБ/c)	Целевой рынок
32	33	132	Десктопы/мобильные системы
32	66	264	Серверы
64	33	264	Серверы
64	66	512	Серверы

Следует учесть, что реальная пропускная способность может быть меньше теоретической из-за принципа работы протокола и особенностей топологии шины. К тому же общая пропускная способность распределяется между всеми подключенными к ней устройствами, поэтому, чем больше устройств сидит на шине, тем меньшая пропускная способность достается каждому из них.

Такие усовершенствования стандарта, как PCI-X и AGP были призваны устранить ее главный недостаток – низкую тактовую частоту. Однако увеличение тактовой частоты в этих реализациях повлекло за собой уменьшение эффективной длины шины и количества разъемов.

Новое поколение шины — PCI Express (или сокращенно PCI-E), было впервые представлено в 2004 году и было призвано решить все те проблемы, с которыми столкнулась её предшественница. Сегодня  большая часть новых компьютеров снабжается шиной PCI Express. Хотя стандартные слоты PCI в них тоже присутствуют, однако не за горами то время, когда шина станет достоянием истории.

Графические адаптеры

Для вывода графического изображения использовалась PCI-видеокарта. В свое время это позволило значительно увеличить производительность компьютерных систем и полностью раскрыть потенциал процессоров 80486 и первых «Пентиумов».

Но время не стоит на месте. То, что тогда стало революционным решением, на сегодняшний день устарело как морально, так и физически. До 1997 года у таких графических ускорителей не было аналогов. Поэтому их можно было встретить на каждом персональном компьютере. И лишь только с появлением слота AGP на материнской плате такие адаптеры уступили новым графическим решениям пальму первенства по производительности.

Сейчас PCI-видеокарта – большая редкость. Ее можно встретить только на очень старых персональных компьютерах. Можно сказать, что это уже анахронизм. Их производительности достаточно только для решения наиболее простых задач – набора текста, работы с текстовым процессором и просмотра картинок. А вот с более сложными приложениями обязательно возникнут проблемы, и в таком случае их лучше не запускать.

Что такое PCI Express и PCI?

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. Интерфейс PCI является устаревшим, поэтому найти, например, современную видеокарту, которая подключается через PCI, наверное, не получится.

PCI Express (PCIe или PCI-E) — это компьютерная последовательная шина ввода-вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. Т.е. при этом уже используется двунаправленное последовательное соединение, которое может иметь несколько линий (x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32) чем больше таких линий, тем выше пропускная способность у шины PCI-E. Интерфейс PCI Express используется для подключения таких устройств как: видеокарты, звуковые карты, сетевые карты, SSD накопители и другие.

Существует несколько версий интерфейса PCI-E это: 1.0, 2.0 и 3.0 (скоро выйдет и версия 4.0). Обозначается данный интерфейс обычно, например, вот так PCI-E 3.0 x16, что означает версия PCI Express 3.0 с 16 линиями.

Если говорить о том будет ли работать, например, видеокарта, которая имеет интерфейс PCI-E 3.0 на материнской плате, которая поддерживает только PCI-E 2.0 или 1.0, так вот разработчики заявляют, что все работать будет, только конечно учтите, что пропускная способность будет ограничена возможностями материнской платы. Поэтому в этом случае переплачивать за видеокарту с более новой версией PCI Express я думаю, не стоит (если только на будущее, т.е. Вы, планируете приобрести новую материнскую плату с PCI-E 3.0). Также и наоборот допустим, у Вас материнская плата поддерживает версию PCI Express 3.0, а видеокарта версию скажем 1.0, то такая конфигурация также должна работать, но только с возможностями PCI-E 1.0, т.е. здесь никакого ограничения нет, так как видеокарта в этом случае будет работать на пределе своих возможностей.

Технические характеристики

С технической точки зрения такое устройство имеет три составные части:

Выше было написано об исключительной важности пропускной способности устройства для его нормального функционирования. Что же такое пропускная способность? Чтобы ответить на этот вопрос необходимо понимать принцип действия такого переходника

Что же такое пропускная способность? Чтобы ответить на этот вопрос необходимо понимать принцип действия такого переходника.

Он способен осуществлять одновременное двунаправленное (от карты к периферии и от периферии к карте) соединение оборудования.

При этом передача данных может происходить как по одной, так и по нескольким линиям.

Чем больше таких линий, тем стабильнее работает устройство, тем выше его пропускная способность и тем более быстродейственным будет периферийное оборудование.

Важно!
В зависимости от количества линий устройство может иметь различные конфигурации: х1, х2, х4, х8,х12, х16, х32. Цифра указывает непосредственно на количество полос для двусторонней одновременной передачи информации

Каждая из таких полос состоит из двух пар проводов (для передачи в двух направлениях).

Как видно из описания, эта конфигурация значительно влияет на стоимость устройства.

Но какое прикладное значение она имеет, действительно ли есть смысл тратиться дополнительно при покупке устройства?

Это напрямую зависит от того, сколько вы планируете подключить к материнской плате – чем их больше, тем более высокая пропускная способность необходима устройству для поддержания стабильной работы компьютера.

Шифрование

При такой системе передачи информации используется специфическая система защиты ее от искажений и потерь.

Этот метод защиты получил обозначение 8В/10В.

Смысл в том, что для передачи 8 бит необходимой информации должны быть использованы дополнительные 2 служебных бита для осуществления безопасности и защиты от искажений.

При работе такого адаптера, на компьютер постоянно передается 20% служебной информации, не несущей никакой нагрузки и пользователю не нужной. Но именно она, хотя и нагружает (впрочем, совсем незначительно) , обеспечивает стабильность работы шины и периферийных устройств.

Понимание соответствия PCI

судебном порядке .

В общем, соответствие PCI является основным компонентом протокола безопасности любой компании, выпускающей кредитные карты. Обычно это требуется компаниями, выпускающими кредитные карты, и обсуждается в сетевых соглашениях по кредитным картам.

Совет по стандартам PCI отвечает за разработку стандартов соответствия PCI. Эти стандарты применяются к обработке данных для продавцов, а также были расширены для определения требований к ключевые организации, которые также связаны с установлением стандартов в индустрии кредитных карт, включают Сеть ассоциации карт и Национальную автоматизированную клиринговую палату (NACHA).

Что такое PCI Express и что он обозначает?

PCI Express означает Peripheral Component Interconnect Express и представляет собой стандартный интерфейс для подключения периферийного оборудования к материнской плате на компьютере. Другими словами, PCI Express или сокращенно PCIe — это интерфейс, который подключает к материнской плате внутренние карты расширения, такие как видеокарты, звуковые карты, адаптеры Ethernet и Wi-Fi . Кроме того, PCI Express также используется для подключения некоторых типов твердотельных накопителей, которые обычно очень быстрые.

Какие типы слотов и размеров PCI Express существуют, и что означают линии PCIe? Для подключения плат расширения к материнской плате PCI Express использует физические слоты. Обычными слотами PCI Express, которые мы видим на материнских платах, являются PCIe x1, PCIe x4, PCIe x8 и PCIe x16. Число, которое следует за буквой «х», говорит нам о физических размерах слота PCI Express, который, в свою очередь, определяется количеством контактов на нем. Чем больше число, тем длиннее слот PCIe и тем больше контактов, которые соединяют плату расширения с гнездом.

Кроме того, число «х» также указывает, сколько полос доступно в этом слоте расширения. Вот как сравниваются часто используемые слоты PCIe:

• PCIe x1: имеет 1 полосу , 18 контактов и длину 25 мм
• PCIe x4: имеет 4 линии , 32 контакта и длину 39 мм
• PCIe x8: имеет 8 линий , 49 контактов и длину 56 мм
• PCIe x16: имеет 16 линий , 82 контакта и длину 89 мм

Линии PCI Express — это пути между набором микросхем материнской платы и слотами PCIe или другими устройствами, являющимися частью материнской платы, такими как разъем процессора, слоты M.2 SSD, сетевые адаптеры, контроллеры SATA или контроллеры USB.

В PCI Express каждая полоса индивидуальна, что означает, что она не может быть разделена между различными устройствами. Например, если ваша видеокарта подключена к слоту PCIe x16, это означает, что она имеет 16 независимых линий, выделенных только для нее. Никакой другой компонент не может использовать эти полосы, кроме графической карты.

Вот идея, которая может упростить вам понимание того, что такое линии PCI Express: просто представьте, что PCI Express — это магистраль, а автомобили, которые едут по ней, — это данные, которые передаются. Чем больше полос движения доступно на шоссе, тем больше автомобилей можно проехать по нему; чем больше у вас PCIe-линий, тем больше данных можно передать.

Карта PCI Express может устанавливаться и работать в любом слоте PCIe, доступном на материнской плате, если этот слот не меньше платы расширения. Например, вы можете установить карту PCIe x1 в слот PCIe x16. Тем не менее, вы не можете сделать обратное. Например, вы можете установить звуковую карту PCIe x1 в слот PCIe x16, но вы не можете установить графическую карту PCIe x16 в слот PCIe x1.

Какие версии PCI Express существуют, и какую скорость передачи данных (пропускную способность) они поддерживают?

Сегодня используются четыре версии PCI Express: PCI Express 1.0, PCI Express 2.0, PCI Express 3.0 и PCI Express 4.0. Каждая версия PCIe поддерживает примерно удвоенную пропускную способность предыдущего PCIe . Вот что предлагает каждый из них:

• PCI Express 1.0: имеет пропускную способность 250 МБ / с на линию
• PCI Express 2.0: имеет пропускную способность 500 МБ / с на линию
• PCI Express 3.0: имеет пропускную способность 984,6 МБ / с на линию
• PCI Express 4.0: имеет пропускную способность 1969 МБ / с на линию

Помните, что слоты PCIe могут предложить не одну, а несколько дорожек? Значения полосы пропускания, которые мы разделили, умножаются на количество линий, доступных в слоте PCIe. Если вы хотите рассчитать, сколько пропускной способности доступно для определенной платы расширения, вам нужно умножить пропускную способность PCIe на линию на количество доступных для нее линий.

Например, графическая карта, которая поддерживает PCI Express 4.0 и подключена к слоту PCIe x16, имеет доступ к общей пропускной способности около 31,51 ГБ / с. Это результат умножения 1969 МБ / с на 16 (пропускная способность PCIe на линию * 16 линий). Впечатляет, правда?

Вот как масштабируются версии PCI Express, если принять во внимание линии PCI Express:

В будущем появятся новые версии PCI Express, такие как PCI Express 5.0 и PCI Express 6.0. Спецификация PCIe 5.0 была доработана летом 2019 года, предлагая пропускную способность до 3938 МБ / с на линию и до 63 ГБ / с в конфигурации x16. Однако, скорее всего, мы не увидим его в ближайшее время на компьютерном оборудовании потребительского уровня.

Содержимое пакетов уровня транзакций

Рисунок 3 — Пример запроса на запись в память длиной в 1 DWРисунок 4 — Пример запроса на чтение из памяти длиной в 1 DWРисунок 5 — Пример успешного ответа на чтениеРисунок 6— Пример ответа о неподдерживаемом запросеРисунок 7 — Пример заголовка запроса на запись 128 байтТаблица 4 — Перечень сокращений для полей заголовков

№ п.	Обозначение поля	Название поля	Назначение
1	TC	Категория трафика ‒ Traffic Class	Определяет принадлежность к виртуальному каналу
2	Атр.	Атрибуты	Устанавливают порядок очередности пакетов: строгий, нестрогий, очередность только по ID, нестрогая очередность вместе с адресацией по ID.
3	TH	Наличие подсказки обработки пакетов ‒ TLP Processing Hint	Показывает, есть ли подсказка по обработке пакета в битах двойного слова с младшими байтами адреса.
4	TD	Наличие на уровне транзакций контрольной суммы пакета ‒ TLP Digest	Показывает, является последнее двойное слово в пакете контрольной суммой или нет.
5	EP	Наличие ошибки целостности данных пакета	Показывает, нарушена целостность данных пакета или нет.
6	AT	Трансляция адреса ‒ Address Translation	Определяет, должен ли адрес быть транслирован: адрес не транслирован, запрос трансляции, адрес транслирован
7	BE	Активные байты в первом и последнем двойных словах ‒ Byte Enable	Определяет положение активных байт внутри первого и последнего двойных слов
8	PH	Подсказка по обработке пакета ‒ Processing Hint	Подсказывает получателю пакета, как должен использоваться пакет, а также ‒ структуру данных
9	BCM	Наличие изменения числа байт	Показывает, было ли изменено количество байт в пакете. Флаг может устанавливать только отправитель в лице PCI-X устройства

• унаследованные прерывания (Legacy Interrupts или INT);
• прерывания в виде сообщений (Message Signaled Interrupts или MSI);
• расширенные прерывания в виде сообщения (Message Signaled Interrupts Extended или MSI-X).

Рисунок 8 — Таблица векторов прерываний MSI-XРисунок 9 — Таблица флагов ожидающих прерываний

Стандарты PCI-e передачи

PCI Express 1.0a

В 2003 году представили PCIe 1.0a со скоростью передачи данных 250 МБ / с и скоростью передачи 2,5 гигатрансфера в секунду (GT / s). Скорость передачи выражается в передачах в секунду, а не в битах в секунду, поскольку количество передач включает служебные биты, которые не обеспечивают дополнительной пропускной способности; PCIe 1.x использует схему кодирования 8b / 10b, что приводит к 20% (= 2/10) расходам на исходную полосу пропускания канала.

PCI Express 2.0

Объявили о PCI Express Base 2.0 в 2007 году. Стандарт PCIe 2.0 удваивает скорость передачи данных по сравнению с PCIe 1.0 до 5 ГТ / с, а пропускная способность на полосу увеличивается с 250 МБ / с до 500 МБ. / с. Следовательно, 32-полосный разъем PCIe (× 32) может поддерживать совокупную пропускную способность до 16 ГБ / с. Слоты материнской платы PCIe 2.0 полностью обратно совместимы с картами PCIe v1.x. Карты PCIe 2.0 также обычно обратно совместимы с материнскими платами PCIe 1.x, используя доступную пропускную способность PCI Express 1.1. В целом, графические карты или материнские платы, разработанные для версии 2.0, будут работать с другими версиями 1.1 или 1.0a. Как и 1.x, PCIe 2.0 использует схему кодирования 8b / 10b, поэтому обеспечивает эффективную максимальную скорость передачи 4 Гбит / с для каждой полосы по сравнению со скоростью исходных данных 5 ГТ / с.

PCI Express 2.1

PCI Express 2.1 вышла в 2009 году, она поддерживает большую часть систем управления, поддержки и устранения неполадок, которые запланированы для полной реализации в PCI Express 3.0. Однако скорость такая же, как у PCI Express 2.0. Увеличение мощности из слота нарушает обратную совместимость между картами PCI Express 2.1 и некоторыми старыми материнскими платами с 1.0 / 1.0a, но большинство материнских плат с разъемами PCI Express 1.1 поставляются с обновлением BIOS их производителями через служебные программы для поддержки обратной совместимости карт. с PCIe 2.1.

PCI Express 3.0

Спецификация PCI Express 3.0 стала доступна в конце 2010 года. Новые функции PCI Express 3.0 включают ряд оптимизаций для улучшенной передачи сигналов и целостности данных, включая выравнивание передатчика и приемника, усовершенствования системы ФАПЧ, восстановление тактовых данных и улучшения каналов для поддерживаемых в настоящее время топологии. PCI Express 3.0 обновляет схему кодирования до 128b / 130b по сравнению с предыдущей кодировкой 8b / 10b, уменьшая накладные расходы на полосу пропускания с 20% от PCI Express 2.0 примерно до 1,54% (= 2/130). Это достигается с помощью операции XOR известного двоичного полинома в качестве скремблера к потоку данных в топологии обратной связи. Скорость передачи данных PCI Express 3.0 8 ГТ / с эффективно обеспечивает 985 МБ / с на полосу, что почти вдвое увеличивает пропускную способность полосы пропускания по сравнению с PCI Express 2.0.

PCI Express 4.0

PCI Express 4.0 был анонсирован в 2017 году, обеспечивая скорость передачи данных 16 ГТ / с, что удваивает пропускную способность, обеспечиваемую PCI Express 3.0, при сохранении обратной и прямой совместимости как в программной поддержке, так и в используемом механическом интерфейсе. Спецификации PCI Express 4.0 также включают OCuLink-2, альтернативу разъему Thunderbolt. OCuLink версии 2 будет иметь скорость до 16 Гб / с (всего 8 ГБ / с для 4 полос), а максимальная пропускная способность разъема Thunderbolt 3 составляет 5 ГБ / с. Кроме того, необходимо изучить оптимизацию активной и неактивной мощности.

Разъёмы

1.разъемы для вентиляторов

8

6

Это контактные поверхности на материнской плате, к которым можно подключать вентиляторы. Вентиляторы конечно можно подключать и напрямую к блоку питания, но, подключив их через материнскую плату, мы получаем возможность управления устройствами посредством ПО.

2.Имеет USB Type-C
Asus ROG Crosshair VIII Formula

Asus ROG Crosshair VIII Hero

USB Type-C имеет двустороннюю ориентацию коннектора и направление кабеля.

3.имеет HDMI выход
Asus ROG Crosshair VIII Formula

Asus ROG Crosshair VIII Hero

Устройства с портами HDMI или мини-HDMI могут транслировать видео и аудио высокой четкости на подключенный дисплей.

4.порты USB 3.0

4

4

Чем больше портов USB 3.0, тем больше устройств, совместимых с USB 3.0, можно подключить к компьютеру. USB 3.0 — это улучшенная версия USB 2.0, предлагающая более высокую скорость.

5.разъёмы SATA 3

8

8

SATA — это интерфейс, используемый для подключения устройств хранения информации, таких как жёсткие диски и диски Blu-ray. Родная скорость передачи данных у SATA 3 — 6 Гбит/с, что в два раза выше чем у SATA 2. Бывает полезно использовать SSD, т.к. это повышает скорость.

6.порты USB 3.0 (транзитные расширители)

4

2

На материнской плате есть контакты в виде штырьковых разъёмов, к которым можно подключить дополнительные USB-порты.

7.порты RJ45

2

2

Порты RJ-45 используются для подключения к локальной сети. Большее количество портов увеличивает пропускную способность в пределах сети, либо даёт возможность подключения к нескольким локальным сетям. Ещё одно преимущество: не пропадает связь в случае падения одной из сетей.

8.Есть разъём TPM
Asus ROG Crosshair VIII Formula

Asus ROG Crosshair VIII Hero

Trusted Platform Module (TPM) — компонент, значительно повышающий безопасность. Например, он даёт возможность создания ключей RSA в безопасной среде, минимизируя риск хакерского вторжения.

9.порты USB 2.0 (транзитные расширители)

4

4

На материнской плате есть контакты в виде штырьковых разъёмов, к которым можно подключить дополнительные USB-порты.

Какие устройства могут быть установлены

В слот расширения PCI могут быть установлены различные устройства. Среди них можно выделить:

• Графический адаптер.
• Звуковую карту.
• Тюнер.
• Плату расширения.
• Сетевую карту.

Это список можно продолжать до бесконечности. По существу – это полный аналог современной шины ЮСБ, но только с более низкой скоростью передачи данных. Даже драйвер PCI-устройств инсталлируется аналогичным образом. Многие идеи, которые были реализованы в этой устаревшей шине, получили дальнейшее развитие в более современных стандартах. Шина PCI оказала очень большое влияние на дальнейшее развитие компьютерной техники.

Как работает PCI Express?

Подобно старым стандартам, таким как PCI и AGP, устройство на базе Express физически переходит в высокоскоростной разъем на материнской плате.

Интерфейс этого разъема обеспечивает высокоскоростную связь между устройством и системной платой, а также другим оборудованием.

Хотя это не очень распространено, также существует внешняя версия высокоскоростного порта, что неудивительно называется External PCI Express, но часто сокращается до PCIe. Для устройств ePCIe, являющихся внешними, требуется специальный кабель для подключения любого внешнего устройства PCIe к пк через порт PCIe, обычно расположенный на задней панели пк, поставляемый либо материнской платой, либо специальной внутренней PCIe-картой.

Роли устройств на шине

Спецификация PCI позволяет любому устройству выступать в роли как исполнителя (target), так и задатчика (master). Исполнитель следит за транзакциями, выполняемыми на шине, и когда обнаруживает транзакцию, адресованную ему, приступает к её обработке (транзакции описаны в разделе Функционирование шины PCI). Задатчик инициирует транзакцию и в её фазе адреса указывает, какое устройство будет выступать в роли исполнителя.

Поскольку на шине может быть несколько задатчиков, спецификация предусматривает схему арбитража. Устройство, желающее выступить в роли задатчика, выдаёт связанный с ним сигнал REQ#. Получив ответный сигнал GNT#, оно может начинать транзакцию.

Заключение. Линии PCIe – что это

Разбираясь с количеством и номенклатурой всех этих линий, надо не забывать и про физическое размещение разъемов на плате. Конкретный пример — Gigabyte B560M AORUS PRO AX. После установки видеокарты расположенный рядом разъем PCIe x1 гарантированно будет перекрыт радиатором графического адаптера. Значит – минус один разъем и одна интерфейсная линия.

Да, в данном случае имеем компактный форм-фактор и такое расположение разъемов – мера вынужденная

И все же обращать внимание на это следует

Как и на то, как распределяются интерфейсные линии. Так, некоторые разъемы M.2 могут использовать те же ресурсы, что и некоторые SATA порты, т. е. можно использовать либо одно, либо другое.

Также следует помнить, что, например, видеокарту можно установить в разъем с 8-ю линиями, и она будет прекрасно работать. Можно ее поставить и в PCIe x16 с четырьмя линиями, но в данном случае пропускной способности шины может уже и не хватить.

И наоборот, адаптер, которому нужно, скажем, 2 линии, можно установить в разъем с 4 или 8 линиями. Будут использоваться только необходимые ресурсы. А вот то, что какой-либо адаптер, которому надо 4 линии, заработает в разъеме с двумя линиями, при условии, что физически он в него устанавливается, далеко не факт.

Если видеокарта – не единственное устройство, которое будет устанавливаться в компьютер, то перед покупкой материнской платы следует уточнить количество и тип разъемов на ней, их возможности, дабы все работало как надо. И далеко не всегда нужно тратиться на топовый продукт, т. к. даже материнки попроще вполне могут обеспечить нужный функционал без необходимости переплаты за неиспользуемые возможности.

Обязательно внимательно ознакомьтесь с характеристиками выбранной платы. Все возможные варианты работы и ограничения там будут указаны.

Правильного выбора!

Итоги

В данном материале был дан ответ на вопрос: «PCI-устройства — что это такое и где они используются?»

Как видим, это достаточно широкая гамма устройств, которая позволяет превратить ваш компьютер в настоящий центр для развлечений. По крайней мере, это утверждение было справедливо до недавних пор. Сейчас ситуация немного изменилась. Все больше компонентов интегрируются непосредственно в сам процессор или на материнскую плату. Поэтому и потребность в них отпадает. Можно встретить и прочее устройство моста PCI, например, сетевая карточка, которая позволяет объединить компьютеры в локальную вычислительную сеть. Единственное устройство, которое пока не имеет достойной альтернативы, — это тюнер для приема телепередач и прослушивания радио. Но уже и в этом сегменте начали появляться компактные ЮСБ-аналоги. В общем, стандарт PCI постепенно уходит в прошлое, но он все равно будет продолжительное время присутствовать на рынке.

Этот вопрос мне задавали не один раз, поэтому сейчас я попробую максимально доступно и кратко ответить на него, для этого я приведу картинки слотов расширения PCI Express и PCI на материнской плате для более наглядного понимания и, конечно же, укажу основные отличия в характеристиках, т.е. совсем скора, Вы узнаете, что это за интерфейсы и как они выглядят.

Итак, для начала давайте кратко ответим на такой вопрос, что же вообще такое PCI Express и PCI.