Jak změnit režim sběrnice pci express. Rozhraní PCI v počítači: typy a účel. Fotografie. Místní sběrnice PCI pro mobilní počítače

Pokud se zeptáte, jaké rozhraní by se mělo použít pro SSD s podporou NVMe, pak kdokoli (kdo ví, co je NVMe) odpoví: samozřejmě PCIe 3.0 x4! Pravda, s odůvodněním bude mít pravděpodobně potíže. V nejlepším případě dostaneme odpověď, že takové disky podporují PCIe 3.0 x4 a na šířce pásma rozhraní záleží. Něco to má, ale všechny řeči o tom začaly, až když se to v některých provozech v rámci "běžného" SATA naplnilo na některé disky. Ale mezi jeho 600 MB/s a (stejně teoretickými) 4 GB/s rozhraní PCIe 3.0 x4 je jen propast plná spousty možností! Co když stačí jedna linka PCIe 3.0, protože už je to jedenapůlkrát více než SATA600? Palivo do ohně přidávají výrobci ovladačů, kteří v budgetových produktech vyhrožují přechodem na PCIe 3.0 x2 a také to, že mnoho uživatelů takové a takové nemá. Přesněji, teoreticky existují, ale můžete je uvolnit pouze překonfigurováním systému nebo dokonce změnou něčeho v něm, což nechcete. Chci si však koupit špičkový pevný disk, ale existují obavy, že z toho nebude mít žádný užitek (dokonce ani morální uspokojení z výsledků testovacích nástrojů).

Ale je to tak nebo ne? Jinými slovy, zda je skutečně nutné zaměřit se výhradně na podporovaný režim provozu – nebo je to v praxi ještě možné vzdát se zásad? To jsme se dnes rozhodli ověřit. Ať je kontrola rychlá a netvrdí, že je vyčerpávající, ale obdržené informace by měly stačit (jak se nám zdá) alespoň k zamyšlení... Mezitím se pojďme krátce seznámit s teorií.

PCI Express: stávající standardy a jejich šířka pásma

Začněme tím, co je PCIe a jak rychle toto rozhraní funguje. Často se tomu říká „sběrnice“, což je poněkud ideologicky nesprávné: jako taková neexistuje žádná sběrnice, ke které by byla připojena všechna zařízení. Ve skutečnosti existuje sada spojení point-to-point (podobná mnoha jiným sériovým rozhraním) s řadičem uprostřed a zařízeními k němu připojenými (každé z nich může být samo o sobě rozbočovačem další úrovně).

První verze PCI Express se objevila téměř před 15 lety. Orientace pro použití uvnitř počítače (často na stejné desce) umožnila standardní vysokorychlostní: 2,5 gigatransakcí za sekundu. Vzhledem k tomu, že rozhraní je sériové a plně duplexní, poskytuje jeden PCIe pruh (x1; ve skutečnosti atomová jednotka) přenos dat rychlostí až 5 Gb/s. Nicméně v každém směru - pouze polovina z toho, tj. 2,5 Gb / s, a to je plná rychlost rozhraní, a nikoli "užitečná": pro zlepšení spolehlivosti je každý bajt kódován 10 bity, takže teoretická šířka pásma jedna PCIe linka 1.x je přibližně 250 MB/s v každém směru. V praxi je stále nutné přenášet informace o službách a v důsledku toho je správnější mluvit o ≈200 MB / s přenosu uživatelských dat. Která však v té době nejen pokrývala potřeby většiny zařízení, ale poskytovala i solidní zásobu: stačí připomenout, že předchůdce PCIe v segmentu masových systémových rozhraní, totiž sběrnice PCI, poskytoval propustnost 133 MB/s A i když vezmeme v úvahu nejen masovou implementaci, ale i všechny možnosti PCI, tak maximum bylo 533 MB/s a pro celou sběrnici, tedy takový PS byl rozdělen na všechna zařízení k němu připojená. Zde 250 MB/s (protože PCI obvykle poskytuje plnou, neužitečnou šířku pásma) na linku – při výhradním použití. A pro zařízení, která potřebují více, byla zpočátku poskytnuta možnost agregace několika linek do jednoho rozhraní, a to pomocí mocnin dvou - od 2 do 32, tj. verze x32 poskytovaná standardem v každém směru již mohla přenášet až 8 GB / s. V osobních počítačích se x32 nepoužívalo kvůli složitosti vytváření a šlechtění odpovídajících ovladačů a zařízení, takže varianta se 16 linkami se stala maximem. Používaly (a stále používají) hlavně grafické karty, protože většina zařízení toho tolik nepotřebuje. Obecně jich stačí značný počet a jeden řádek, ale někteří úspěšně používají x4 i x8: jen k tématu úložiště - řadiče RAID nebo SSD.

Čas se nezastavil a zhruba před 10 lety se objevila druhá verze PCIe. Vylepšení se netýkala pouze rychlostí, ale i v tomto ohledu byl učiněn krok vpřed – rozhraní začalo poskytovat 5 gigatransakcí za vteřinu při zachování stejného schématu kódování, tedy zdvojnásobení propustnosti. A v roce 2010 se opět zdvojnásobil: PCIe 3.0 poskytuje 8 (místo 10) gigatransakcí za sekundu, ale redundance se snížila – nyní se pro kódování 128 bitů používá 130 a ne 160, jako dříve. V zásadě je již na papíře připravena verze PCIe 4.0 s dalším zdvojnásobením rychlostí, ale v dohledné době se jí hardwarově masivně nedočkáme. Ve skutečnosti se PCIe 3.0 stále používá na mnoha platformách ve spojení s PCIe 2.0, protože výkon druhého z nich je prostě... pro mnoho aplikací nepotřebný. A tam, kde je to potřeba, funguje stará dobrá metoda agregace linek. Pouze každý z nich se za poslední roky stal čtyřikrát rychlejší, tj. PCIe 3.0 x4 je PCIe 1.0 x16, nejrychlejší slot v počítačích se střední nulou. Tuto možnost podporují špičkové řadiče SSD a je doporučeno ji používat. Je jasné, že pokud taková příležitost existuje - mnoho nestačí. A když není? Budou nějaké problémy, a pokud ano, jaké? To je otázka, kterou se musíme zabývat.

Metodika testování

Je snadné testovat s různými verzemi standardu PCIe: téměř všechny řadiče vám umožňují používat nejen ten, který podporují, ale také všechny dřívější. S počtem pruhů je to složitější: chtěli jsme přímo otestovat varianty s jedním nebo dvěma pruhy PCIe. Deska Asus H97-Pro Gamer, kterou běžně používáme na čipsetu Intel H97, nepodporuje celou sadu, ale kromě slotu na „procesor“ x16 (který se obvykle používá) má ještě jeden, který funguje v PCIe 2.0 x2 resp. x4 režimy. Využili jsme této trojice a přidali jsme k ní režim PCIe 2.0 „procesorového“ slotu, abychom posoudili, zda existuje rozdíl. V tomto případě však mezi procesorem a SSD neexistují žádní cizí „prostředníci“, ale při práci se slotem „čipové sady“ existuje: samotná čipová sada, která je ve skutečnosti připojena k procesoru stejným PCIe 2.0 x4 . Mohli bychom přidat několik dalších provozních režimů, ale stále jsme chtěli provést hlavní část studie na jiném systému.

Faktem je, že jsme se rozhodli využít této příležitosti a zároveň prověřit jednu „městskou legendu“, totiž přesvědčení o užitečnosti použití špičkových procesorů pro testování disků. Vzali jsme tedy osmijádrový Core i7-5960X – příbuzný Core i3-4170 obvykle používaného v testech (jedná se o Haswell a Haswell-E), který má ale čtyřikrát více jader. Navíc deska Asus Sabertooth X99 nalezená v přihrádkách je pro nás dnes užitečná přítomností slotu PCIe x4, který ve skutečnosti může fungovat jako x1 nebo x2. V tomto systému jsme testovali tři varianty x4 (PCIe 1.0/2.0/3.0) z procesoru a čipsetu PCIe 1.0 x1, PCIe 1.0 x2, PCIe 2.0 x1 a PCIe 2.0 x2 (ve všech případech jsou konfigurace čipsetu na schématech označeny ikonu (C)). Má nyní smysl obracet se na první verzi PCIe, vzhledem k tomu, že neexistuje téměř jediná deska, která by podporovala pouze tuto verzi standardu a mohla bootovat ze zařízení NVMe? Z praktického hlediska ne, ale prověřit si a priori předpokládaný poměr PCIe 1.1 x4 = PCIe 2.0 x2 a podobně, nám to přijde vhod. Pokud test ukáže, že škálovatelnost sběrnice odpovídá teorii, znamená to, že nezáleží na tom, že jsme zatím nebyli schopni získat prakticky významné způsoby připojení PCIe 3.0 x1 / x2: první bude přesně identický s PCIe 1.1 x4 nebo PCIe 2.0 x2 a druhý - PCIe 2.0 x4 . A my je máme.

Co se týče softwaru, omezili jsme se pouze na Anvil’s Storage Utilities 1.1.0: docela dobře měří různé nízkoúrovňové charakteristiky disků, ale nic dalšího nepotřebujeme. Naopak: jakýkoliv vliv ostatních komponent systému je krajně nežádoucí, takže nízkoúrovňová syntetika nemá pro naše účely alternativu.

Jako „pracovní tělo“ jsme použili 240 GB Patriot Hellfire. Jak bylo při testování zjištěno, nejedná se o výkonového rekordmana, ale jeho rychlostní charakteristiky jsou zcela v souladu s výsledky nejlepších SSD stejné třídy a stejné kapacity. Jo a na trhu už jsou pomalejší zařízení a bude jich přibývat. V zásadě bude možné opakovat testy s něčím rychlejším, ale jak se nám zdá, není to potřeba - výsledky jsou předvídatelné. Ale nepředbíhejme, ale podívejme se, co jsme dostali.

Výsledky testů

Při testování Hellfire jsme si všimli, že maximální rychlost na sekvenčních operacích z něj lze „vymáčknout“ pouze vícevláknovou zátěží, takže i s tím je třeba do budoucna počítat: teoretická propustnost je teoretická, protože „skutečný ” data, přijatá v různých programech podle různých scénářů, budou záviset spíše ne na nich, ale právě na těchto programech a scénářích - samozřejmě v případě, kdy do toho nezasahují okolnosti vyšší moci :) Právě takové okolnosti nyní sledujeme : již bylo řečeno výše, že PCIe 1.x x1 je ≈200 MB/s, a to je to, co vidíme. Dva pruhy PCIe 1.x nebo jeden pruh PCIe 2.0 jsou dvakrát rychlejší, a to je přesně to, co vidíme. Čtyři pruhy PCIe 1.x, dva pruhy PCIe 2.0 nebo jeden pruh PCIe 3.0 jsou dvakrát rychlejší, což se potvrdilo u prvních dvou možností, takže u třetí se pravděpodobně nebude lišit. To znamená, že škálovatelnost je v zásadě podle očekávání ideální: operace jsou lineární, Flash si s nimi dobře poradí, takže na rozhraní záleží. Blesk se zastaví dělat dobře na PCIe 2.0 x4 pro zápis (takže PCIe 3.0 x2 bude stačit). Čtení "může" více, ale poslední krok už dává jeden a půl, a ne dva (jak by potenciálně mělo být) zvýšení. Poznamenáváme také, že mezi řadiči čipové sady a procesoru a také mezi platformami není žádný znatelný rozdíl. LGA2011-3 je však trochu napřed, ale jen trochu.

Všechno je hladké a krásné. Ale šablony se netrhají: maximum v těchto testech je jen o málo více než 500 MB/s a dokonce i SATA600 nebo (v příloze dnešního testování) PCIe 1.0 x4 / PCIe 2.0 x2 / PCIe 3.0 x1. Je to tak: nebojte se vydání rozpočtových řadičů pro PCIe x2 nebo přítomnosti pouze tolika linek (a verze standardu 2.0) ve slotech M.2 na některých deskách, když více není potřeba. Někdy toho tolik není potřeba: maximálních výsledků je dosaženo s frontou 16 příkazů, což není typické pro masový software. Častěji je zde fronta s 1-4 příkazy, a proto si vystačíte s jedním řádkem úplně prvního PCIe a dokonce i úplně prvního SATA. Existují však režie a podobně, takže rychlé rozhraní je užitečné. Nicméně příliš rychle - snad ne na škodu.

A v tomto testu se platformy chovají jinak a s jedinou frontou příkazů se chovají zásadně jinak. "Problém" vůbec není v tom, že by mnoho jader bylo špatných. Stále se zde nepoužívají, snad kromě jednoho, a ne tolik, aby se režim zesílení rozvinul se silou a hlavní. Máme tedy rozdíl asi 20 % ve frekvenci jader a jedenapůlnásobek v cache paměti – v Haswell-E pracuje na nižší frekvenci, a ne synchronně s jádry. Obecně platí, že nejvyšší platforma může být užitečná pouze pro vykopnutí maximálního „yops“ v režimu s nejvíce vícevlákny s velkou hloubkou fronty příkazů. Jediná škoda je, že z hlediska praktické práce se jedná o velmi sférickou syntetiku ve vakuu :)

Podle záznamů se stav věcí zásadně nezměnil – v žádném smyslu. Ale legrační, na obou systémech se režim PCIe 2.0 x4 ve slotu „procesoru“ ukázal jako nejrychlejší. Na obou! A s více kontrolami/opakovanými kontrolami. V tuto chvíli se můžete ptát, zda to potřebujete toto jsou vaše nové standardy Nebo je lepší vůbec nikam nespěchat...

Při práci s bloky různých velikostí se bourá teoretická idylka, že zvyšování rychlosti rozhraní má stále smysl. Výsledná čísla jsou taková, že by stačilo pár pruhů PCIe 2.0, ale ve skutečnosti je v tomto případě výkon nižší než u PCIe 3.0 x4, i když občas ne. A vůbec, zde v mnohem větší míře „boduje“ budgetová platforma té nejvyšší. Ale právě takové operace se vyskytují hlavně v aplikačním softwaru, tj. tento diagram je nejblíže realitě. V důsledku toho není nic překvapivého, že tlustá rozhraní a trendy protokoly nedávají žádný „wow efekt“. Přesněji řečeno, ti, kteří přecházejí z mechaniky, dostanou, ale poskytne to úplně stejně jako jakýkoli SSD s jakýmkoli rozhraním.

Celkový

Abychom usnadnili vnímání obrazu nemocnice jako celku, použili jsme skóre dané programem (celkové - pro čtení a zápis), které jsme normalizovali podle režimu "čipové sady" PCIe 2.0 x4: v tuto chvíli je to nejrozšířenější, protože se nachází i na platformách LGA1155 nebo AMD, aniž by bylo nutné „urazit“ grafickou kartu. Navíc je ekvivalentní PCIe 3.0 x2, na jehož zvládnutí se chystají rozpočtové řadiče. A na nové platformě AMD AM4 lze tento konkrétní režim opět získat bez ovlivnění samostatné grafické karty.

Co tedy vidíme? Použití PCIe 3.0 x4, pokud je to možné, je jistě výhodnější, ale není nutné: přináší doslova o 10 % vyšší výkon diskům NVMe střední třídy (ve svém původně špičkovém segmentu). A dokonce i tehdy - vzhledem k operacím se obecně v praxi tak často nesetkáváme. Proč je tato možnost v tomto případě implementována? Jednak taková příležitost byla, ale kapsa netáhne pažbu. Za druhé, existují disky a rychlejší než náš testovací Patriot Hellfire. Za třetí, existují takové oblasti činnosti, kde jsou zátěže, které jsou pro stolní systém „atypické“, zcela typické. A právě tam je výkon úložného systému nejkritičtější, nebo alespoň schopnost jeho části velmi rychle vyrobit. To ale neplatí pro běžné osobní počítače.

V nich, jak vidíme, použití PCIe 2.0 x2 (resp. PCIe 3.0 x1) nevede k dramatickému poklesu výkonu - pouze o 15-20%. A to i přesto, že jsme v tomto případě omezili potenciální schopnosti ovladače čtyřnásobně! Pro mnoho operací tato propustnost stačí. Zde již jeden pruh PCIe 2.0 nestačí, takže je rozumné, aby řadiče podporovaly přesně PCIe 3.0 - a v podmínkách vážného nedostatku pruhů v moderním systému to bude fungovat dobře. Šířka x4 je navíc užitečná – i když v systému není podpora moderních verzí PCIe, stále vám umožní pracovat normální rychlostí (i když pomaleji, než by potenciálně mohla), pokud je k dispozici více či méně široký slot .

V zásadě velké množství scénářů, ve kterých se jako úzké hrdlo ukáže samotná flash paměť (ano, je to možné a vlastní nejen mechanice), vede k tomu, že čtyři pruhy třetí verze PCIe na tomto disku předjíždějí první asi 3,5krát - teoretická propustnost těchto dvou případů se liší 16krát. Z čehož samozřejmě nevyplývá, že byste měli spěchat na zvládnutí velmi pomalých rozhraní – jejich čas je nenávratně pryč. Prostě mnoho funkcí rychlých rozhraní lze implementovat až v budoucnu. Nebo v podmínkách, se kterými se běžný uživatel běžného počítače nikdy v životě přímo nesetká (s výjimkou těch, kteří se rádi poměřují s tím, co umí). To je vlastně všechno.

PIO- při použití tohoto režimu je čtení dat z disku řízeno CPU, což vede ke zvýšené zátěži CPU a zpomalení obecně.

Standardy ATA 2/EIDE a ATA 3 poskytují několik režimů pro rychlou výměnu dat s pevnými disky. Popis těchto režimů je nezbytnou součástí standardu, který za svůj vzhled do značné míry vděčí právě těmto novým funkcím. Většina dnešních vysokorychlostních pevných disků dokáže pracovat v tzv. režimech PIO 3 a PIO 4, ve kterých je rychlost přenosu dat velmi vysoká. Volba režimu PIO (programovatelný vstup/výstup) určuje rychlost výměny dat s pevným diskem. V nejpomalejším režimu (režim 0) nepřesáhne doba jednoho cyklu přenosu dat 600 ns. Každý cyklus přenese 16 bitů dat, takže teoretická přenosová rychlost v režimu 0 je 3,3 MB/s. Většina moderních pevných disků podporuje režim PIO 4, ve kterém rychlost přenosu dat dosahuje 16,6 MB/s.

Paralelní komunikační režimy ATA DMA

DMA - disk sám řídí tok dat, načítá data do paměti nebo z ní téměř bez zapojení CPU. CPU vydává příkazy k provedení akce.

Přenos s přímým přístupem do paměti (DMA) znamená, že na rozdíl od režimu PIO jsou data přenášena přímo z pevného disku do systémové (hlavní) paměti, přičemž se obchází CPU. Tím se procesor osvobodí od většiny operací výměny dat s diskem. Navíc během přenosu dat z disku do paměti může procesor vykonávat další užitečnou práci. Existují dva typy přímého přístupu do paměti: jednoslovný (8bitový) a víceslovný (16bitový). Režimy DMA s jedním slovem byly ze standardu ATA 3 a pozdějších specifikací odstraněny a již se nepoužívají. Režimy DMA, které používají hostitelský adaptér, který podporuje technologii správy sběrnice, se nazývají režimy Bus Master ATA. V prvním případě zpracovává zpracování požadavků, sběr sběrnice a přenos dat řadič DMA na systémové desce. Ve druhém případě jsou všechny tyto operace prováděny přídavným vysokorychlostním mikroobvodem, který je také namontován na základní desce.

1. Vývoj sběrnice PCI. Zařízení běžící na sběrnici PCI

Místní sběrnice PCI

Sběrnici PCI (Peripheral Component Interconnection) oznámila společnost Intel v roce 1992 na PC Expo.

• 32bitové datové spojení mezi procesorem a periferiemi
• pracuje na taktovací frekvenci 33 MHz
• Maximální šířka pásma 120 MB/s

Při práci s procesory i486 poskytuje sběrnice PCI přibližně stejné ukazatele výkonu jako sběrnice VL.

Sběrnice PCI je nezávislá na procesoru (sběrnice VL je připojena přímo k procesoru i486).

PCI běží na 66 MHz.

32 bitů - při 33 MHz (132 MB/s).

64 bit - při 33 MHz (264 MB/s), při 66 MHz (528 MB/s).

Připojená zařízení: zvukové karty, síťové karty, grafické karty.

Ke konektoru sběrnice PCI lze připojit tyto karty: 5 V (klíč 50, 51 pinů), 3,3 V (klíč 12.13) a univerzální (klíč 12, 13, 50, 51 pinů). 32bitový slot má 62 pinů na každé straně, 64bitový slot 94. Tato sběrnice umožňuje připojit až čtyři zařízení současně, to znamená, že může mít až čtyři konektory. Pro použití většího počtu připojených zařízení se používá speciální mikroobvod - sběrnicový můstek, pro propojení dvou sběrnic.

Vývoj sběrnice PCI

PCI 2.2– je povolena 64bitová šířka sběrnice a/nebo hodinová frekvence 66 MHz, tzn. špičková propustnost až 533 MB/s

PCI-X– 64bitová verze PCI 2.2 s frekvencí zvýšenou na 133 MHz (špičková šířka pásma 1066 MB/s)

PCI-X 266(PCI-X DDR), DDR verze PCI-X (266 MHz efektivní, 133 MHz reálná s oběma okraji hodin, 2,1 GB/s špičková šířka pásma

PCI-X 533(PCI-X QDDDR)6 QDR verze PCI-X (efektivní frekvence 533 MHz, špičková šířka pásma 4,3 GB/s)

Mini PCI– PCI s konektorem typu SO-DIMM, používaný hlavně pro miniaturní síťové, modemové a další karty v notebookech

Kompaktní PCI– standardní pro tvarový faktor (moduly se vkládají z konce do skříně se společnou sběrnicí v zadní rovině) a konektor, určený především pro průmyslové počítače a další kritické aplikace

Accelerated Graphics Port (AGP)– vysokorychlostní PCI verze optimalizovaná pro grafické akcelerátory

Skutečná frekvence je frekvence, na které jsou data přenášena (frekvence hodinového generátoru).

Efektivní frekvence - frekvence odpovídající standardu (skutečná frekvence vynásobená počtem bitů přenesených v jednom cyklu). Pokud jsou v jednom cyklu přenášeny dva datové bity, pak bude efektivní frekvence dvojnásobkem skutečné frekvence.

Místní sběrnice PCI pro mobilní počítače

• PCI Express pro mobilní zařízení v podobě standardu ExpressCard.
• Podporu modulů získaly jako první notebooky a miniaturní stolní počítače.

Technologie ExpressCard nahradila všechny zastaralé paralelní sběrnice, většina z nich využívá moderní rozhraní - PCI Express, USB 3.0

Místní sběrnice PCI

Ne více než 4 zařízení (sloty) na jedné sběrnici PCI.

PCI Bridge - (bus bridge) hardware pro připojení PCI k jiným sběrnicím.

• Host Bridge main bridge - pro připojení PCI ke sběrnici procesoru
• Peer to Peer Bridge peer-to-peer bridge - pro propojení dvou PCI sběrnic

Výkon PCI:

GT/s - giga-přenosy/sekundu (miliardy přenosů za sekundu). Používá se jako číselná charakteristika rychlosti práce s RAM procesorů Intel.

Skutečná rychlost paměti závisí na procesoru.

Převést na Gbps pro PCIe 3.0 (8x):

64GT/s*(128b/130b) – 63,01 Gbps

Místní sběrnice PCIe

Signalizační rychlost PCI Express 2.0 je 5 GT/s, to znamená, že propustnost je 500 MB/s pro každý pruh.

PCI Express 2.0, který obvykle používá 16 pruhů, poskytuje obousměrnou šířku pásma až 8 GB/s.

Standard PCI Experss 2.0 používá schéma kódování 8b/10b, kde se 8 bitů dat přenáší jako 10bitové znaky pro algoritmus obnovy chyb. V důsledku toho získáme 20% redundanci, tedy pokles užitečné propustnosti.

PCI Express 3.0 používá rychlost signalizace 8 GY/s, což dává propustnost 1 GB/s na pruh (16 GB/s).

PCI Express 3.0 přechází na efektivnější schéma kódování 1128b/130b, čímž se eliminuje 20% redundance.

8 GT/s je sice „teoretická“ rychlost, ale skutečná je výkonově srovnatelná s rychlostí signálu 10 GT/s, pokud by nebyl použit princip kódování 8b/10b.

V roce 2011 PCI SIG oznámila standard počítačové sběrnice PCI Express (PCIe) 4.0, který poskytne rekordní propustnost 16 gigapřenosů za sekundu na jízdní pruh, což je dvojnásobek rychlostního limitu sběrnice PCIe 3.0.

16 GT/s odpovídá rychlosti přibližně 2 Gb/s na jeden pruh x1.

1. sběrnice USB. Historie vývoje, typy, charakteristika. Rozdíl od IEEE 1394 FireWire

sběrnice USB

Compaq, DEC, IBM, Intel, NEC atd. (1993)

Požadavky projektu:

• uživatelé by neměli nastavovat přepínače a propojky
• uživatelé by neměli rozebírat systémovou jednotku
• pro připojení zařízení musí být jeden konektor
• I/O zařízení musí být napájena přes kabel
• možnost připojení až 127 zařízení
• podpora zařízení v reálném čase
• možnost instalace zařízení bez restartování a vypínání PC
• nízké výrobní náklady

sběrnice USB 1.0

V roce 1996 je USB 1.0 (Universal Serial Bus) univerzální sériová sběrnice.

Rozšíření průmyslové standardní architektury PC zaměřené na integraci s periferiemi.

2 režimy přenosové rychlosti:

• Nízká rychlost (1,5 Mbps) - klávesnice, joystick, myš
• Full Speed ​​​​(12 bit/s) - modemy, skenery, tiskárny

V roce 1998 USB 1.1 - opravy chyb

sběrnice USB 2.0

V roce 2000 USB 2.0

Pro vysokorychlostní zařízení (HDD, digitální fotoaparáty atd.) je přidán další provozní režim High Speed ​​480 Mbps.

sběrnice USB 3.0

V roce 2008 USB 3.0

Šířka pásma USB 3.0 a USB 3.1 Gen1 je 5 Gb/s.

Nové rozhraní USB 3.0 se nazývá SuperSpeed ​​​​USB (Super-Speed ​​nebo Super-Speed ​​USB).

USB 3.0 si zachovává plnou kompatibilitu se stávajícím hardwarem USB 2.0.

Aby byl zaručen spolehlivý přenos dat, používá rozhraní USB 3.0 8/10bitové kódování.

Jeden bajt (8 bitů) je přenášen pomocí 10bitového kódování, což zlepšuje spolehlivost přenosu na úkor propustnosti.

Ø Standard efektivně optimalizuje spotřebu energie

Ø Rozhraní USB 2.0 neustále zjišťuje dostupnost zařízení, což spotřebovává energii

Ø Rozhraní USB 3.0 má čtyři stavy připojení (U0-U3).

1) Stav připojení U0 odpovídá aktivnímu přenosu dat.

2) Pokud je připojení nečinné, pak ve stavu U1 bude deaktivována schopnost přijímat a vysílat data.

3) Stav U2 deaktivuje vnitřní hodiny.

4) Stav U3 uvede zařízení do režimu spánku.

Standard USB 3.0 je zpětně kompatibilní s USB 2.0.

Piny USB 2.0 zůstaly tam, kde byly, ale v hloubce konektoru je nyní pět nových pinů.

sběrnice USB 3.1

V roce 2015 USB 3.1 b a nový konektor USB typu C

USB 3.1 SuperSpeed+

USB 3.1 Gen2 nabízí zvýšenou teoretickou propustnost na 10 Gbps

Nové řadiče Thunderbolt poskytují 20 Gb/s, budoucí 40 Gb/s

Na CES 2015 sestavili zástupci USB-IF stánek s dvojicí SSD do pole RAID 0 připojeného přes USB 3.1. Testovací utilita CrystalDisk Benchmark ukázala lineární rychlost zápisu 817 MB/s.

Specifikace USB Power Delivery 2.0 zvyšují odběr proudu z 900 mA pro porty USB 3.0 na 5 000 mA pro USB 3.1

Zaručeně stačí k napájení vysokokapacitních externích pevných disků a dalších výkonných spotřebičů z jediného portu.

Port USB Type-C nakonec poskytne napájení téměř všem zařízením s výkonem až sto wattů.

Charakteristickým rysem USB-C je symetrický design konektoru, který umožňuje připojení k portu v libovolném směru. Rozměrově je shodný s MicroUSB (8,3 * 2,5 mm).

Osm kolíků USB 3.1 lze použít jak pro přenos souborů, tak pro připojení monitoru přes DisplayPort.

Zbytek poskytuje napájení a konektivitu pro starší zařízení USB 2.0, jako jsou klávesnice a myši.

Rozdíl od IEEE 1394 FireWire
Sériová rozhraní FireWire a USB, přestože mají společné vlastnosti, jsou v podstatě odlišné technologie. Obě sběrnice umožňují snadné připojení velkého počtu PU (127 pro USB a 63 pro FireWire), což umožňuje zapínání a vypínání zařízení za chodu systému. Topologie obou sběrnic je poměrně blízko. USB huby jsou součástí CC; jejich přítomnost je pro uživatele neviditelná. Obě sběrnice mají elektrické vedení zařízení, ale kapacita zpracování energie pro FireWire je mnohem vyšší. Obě sběrnice podporují PnP (Power On/Off Auto Configuration) a eliminují nedostatek adres, kanály DMA a přerušení. Je rozdíl ve správě šířky pásma a sběrnice.

USB je zaměřeno na ovladače připojené k PC. Jeho izochronní přenosy umožňují pouze přenos digitálních zvukových signálů. Všechny přenosy jsou řízeny centrálně a PC je nezbytným řídicím uzlem v kořenu stromové struktury sběrnice. Propojení více PC touto sběrnicí není zamýšleno.

FireWire je zaměřen na intenzivní výměnu mezi jakýmikoli zařízeními k němu připojenými. Izochronní provoz umožňuje přenášet „živé“ video. Sběrnice nevyžaduje centralizované ovládání z PC. Sběrnici je možné využít ke spojení více PC a PU do lokální sítě.

Nová digitální video a audio zařízení mají vestavěné adaptéry 1394. Tradiční analogová a digitální zařízení (přehrávače, kamery, monitory) lze připojit ke sběrnici FireWire pomocí adaptérů rozhraní a převodníků signálu. Standardizované FireWire kabely a konektory nahrazují mnoho různorodých spojení mezi zařízeními spotřební elektroniky a PC. Různé typy digitálních signálů jsou multiplexovány do jedné sběrnice. Na rozdíl od sítí Ethernet nevyžadují vysokorychlostní datové toky v reálném čase přes FireWire další protokoly. Kromě toho existují rozhodčí zařízení, která zaručují přístup k autobusu v daném čase. Použití mostů v sítích FireWire umožňuje izolovat provoz skupin uzlů od sebe navzájem.

1. Logická struktura povrchu logického disku

Logický disk nebo svazek (svazek nebo oddíl) je součástí dlouhodobé paměti počítače, která se pro snadné použití považuje za celek. Pojem „logický disk“ se používá na rozdíl od „fyzického disku“, který označuje paměť jednoho konkrétního diskového média.

Disky viz paměťová média stroje s přímým přístupem. pojem přímý přístup znamená, že PC může "odkazovat" přímo na stopu, na které začíná úsek s požadovanými informacemi nebo kde je třeba zapsat nové informace, ať je umístěna zapisovací/čtecí hlava jednotky.

Diskové jednotky pestřejší:

• disketové jednotky (FFMD), jinak diskety nebo floppy disky;
• pevné disky (HDD) typu "winchester";
• vyměnitelné pevné disky využívající Bernoulliho efekt;
• mechaniky na optických kompaktních discích CD-ROM (Compact Disk ROM);
• mechaniky optických disků, jako je CC WORM (Continuous Composite Write Once Read Many - write once - read many times);
• mechaniky na magneto-optických discích (NMOD) atd.

Magnetické disky(MD) odkazují na magnetická paměťová média stroje. Jako paměťové médium využívají magnetické materiály se speciálními vlastnostmi (s pravoúhlou hysterezní smyčkou), které umožňují fixovat dva magnetické stavy - dva směry magnetizace. Každému z těchto stavů jsou přiřazeny binární číslice: 0 a 1. Jednotky na MD (HDD) jsou nejběžnější externí úložná zařízení v počítači. Disky jsou pevné a flexibilní, vyjímatelné a zabudované v počítači.

Zařízení pro čtení a zápis informací na magnetický disk se nazývá disková jednotka .

Všechny disky, magnetické i optické, se vyznačují svým průměrem, popř. tvarový faktor. Nejpoužívanější jsou 3,5" (89 mm) tvarové faktory. 3,5" disky s menšími rozměry mají vyšší kapacitu, rychlejší přístupovou dobu a vyšší rychlost čtení dat v řadě. (převod), vyšší spolehlivost a životnost.

Informace na MD (obr. 4.) se zapisují a čtou magnetické hlavy podél soustředných kružnic - stopy (stopy). Počet stop na MD a jejich informační kapacita závisí na typu MD, konstrukci pohonu MD, kvalitě magnetických hlav a magnetickém povlaku.

Rýže. 4. Logická struktura povrchu magnetického disku

Každá stopa MD je rozdělena na sektory . Sektor- nejmenší adresovatelná jednotka výměny dat mezi diskovým zařízením a RAM. Aby řadič našel požadovaný sektor na disku, je nutné mu zadat všechny součásti adresy sektoru: číslo povrchu, číslo cylindru (stopy) a číslo sektoru.

V jednom sektoru stopy je obvykle umístěno 512 bajtů dat. Výměna dat mezi NMD a OP probíhá postupně po celém počtu sektorů.

shluk je nejmenší jednotka informace na disku, která se skládá z jednoho nebo více souvislých sektorů stopy.

Při zápisu a čtení informací se MD otáčí kolem své osy a ovládací mechanismus magnetické hlavy jej přivádí na stopu zvolenou pro zápis nebo čtení informací.

Data na disku jsou uložena soubory, které jsou obvykle identifikovány s oblastí (regionem, polem) paměti na těchto paměťových médiích.

Soubor je pojmenovaná oblast externí paměti přidělená k ukládání pole dat.

Paměťové pole vytvořeného souboru je přiděleno násobku určitého počtu clusterů. Clustery přidělené jednomu souboru mohou být umístěny na libovolném volném místě na disku a nemusí být nutně souvislé. Soubory uložené ve shlucích rozmístěných po disku se nazývají roztříštěný.

Pro stohy magnetických disků (disky jsou namontovány na stejné ose) a pro oboustranné disky je zaveden koncept "válce".

válec nazýván soubor kolejí MD, umístěný ve stejné vzdálenosti od jeho středu.

1. Externí PC zařízení. Klasifikace a podrobný popis.

Externí zařízení

• Externí úložná zařízení nebo externí paměť
• Vstupní zařízení
• Zařízení pro výstup informací
• Multimediální nástroje

Externí pamětí se rozumí externí PC zařízení a slouží k dlouhodobému ukládání jakýchkoliv informací.

Klasifikace podle znaků:

• Podle typu média
• Podle typu konstrukce
• Podle principu zápisu a čtení informací
• Podle způsobu přístupu atd.

OVC klasifikace

1) Externí

· Páska

Cívka

Kazeta

3) Disk

· Magnetické

Zaměnitelné

Nevyměnitelné

Optický

Smíšený

diskety

• 3,5 palce
• 1,44 MB
• 300 ot./min

Způsobuje poškození:

• Deformace diskety
• Otevření ochranného uzávěru
• Vliv magnetu

HDD - Hard Disk Drive (HMD) - pevný magnetický disk

• Rychlost: 7200 ot./min., 10 000 ot./min
• Připojení: IDE, SATA

1. Audio CD

Průměr 12cm

74-80 minut zvuku

1. CD-ROM, CD-R, CD-RW

650–700 MB

CD-ROM - pouze pro čtení

CD-R - zápis jednou

CD-RW - vícenásobný záznam

1. mini CD (-R, RW)

Průměr 8 cm

24 minut zvuku, 210 MB

výhody:

• spolehlivost, životnost
• nízké náklady

nedostatky:

• Pomalá rychlost čtení/zápisu

DVD (Video Disk) - laser s kratší vlnovou délkou

1) Jedna vrstva

• Jednostranné 4,7 GB
• Oboustranná 9,4 GB

2) Dvojitá vrstva

• Jednostranné 8.5
• Oboustranné 17.1

DVD-ROM - pouze pro čtení

DVD-R, DVD+R – zápis jednou

DVD-RW, DVD-RW - opakované nahrávání (1000 cyklů)

HD DVD - DVD s vysokým rozlišením (vysoké rozlišení)

Rozvoj: Toshiba s NEC a SANYO

Podpěra, podpora: Microsoft, Intel

Blu-ray disk

Blu-ray Disk (BD) je formát optického disku s vysokou hustotou pro ukládání dat nebo videa ve vysokém rozlišení pomocí standardních 12 cm a 8 cm disků a 405 nm modrého laseru.

BD-RE (přepisovatelné)

Na základě paměťových čipů (až 1 TB) (notebooky, netbooky, telefony, tablety)

výhody:

• Nedělej hluk
• Vysoká rychlost čtení/zápisu
• lehká váha

nedostatky:

• Omezený počet cyklů zápisu (100 000)
• Vysoká cena

stuha

Pásková jednotka je zařízení pro zálohování dat z pevného disku na magnetickou pásku.

výhody:

• Kapacita až 4TB
• Levná magnetická páska
• Spolehlivost
• Vysoká rychlost (až 160 Mb/s)

nedostatky:

• Sekvenční přístup k datům (přetočit zpět na správné místo)
• Pomalá rychlost vyhledávání
• Jen pro tok dat je extrémně náročná práce s jednotlivými soubory

Výrobci: Sony, IBM, Hewlett Packard

Externí zařízení

1. Vstupní zařízení

klávesnice - zařízení pro ruční zadávání číselných, textových a řídicích informací do počítače;

Grafické tablety (digitizéry) - pro ruční zadávání grafických informací, obrázků pohybem speciálního ukazatele (pera) po tabletu; při pohybu pera se automaticky načtou souřadnice jeho umístění a tyto souřadnice se zadají do počítače;

Skenery (čtecí stroje) - pro automatické čtení z papírových médií a zadávání strojopisných textů, grafů, kreseb, kreseb do počítače;

polohovací zařízení (grafické manipulátory) - pro zadávání grafických informací na obrazovku monitoru ovládáním pohybu kurzoru po obrazovce s následným zakódováním souřadnic kurzoru a jejich zadáním do počítače (joystick, myš, trackball, světelné pero) ;

dotykové obrazovky - pro zadávání jednotlivých obrazových prvků, programů nebo příkazů ze zobrazení rozdělené obrazovky do počítače).

· digitální fotoaparáty/videokamery vám umožnují přijímat video a statické snímky přímo v digitálním formátu.

1. Zařízení pro výstup informací

· grafové plotry (plotry) - pro zobrazování grafických informací na papír;

Tiskárny - tisková zařízení pro výstup informací na papír.

Hlavní typy tiskáren:

• matrice - obraz je tvořen tečkami, jejichž tisk je prováděn tenkými jehlami, které prorážejí papír barvicí páskou. Znaky v řádku se tisknou postupně. Počet jehel v tiskové hlavě určuje kvalitu tisku. Levné vdrintery mají 9 jehel. Pokročilejší jehličkové tiskárny mají 18 a 24 jehel;
• inkjet - v tiskové hlavě jsou tenké trubičky - trysky, kterými jsou na papír vystřikovány drobné kapičky inkoustu. Matrice tiskové hlavy obvykle obsahuje 12 až 64 trysek. V současné době inkoustové tiskárny poskytují rozlišení až 50 bodů na milimetr a rychlost tisku až 500 znaků za sekundu, přičemž vynikající kvalita tisku se blíží kvalitě laserového tisku. Inkoustové tiskárny tisknou i barevně, ale rozlišení je zhruba poloviční;
• laser - používá se elektrografická metoda tvorby obrazu. Laser se používá k vytvoření ultratenkého světelného paprsku, který obkresluje obrysy neviditelného bodového elektronického obrazu na povrchu předem nabitého fotocitlivého bubnu. Po vyvolání elektronické Imaginace práškem barviva (toneru) ulpívajícího na vybitých místech se provede tisk - toner se přenese z bubnu na papír a zahřátím toneru se obraz fixuje na papír až do roztavení. Laserové tiskárny poskytují nejvyšší kvalitu tisku při vysokých rychlostech. Barevné laserové tiskárny jsou široce používány.

Uživatelský dialog

• video terminály (monitory) - zařízení pro zobrazování vstupních a výstupních informací. Video terminál se skládá z videomonitoru (displeje) a grafického adaptéru (video adaptér). Video řadiče jsou součástí systémové jednotky počítače (jsou umístěny na grafické kartě instalované ve slotu základní desky). Video monitory jsou externí zařízení počítače. Hlavní charakteristikou monitoru je rozlišení, které je určeno maximálním počtem bodů umístěných vodorovně a svisle na obrazovce monitoru. Moderní monitory mají standardní rozlišení od 640 x 480 do 1600 x 1200, ale ve skutečnosti mohou být i jiné hodnoty. Lze použít barevné i monochromatické monitory;

Hlavní charakteristikou monitoru je maximální počet bodů umístěných vodorovně a svisle na obrazovce.

Velikost obrazovky je dána velikostí její úhlopříčky v palcích.

Například: 17"", 42"", 48""

Rozlišení obrazovky od 640*480px, 5120*2880px

• zařízení pro hlasový vstup-výstup informací. Patří mezi ně různé mikrofonní reproduktorové soustavy a také různé zvukové syntezátory, které převádějí digitální kódy na písmena a slova, která jsou přehrávána přes reproduktory nebo reproduktory připojené k počítači.

Komunikační prostředky a telekomunikace

· Síťové adaptéry (modem - modulátor-demodulátor) slouží k připojení počítače ke komunikačním kanálům, jiným počítačům a počítačovým sítím.

· Faxy - jedná se o zařízení pro faxový přenos (přesná reprodukce grafického originálu (podpisu, dokumentu apod.) pomocí tisku) obrázků po telefonní síti.

· Faxmodemy - modemy, které mohou odesílat a přijímat data jako fax.

1. Externí PC zařízení (typy vstupně-výstupních portů, klasifikace). Koncept multimédií.

VESA (Video Electronics Standards Association) zveřejnila standard DisplayPort 1.3.

Šířka pásma až 32,4 Gbps (8,1 Gbps v každém ze čtyř pruhů). Včetně režie přenosu může nekomprimovaný tok videa dosáhnout 25,92 Gbps.

Převod videa do vga, dvi, hdvi

Podpora HDCP 2.2 a hdmi 2.0 s cec (TV aplikace, ochrana proti kopírování)

Podpora formátu 4:2:0, používaná ve spotřebitelských televizních rozhraních

Vylepšená schopnost přenášet Display Port současně s videem jiných dat, jako je USB 3.0

Seznam I/O portů běžně používaných v osobním počítači:

1. paralelní (LPT)
2. sériové (COM)
3. Hra
4. Ethernetový konektor
5. PS/2 konektor (myš)
6. PS/2 konektor (klávesnice)
7. VGA konektor a další video výstupy
8. Audio konektory pro připojení reproduktorů, mikrofonu atd.

I/O porty na základní desce formátu ATX:

1 – PS/2 konektor (myš); 2 – PS/2 konektor (klávesnice); 3 – Ethernetový výstup; 4 - Dva USB konektory; 5 – Konektor sériového portu; 6 – Konektor paralelního portu; 7 - VGA konektor; 8 - Herní port; 9 - Audio porty (zleva doprava: linkový výstup, vstup, mikrofon).

Paralelní port (LPT)

Hlavním rysem paralelního portu je současný přenos dat po několika linkách. Tato funkce přibližuje LPT k interním sběrnicím počítače. Hlavním účelem paralelního portu je připojení externích zařízení a ve většině případů je tímto zařízením tiskárna.

První verze paralelního portu měly jednosměrný směr, to znamená, že data mohla být přenášena po kabelu pouze jedním směrem - do periferního zařízení. Později byly zavedeny vylepšené standardy rozhraní LPT, ve kterých bylo možné přenášet data oběma směry.

Sériový port (COM)

Tento port umožňuje sériový přenos dat po jedné lince. Sériový přenos znamená, že bity informace jsou přenášeny po lince jeden po druhém. Přenos dat na sériovém portu je navíc obousměrný. COM je zpravidla určen pro připojení periferních zařízení, jako je myš nebo modem. Základní deska počítače používá jako konektor portu 9pinový konektor DE-9 male.

herní port

K dnešnímu dni není tento port na základních deskách tak běžný. Navíc jej nepodporují moderní operační systémy jako Windows 7. Na zvukových kartách je však stále vidět. Konektor portu je 15pinový konektor.

Jak už z názvu portu asi tušíte, je určen především pro připojení joysticků. Zvláštností portu je možnost připojit k němu dvě zařízení najednou. U zvukových karet se navíc herní port často používá k připojení MIDI zařízení, jako jsou například syntezátory. Protože je schopen pracovat s analogovými a analogově-digitálními zařízeními, je analogově-digitální převodník zabudován do čipu, který jej obsluhuje.

Konektor PS/2 se používá na počítači pro připojení myši a/nebo klávesnice. Navzdory tomu, že byl vyvinut již poměrně dávno, v polovině 80. let, je stále aktivně používán v počítačích. Některé základní desky mají dva univerzální konektory pro myš a klávesnici, zatímco jiné mají dva samostatné konektory pro myš a klávesnici. Přitom zelený konektor je pro připojení myši, modrý pro klávesnici. Oba konektory jsou mini-DIN s 9 piny.

Port USB, který bude podrobně popsán v samostatném článku, je nejrychlejší, nejuniverzálnější a vysoce výkonný I/O port na moderních počítačích. Z tohoto důvodu USB prakticky vytlačilo mnoho jiných portů. Počítač má obvykle více než jeden konektor pro připojení zařízení USB.

Multimédia- interaktivní systém, který poskytuje současnou prezentaci různých médií - zvuk, animovaná počítačová grafika, video. Například v jednom kontejnerovém objektu ( kontejner) může obsahovat textové, zvukové, grafické a video informace a případně způsob, jak s nimi interaktivně pracovat.

Mediální nástroje je komplex hardwaru a softwaru, který člověku umožňuje komunikovat s počítačem pomocí různých přirozených médií: zvuk, video, grafika, texty, animace atd. Mezi multimediální nástroje patří:

• Zařízení pro hlasový vstup a výstup informací;
• mikrofony a videokamery, akustické systémy a systémy pro reprodukci videa se zesilovači, reproduktory, velké video obrazovky;
• Zvukové a video karty, karty pro zachycení videa, které snímají obraz z videorekordéru nebo videokamery a vkládají jej do počítače;
• skenery;
• externí velkokapacitní paměťová zařízení na optických discích, často používaná pro záznam zvukových a obrazových informací
• video editory;
• profesionální grafické editory;
• nástroje pro záznam, vytváření a úpravu zvukových informací, které umožňují připravovat zvukové soubory pro zařazení do programů, měnit amplitudu signálu, přidávat nebo odebírat pozadí, vyjímat nebo vkládat datové bloky v určitém časovém intervalu;
• programy pro manipulaci se segmenty obrazu, změnu barev, palety;
• programy pro implementaci hypertextů atd.

Standard PCI Express je jedním ze základů moderních počítačů. Sloty PCI Express již dlouho zaujímají pevné místo na jakékoli základní desce stolního počítače a nahrazují jiné standardy, jako je PCI. Ale i standard PCI Express má své vlastní varianty a vzory připojení, které se od sebe liší. Na nových základních deskách, počínaje rokem 2010, můžete na jedné základní desce vidět celou řadu portů, označených jako PCIe nebo PCI-E, které se mohou lišit v počtu řádků: jeden x1 nebo několik x2, x4, x8, x12, x16 a x32.

Pojďme tedy zjistit, proč je mezi zdánlivě jednoduchým periferním portem PCI Express takový zmatek. A jaký je účel každého standardu PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 a x32?

Co je sběrnice PCI Express?

V roce 2000, kdy došlo ke stárnoucímu standardu PCI (extended – propojení periferních komponent) k PCI Express, měl tento standard jednu obrovskou výhodu: namísto sériové sběrnice, což byla PCI, byla zavedena přístupová sběrnice typu point-to-point. použitý. To znamenalo, že každý jednotlivý port PCI a karty v něm nainstalované mohly plně využívat maximální šířku pásma, aniž by se navzájem rušily, jako tomu bylo při připojení k PCI. V té době bylo množství periferií vložených do rozšiřujících karet bohaté. Síťové karty, zvukové karty, TV tunery a tak dále – to vše vyžadovalo dostatečné množství prostředků PC. Ale na rozdíl od standardu PCI, který používal společnou sběrnici pro přenos dat s několika paralelně zapojenými zařízeními, je PCI Express, pokud se uvažuje obecně, paketovou sítí s hvězdicovou topologií.

PCI Express x16, PCI Express x1 a PCI na jedné desce

Laicky si představte svůj stolní PC jako malý obchod s jedním nebo dvěma prodavači. Starý standard PCI byl jako obchod s potravinami: všichni čekali ve frontě na obsluhu, měli problémy s rychlostí obsluhy, omezenou na jednoho prodejce za pultem. PCI-E je spíše hypermarket: každý zákazník se pohybuje pro potraviny po své individuální trase a několik pokladních přijímá objednávky u pokladny najednou.

Je zřejmé, že v rychlosti obsluhy hypermarket několikanásobně předčí běžnou prodejnu, a to z toho důvodu, že si prodejna nemůže dovolit průchodnost více prodejců s jednou pokladnou.

Také s vyhrazenými datovými pruhy pro každou rozšiřující kartu nebo vestavěné komponenty základní desky.

Vliv počtu linek na propustnost

Nyní, abychom rozšířili naši metaforu prodejen a hypermarketů, představte si, že každé oddělení hypermarketu má své pokladny vyhrazené jen pro ně. Zde přichází na řadu myšlenka více datových pruhů.

PCI-E prošlo od svého vzniku mnoha změnami. V současné době nové základní desky obvykle používají verzi 3 standardu, přičemž rychlejší verze 4 je stále běžnější, přičemž verze 5 se očekává v roce 2019. Různé verze však používají stejná fyzická připojení a tato připojení mohou být provedena ve čtyřech základních velikostech: x1, x4, x8 a x16. (porty x32 existují, ale na běžných základních deskách počítačů jsou extrémně vzácné).

Různé fyzické velikosti portů PCI-Express umožňují jejich jasné oddělení podle počtu současných připojení k základní desce: čím větší je port fyzicky, tím více maximálních připojení může přenést na kartu nebo naopak. Tyto sloučeniny se také nazývají linky. Jednu linku si lze představit jako stopu sestávající ze dvou signálových párů: jeden pro odesílání dat a druhý pro příjem.

Různé verze standardu PCI-E umožňují různé rychlosti v každém jízdním pruhu. Ale obecně řečeno, čím více pruhů je na jednom portu PCI-E, tím rychleji mohou data proudit mezi periferií a zbytkem počítače.

Vrátíme-li se k naší metafoře: pokud mluvíme o jednom prodejci v obchodě, pak pruh x1 bude tento jediný prodejce obsluhující jednoho klienta. Prodejna se 4 pokladními má již 4 linky x4. A tak dále, pokladny můžete malovat počtem řádků vynásobeným 2.

Různé PCI Express karty

Typy zařízení využívající PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 a x32

U verze PCI Express 3.0 je celková maximální rychlost přenosu dat 8 GT / s. Ve skutečnosti je rychlost u verze PCI-E 3 o něco méně než jeden gigabajt za sekundu na jízdní pruh.

Zařízení, které využívá port PCI-E x1, jako je nízkoenergetická zvuková karta nebo Wi-Fi anténa, tedy bude schopno přenášet data maximální rychlostí 1 Gb/s.

Karta, která se fyzicky vejde do většího slotu - x4 nebo x8, například rozšiřující karta USB 3.0 bude schopna přenášet data čtyřikrát, respektive osmkrát rychleji.

Přenosová rychlost portů PCI-E x16 je teoreticky omezena na maximální šířku pásma asi 15 Gbps. To je v roce 2017 více než dost pro všechny moderní grafické karty vyvinuté společnostmi NVIDIA a AMD.

Většina diskrétních grafických karet používá slot PCI-E x16

Protokol PCI Express 4.0 umožňuje využívat již 16 GT/s a PCI Express 5.0 bude využívat 32 GT/s.

V současné době však neexistují žádné komponenty, které by mohly využívat toto množství šířky pásma s maximální šířkou pásma. Moderní špičkové grafické karty obvykle používají standard x16 PCI Express 3.0. Nemá smysl používat stejné šířky pásma pro síťovou kartu, která bude používat pouze jeden pruh na portu x16, protože port Ethernet je schopen přenášet data pouze do jednoho gigabitu za sekundu (což je asi jedna osmina šířky pásma jeden pruh PCI-E – pamatujte: osm bitů v jednom byte).

Na trhu je možné najít PCI-E SSD disky, které podporují x4 port, ale vypadají, že je brzy nahradí rychle se vyvíjející nový standard M.2. pro SSD disky, které mohou využívat i sběrnici PCI-E. Špičkové síťové karty a nadšený hardware, jako jsou řadiče RAID, používají kombinaci formátů x4 a x8.

Velikosti portů a PCI-E pruhy se mohou lišit

Toto je jeden z matoucích úkolů PCI-E: port může být vyroben ve formátu x16, ale nemá dostatek pruhů pro přenos dat, například pouze x4. Je to proto, že i když PCI-E může přenášet neomezený počet jednotlivých připojení, stále existuje praktické omezení šířky pásma čipové sady. Levnější základní desky s levnějšími čipovými sadami mohou mít pouze jeden slot x8, i když tento slot fyzicky pojme kartu formátu x16.

Základní desky zaměřené na hráče navíc obsahují až čtyři plné x16 PCI-E sloty a tolik linek pro maximální propustnost.

To samozřejmě může způsobit problémy. Pokud má základní deska dva x16 sloty, ale jeden z nich má pouze x4 pruhy, pak přidání nové grafické karty sníží výkon toho prvního až o 75 %. To je samozřejmě pouze teoretický výsledek. Architektura základních desek je taková, že se nedočkáte prudkého poklesu výkonu.

Správná konfigurace dvou grafických karet musí používat přesně dva x16 sloty, chcete-li maximální komfort z tandemu dvou grafických karet. Manuál v kanceláři vám pomůže zjistit, kolik linek na vaší základní desce má ten či onen slot. webové stránky výrobce.

Někdy výrobci dokonce označují počet řádků na textolitu základní desky vedle slotu.

Jedna věc, kterou je třeba si uvědomit, je, že kratší x1 nebo x4 karta se fyzicky vejde do delšího x8 nebo x16 slotu. Konfigurace kontaktů elektrických kontaktů to umožňuje. Přirozeně, pokud je karta fyzicky větší než slot, nebude fungovat její vložení.

Pamatujte tedy, že při nákupu rozšiřujících karet nebo upgradu stávajících musíte vždy pamatovat jak na velikost PCI Express slotu, tak na počet požadovaných drah.

Na jaře roku 1991 společnost Intel dokončila vývoj první verze sběrnice PCI. Inženýři měli za úkol vyvinout levné a vysoce výkonné řešení, které by jim umožnilo realizovat schopnosti procesorů 486, Pentium a Pentium Pro. Navíc bylo nutné vzít v úvahu chyby, kterých se VESA dopustila při návrhu sběrnice VLB (elektrická zátěž neumožňovala připojení více než 3 rozšiřujících karet), a také implementovat automatickou konfiguraci zařízení.

V roce 1992 se objevuje první verze sběrnice PCI, Intel oznamuje, že standard sběrnice bude otevřen a vytváří PCI Special Interest Group. Díky tomu získá každý zainteresovaný vývojář možnost vytvářet zařízení pro sběrnici PCI bez nutnosti nákupu licence. První verze sběrnice měla takt 33 MHz, mohla být 32- nebo 64bitová a zařízení mohla pracovat se signály 5 V nebo 3,3 V. Teoreticky byla šířka pásma sběrnice 133 MB/s, ale ve skutečnosti šířka pásma byla asi 80 MB/s

Hlavní vlastnosti:

• frekvence sběrnice - 33,33 nebo 66,66 MHz, synchronní přenos;
• šířka sběrnice - 32 nebo 64 bitů, multiplexní sběrnice (adresa a data jsou přenášeny po stejných linkách);
• špičková propustnost pro 32bitovou verzi běžící na 33,33 MHz je 133 MB/s;
• adresní prostor paměti - 32 bitů (4 bajty);
• adresní prostor vstupně-výstupních portů - 32 bitů (4 bajty);
• konfigurační adresní prostor (pro jednu funkci) - 256 bajtů;
• napětí - 3,3 nebo 5 V.

Foto konektory:

MiniPCI - 124 pin
MiniPCI Express MiniSata/mSATA - 52 pin
Apple MBA SSD, 2012
Apple SSD, 2012
Apple PCIe SSD
MXM, grafická karta, 230/232 pin
MXM2 NGIFF 75 pinů KEY A PCIe x2 KLÍČ B PCIe x4 Sata SMBus
MXM3, grafická karta, 314 pin
PCI 5V
Univerzální PCI
PCI-X 5v
AGP Universal
AGP 3.3v
AGP 3.3 v + ADS Power
PCIe x1
PCIe x16
Vlastní PCIe
ISA 8bit
ISA 16bit
eISA
VESA
NuBus
PDS
PDS
Apple II / GS rozšiřující slot
PC/XT/AT rozšiřující sběrnice 8bit
ISA (průmyslová standardní architektura) - 16 bit
eISA
MBA - Micro Bus architektura 16 bit
MBA - Micro Bus architektura s videem 16 bit
MBA - Micro Bus architektura 32 bit
MBA - Micro Bus architektura s videem 32 bit
ISA 16 + VLB (VESA)
Procesor Direct Slot PDS
601 Procesor Direct Slot PDS
LC přímý slot PERCH
NuBus
PCI (Peripheral Computer Interconnect) - 5V
PCI 3,3v
CNR (komunikace/síťové stoupačky)
AMR (Audio / Modem Riser)
ACR (Advanced Communication Riser)
PCI-X (periferní PCI) 3,3v
PCI-X 5v
PCI 5v + možnost RAID - ARO
AGP 3.3v
AGP 1,5V
AGP Universal
AGP Pro 1,5V
AGP Pro 1,5V + ADC napájení
PCIe (peripheral component interconnect express) x1
PCIe x4
PCIe x8
PCIe x16

PCI 2.0

První verze základního standardu, která byla široce přijata, používala jak karty, tak sloty se signálovým napětím pouhých 5 voltů. Špičková šířka pásma - 133 MB/s.

PCI 2.1 - 3.0

Od verze 2.0 se lišily možností současného provozu více sběrnicových masterů (angl. bus-master, tzv. kompetitivní režim), stejně jako vzhledem univerzálních rozšiřujících karet schopných provozovat jak ve slotech s použitím napětí 5 voltů a ve slotech pomocí 3,3 voltu (s frekvencí 33 a 66 MHz, v tomto pořadí). Špičková propustnost pro 33 MHz je 133 MB/s a pro 66 MHz je 266 MB/s.

• Verze 2.1 - práce s kartami určenými pro napětí 3,3 voltů a přítomnost příslušných napájecích vedení byly volitelné.
• Verze 2.2 - rozšiřující karty vyrobené v souladu s těmito standardy mají univerzální klíč napájecího konektoru a jsou schopny pracovat v mnoha pozdějších variantách slotů pro sběrnice PCI a také v některých případech ve slotech verze 2.1.
• Verze 2.3 – Není kompatibilní s kartami PCI navrženými pro použití 5 voltů, a to i přes pokračující používání 32bitových 5voltových slotů s klíčem. Rozšiřující karty mají univerzální konektor, ale nejsou schopny pracovat v 5voltových slotech dřívějších verzí (až do 2.1 včetně).
• Verze 3.0 - dokončuje přechod na 3,3 V PCI karty, 5 V PCI karty již nejsou podporovány.

PCI 64

Rozšíření základního standardu PCI představeného ve verzi 2.1, které zdvojnásobuje počet datových pruhů a tím i šířku pásma. Slot PCI 64 je rozšířenou verzí běžného slotu PCI. Formálně je kompatibilita 32bitových karet s 64bitovými sloty (za předpokladu, že existuje běžné podporované napětí signálu) úplná, zatímco kompatibilita 64bitových karet s 32bitovými sloty je omezená (v každém případě bude být ztrátou výkonu). Pracuje na taktovací frekvenci 33 MHz. Špičková šířka pásma - 266 MB/s.

• Verze 1 - používá 64bitový PCI slot a napětí 5 voltů.
• Verze 2 - používá 64bitový PCI slot a napětí 3,3 voltu.

PCI 66

PCI 66 je 66 MHz vývoj PCI 64; používá ve slotu napětí 3,3 voltu; karty mají univerzální formát nebo 3,3 V. Špičková propustnost je 533 MB/s.

PCI 64/66

Kombinace PCI 64 a PCI 66 umožňuje čtyřnásobnou rychlost přenosu dat ve srovnání se základním standardem PCI; používá 64bitové 3,3voltové sloty kompatibilní pouze s univerzálními a 3,3voltové 32bitové rozšiřující karty. Karty PCI64/66 mají buď univerzální (avšak omezenou kompatibilitu s 32bitovými sloty) nebo 3,3voltový tvarový faktor (druhá možnost je zásadně nekompatibilní s 32bitovými 33MHz sloty populárních standardů). Špičková šířka pásma - 533 MB/s.

PCI-X

PCI-X 1.0 je rozšíření sběrnice PCI64 s přidáním dvou nových provozních frekvencí, 100 a 133 MHz, a také samostatného transakčního mechanismu pro zlepšení výkonu, když více zařízení pracuje současně. Obecně zpětně kompatibilní se všemi 3,3V a univerzálními PCI kartami. Karty PCI-X jsou obvykle vyráběny v 64bitovém formátu 3.3 a mají omezenou zpětnou kompatibilitu se sloty PCI64/66 a některé karty PCI-X jsou v univerzálním formátu a jsou schopny pracovat (ačkoli to nemá téměř žádnou praktickou hodnotu) v obvyklé PCI 2.2/2.3. Ve složitých případech, abyste si byli zcela jisti výkonem kombinace základní desky a rozšiřující karty, musíte se podívat na seznamy kompatibility (seznamy kompatibility) výrobců obou zařízení.

PCI-X 2.0

PCI-X 2.0 – další rozšíření možností PCI-X 1.0; byly přidány frekvence 266 a 533 MHz a také korekce paritních chyb při přenosu dat (ECC). Umožňuje rozdělení na 4 nezávislé 16bitové sběrnice, které se používají výhradně v vestavěné a průmyslové systémy; signálové napětí je sníženo na 1,5 V, ale je zachována zpětná kompatibilita konektorů se všemi kartami využívajícími signálové napětí 3,3 V. Sběrnice PCI-X, základních desek s podporou sběrnice je velmi málo. Příkladem základní desky pro tento segment je ASUS P5K WS. V profesionálním segmentu se používá v RAID řadičích, v SSD discích pro PCI-E.

Mini PCI

Form factor PCI 2.2, určený pro použití hlavně v notebookech.

PCI Express

PCI Express nebo PCIe nebo PCI-E (také známé jako 3GIO pro I/O 3. generace; nezaměňovat s PCI-X a PXI) - počítačová sběrnice(ačkoli se nejedná o sběrnici na fyzické vrstvě, jedná se o spojení typu point-to-point). programovací model PCI sběrnice a vysoce výkonný fyzický protokol založený na sériová komunikace. Vývoj standardu PCI Express zahájil Intel po opuštění sběrnice InfiniBand. Oficiálně se první základní specifikace PCI Express objevila v červenci 2002. Na vývoji standardu PCI Express se podílí skupina PCI Special Interest Group.

Na rozdíl od standardu PCI, který používal společnou sběrnici pro přenos dat s několika paralelně zapojenými zařízeními, PCI Express je obecně paketová síť s hvězdicová topologie. Zařízení PCI Express spolu komunikují prostřednictvím média tvořeného přepínači, přičemž každé zařízení je přímo připojeno k přepínači spojením typu point-to-point. Kromě toho sběrnice PCI Express podporuje:

• výměna karet za provozu;
• garantovaná šířka pásma (QoS);
• energetický management;
• kontrola integrity přenášených dat.

Sběrnice PCI Express je určena k použití pouze jako místní sběrnice. Vzhledem k tomu, že softwarový model PCI Express je z velké části zděděn z PCI, lze stávající systémy a řadiče upravit tak, aby využívaly sběrnici PCI Express, a to nahrazením pouze fyzické vrstvy, aniž by bylo nutné upravovat software. Vysoký špičkový výkon sběrnice PCI Express umožňuje její použití místo sběrnic AGP a ještě více PCI a PCI-X. De facto PCI Express nahradil tyto sběrnice v osobních počítačích.

• MiniCard (Mini PCIe) je náhradou za Mini PCI. Sběrnice jsou zobrazeny na konektoru Mini Card: x1 PCIe, 2.0 a SMBus.
  • M.2 je druhá verze Mini PCIe, až x4 PCIe a SATA.
• ExpressCard – Podobné jako u PCMCIA. Sběrnice x1 PCIe a USB 2.0 jsou vyvedeny na konektor ExpressCard, karty ExpressCard podporují připojení za provozu.
• AdvancedTCA, MicroTCA - tvarový faktor pro modulární telekomunikační zařízení.
  
• Mobile PCI Express Module (MXM) je průmyslový tvarový faktor vytvořený pro notebooky společností NVIDIA. Slouží k připojení grafických akcelerátorů.
• Specifikace kabelu PCI Express umožňuje přenést délku jednoho připojení na desítky metrů, což umožňuje vytvořit počítač, jehož periferie jsou umístěny ve značné vzdálenosti.
  
• StackPC je specifikace pro budování stohovatelných počítačových systémů. Tato specifikace popisuje StackPC , rozšiřující konektory FPE a jejich vzájemnou polohu.

Navzdory skutečnosti, že standard umožňuje x32 linek na port, jsou taková řešení fyzicky těžkopádná a nejsou dostupná.

PCI Express 2.0

PCI-SIG vydala specifikaci PCI Express 2.0 15. ledna 2007. Hlavní inovace v PCI Express 2.0:

• Zvýšená propustnost: 500 MB/s šířka pásma jedné linky nebo 5 GT/s ( Gigatransakce/s).
• Vylepšen byl přenosový protokol mezi zařízeními a softwarový model.
• Dynamická regulace rychlosti (pro ovládání rychlosti komunikace).
• Upozornění na šířku pásma (pro upozornění softwaru na změny rychlosti a šířky sběrnice).
• Služby řízení přístupu – volitelné možnosti správy transakcí typu point-to-point.
• Kontrola časového limitu provedení.
• Reset na funkční úrovni - volitelný mechanismus pro resetování funkcí (eng. PCI funkce) uvnitř zařízení (ang. PCI zařízení).
• Potlačení limitu napájení (k překonání limitu výkonu slotu při připojování zařízení, která spotřebovávají více energie).

PCI Express 2.0 je plně kompatibilní s PCI Express 1.1 (staré budou fungovat na základních deskách s novými konektory, ale pouze rychlostí 2,5GT/s, protože starší čipové sady nepodporují dvojnásobnou rychlost přenosu dat; novější grafické adaptéry budou fungovat bez problémů ve starém PCI Express 1.x standardní sloty).

PCI Express 2.1

Z hlediska fyzických vlastností (rychlost, konektor) odpovídá verzi 2.0, softwarová část má přidané funkce, které jsou plánovány s plnou implementací ve verzi 3.0. Protože většina základních desek se prodává s verzí 2.0, použití pouze grafické karty s 2.1 neumožňuje aktivaci režimu 2.1.

PCI Express 3.0

V listopadu 2010 byly schváleny specifikace verze PCI Express 3.0. Rozhraní má rychlost přenosu dat 8 GT/s ( Gigatransakce/s). Ale i přes to byla jeho skutečná propustnost stále dvojnásobná ve srovnání se standardem PCI Express 2.0. Toho bylo dosaženo díky agresivnějšímu schématu kódování 128b/130b, kdy 128 bitů dat odeslaných po sběrnici je zakódováno ve 130 bitech. Zároveň byla zachována plná kompatibilita s předchozími verzemi PCI Express. Karty PCI Express 1.xa 2.x budou fungovat ve slotu 3.0 a naopak, karta PCI Express 3.0 bude fungovat ve slotech 1.xa 2.x.

PCI Express 4.0

PCI Special Interest Group (PCI SIG) uvedla, že PCI Express 4.0 může být standardizován do konce roku 2016, ale od poloviny roku 2016, kdy již byla řada čipů ve výrobě, média uvedla, že standardizace se očekává začátkem roku 2017. Očekává se, že bude mít šířku pásma 16 GT/s, to znamená, že bude dvakrát rychlejší než PCIe 3.0.

Zanechte svůj komentář!