pci express для чего используется

Что такое PCI Express.
Нужен ли в компьютере PCIe 4.0.

PCI Express (PCIe, PCI-e) – один из наиболее распространенных протоколов передачи данных. Он используется в современной компьютерной технике для обеспечения взаимодействия различных ее функциональных блоков между собой.

Для самостоятельной сборки или апгрейда компьютера необходимо понимать, что такое PCI Express, какие существуют его версии, чем они отличаются и какие возможности обеспечивают.

Актуальности вопросу придает также то, что недавно компания AMD в своих последних процессорах и видеокартах начала использовать новую версию PCI Express (PCIe 4.0), позиционируя это как важное преимущество над устройствами конкурентов. Действительно ли это так?

Во всем этом мы и попытаемся разобраться.

Что такое PCI Express

Большинству непосвященных это определение наверняка покажется туманным. Чтобы стало понятней, разберем его более подробно.

Протокол – в данном случае значит «схема», «алгоритм», «порядок».

Последовательная передача данных – понятие более сложное, ему придется уделить больше внимания.

Все данные внутри компьютера циркулируют, обрабатываются и хранятся в виде двоичного кода, мельчайшими частичками которого являются биты. Подробнее об этом можно узнать здесь.

Передача данных между функциональными блоками компьютера может осуществляться либо параллельным, либо последовательным способом.

Параллельная передача данных

Параллельный способ подразумевает использование физического соединения из значительного количества проводников. Передача данных осуществляется «порциями», в которых количество битов соответствует количеству проводников в соединении. Каждая такая порция перед передачей как бы «развертывается в пространстве», разделяясь на биты, каждый из которых проходит к принимающему устройству по отдельному проводнику. Таким образом, каждую единицу времени каждый бит двоичного кода передается по отдельному проводу этого соединения, одновременно (параллельно) с другими битами, передающимися по остальным его проводам. Поэтому схема и называется параллельной.

Несмотря на простоту, параллельная передача данных изжила себя и уже почти не используется в компьютерной технике. Главные ее недостатки:

• высокие затраты на создание каналов (нужно много проводников);

• высокая помеховосприимчивость из-за взаимного влияния передаваемых сигналов друг на друга (особенно, на длинные расстояния);

• необходимость обеспечения синхронного прохождения данных одновременно по всех проводниках соединения, из-за чего достижение высокой частоты отправки сигналов (частоты шины) является слишком сложной задачей.

Последовательная передача данных

Влиянию указаных выше негативных факторов в значительно меньшей степени подвержены схемы последовательной передачи данных. Сегодня они являются очень распространенными. Все USB-устройства, современные жесткие диски, SSD, видеокарты, сетевые карты и т.д. взаимодействуют с другим оборудованием с использованием последовательной передачи данных. Способ ее реализации в каждом из этих видов устройств, конечно же, отличается, но принцип везде одинаков.

Для последовательной схемы не нужно много проводников. Передача данных осуществляется через один коммуникационный канал по одному биту за каждую передачу, последовательно, один за одним (что-то на подобие азбуки Морзе).

На первый взгляд, такая схема кажется менее эффективной, чем в случае с параллельной передачей. Но это далеко не так. Высокая скорость здесь достигается за счет огромной частоты передачи данных (несколько миллиардов в секунду). А для устройств, требующих особо высоких скоростей обмена данными, одновременно используется несколько таких каналов (линий). Например, современные игровые видеокарты подключаются к компьютеру через 16 линий PCIe (PCIe x16).

Особенности стандарта PCI Express, его версии

Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel. Спецификации первой его версии появились еще в 2002 году. Сейчас развитием PCI Express занимается организация PCI Special Interest Group, в совет директоров которой входят представители основных разработчиков аппаратного и программного обеспечения (Intel, Microsoft, IBM, AMD, Sun Microsystems, HP, NVIDIA и другие). В своем развитии PCIe прошел несколько этапов и уже развился до версии 5.0.

PCIe является полнодуплексным протоколом, то есть предусматривает использование независимых друг от друга каналов приёма и передачи данных (устройство может одновременно отправлять и получать данные).

Перед отправкой данные кодируются в блоки. Это необходимо для синхронизации передающего и принимающего устройств, а также уменьшения влияния помех.

В версиях PCIe 1.0 и PCIe 2.0 используется схема кодирования 8b/10b. То есть, каждый 8-битный блок кодируется в 10-битный, в котором только 80% передаваемых данных являются полезными. Остальные 20% нужны для обеспечения правильной работы протокола.

В PCIe 3.0 и боле новых ее версиях данные кодируются по более эффективной схеме 128b/130b (каждые 128 бит кодируются в 130-битный блок). Доля полезного содержания в передаваемых данных здесь составляет уже около 98,46%.

Разные версии PCIe отличаются не только способом «упаковки» битов в блоки, но и частотой передачи данных. В PCIe 1.0 она составляет 2,5 ГТ/с (гигатранзакций в секунду), то есть за одну секунду передается 2,5 миллиарда битов. Для лучшего восприятия переведем это в привычные единицы:

2,5*10 9 Бит / с = 312,5‬ Мегабайт / с.

Учитывая, что только 80% из них являются полезными данными, реальная пропускная способность PCIe 1.0 составляет 250 Мегабайт / с.

В PCIe 5.0 частота передачи данных возросла аж до 32 ГТ/с. Переведем это в удобный вид:

32*10 9 Бит / с = 4000‬ Мегабайт / с = 4 Гигабайт / с.

Поскольку полезные данные составляют 98,46%, реальная пропускная способность PCIe 5.0 равна 3,938 Гигабайт / с.

Подробнее об особенностях разных версиях PCIe см. в таблице:

Применение PCI Express в компьютере. Разъемы PCI Express

Контроллер (управляющее устройство) линий PCIe не так давно встраивался только в чипсет (главную микросхему) материнской платы. Но, начиная с 2009 года, контроллер PCIe добавляется производителями также и непосредственно в центральный процессор. Это уменьшает задержки и позволяет процессору более эффективно взаимодействовать с другими устройствами.

Версии и количество линий PCIe в разных моделях процессоров и чипсетов отличается. Бо́льшая их часть формируется в разъемы, размещаемые на материнской плате. Они позволяют подключать к компютеру разнообразные устройства (видеокарты, звуковые карты, сетевые карты, Wi-Fi-адаптеры и др.).

На материнской плате современного компьютера можно найти разъемы PCIe нескольких видов, отличающихся количеством используемых в них линий PCIe (от х1 до х16 линий). Не зависимо от того, насколько старым является компьютер, и какая версия PCIe в нем используется, эти разъемы всегда выглядят одинаково:

Разные версии PCIe являются полностью совместимыми. То есть, если в старый компьютер, где используется версии PCIe 2.0, установить, например, видеокарту с PCIe 4.0, она будет нормально работать. Однако, реальная скорость обмена данными при этом у нее будет ограничена возможностями PCIe 2.0.

И наоборот, в самый новый компьютер с PCIe 4.0 можно без проблем установить старую видеокарту с PCIe 2.0.

Еще одной особенностью PCIe является совместимость разных ее разъемов. В разъем PCIe x16 можно подключить не только видеокарту, но и абсолютно любое другое устройство PCIe, в том числе и с разъемом PCIe x8, PCIe x4 или PCIe x1.

Совместимость разъемов сохраняется также и в обратную сторону. То есть, в разъем PCIe x1 можно установить видеокарту с разъемом PCIe x16. Физически она туда не войдет, но если разрезать заднюю стенку разъема (как на изображении ниже), то все получится.

Это, конечно же, «кустарщина» и без крайней надобности так делать не нужно. Тем более, что видеокарта при таком подключении будет работать в режиме PCIe x1, что весьма негативно скажется на ее быстродействии.

Нужно ли апгрейдить компьютер ради PCIe 4.0

Как уже говорилось выше, последней из официально вышедших версий PCIe является версия 5.0 (опубликованы официальные спецификации, но на практике она не используется). Самой «свежей» версией из используемых по состоянию на конец 2019 года является PCIe 4.0, и, судя по всему, еще долго будет таковой оставаться. Она вышла в 2017 году, однако внедрена в конкретные устройства лишь недавно, в 2019 году. Ее начала использовать компания AMD в процессорах Ryzen архитектуры Zen 2, а также в видеокартаx Radeon серии RX 5700 / 5500.

Несомненно, это значительное достижение AMD, однако, оно пока является лишь заделом на будущее и не дает никаких практических преимуществ перед конкурентами. Компания Intel внедрять PCIe 4.0 в свои процессоры не торопится. Не спешит делать это и компания nVidia, видеокарты которой пока довольствуются PCIe 3.0.

Все дело в том, что на современном этапе развития компьютерной техники возможностей PCIe 3.0 вполне достаточно. Превосходство PCIe 4.0 можно увидеть лишь в синтетических тестах. В практических же сценариях необходимости в настолько высоких скоростях обмена данными пока нет.

Видеокарты с PCIe 4.0 вполне нормально работают и в системах с PCIe 3.0. Более того, даже в компьютерах с PCIe 2.0 они показывают почти такую же производительность в играх и других приложениях, как в компьютерах с PCIe 4.0.

Но продлится это, судя по всему, не долго. Направлением, где в ближайшее время станет реально востребованной PCIe 4.0, являются современные М.2 SSD-накопители, быстродействие которых уже почти «уперлось в потолок » стандарта PCIe 3.0. Затем черед дойдет до видеокарт и другого оборудования.

Так что апгрейдить старый компьютер только ради PCIe 4.0 пока нецелесообразно. Однако при покупке нового компьютера, который планируется к использованию достаточно длительнное время, брать во внимание версию PCIe, поддерживаемую его внутренними устройствами, однозначно нужно.

Источник

Что такое PCI Express? Имеют ли значение линии, слоты и версии PCIe?

PCI Express является популярной технологией в наши дни, и многие спрашивают, что это такое, для чего он нужен и почему так много суеты по поводу видеокарт, твердотельных накопителей и материнских плат, поддерживающих PCI Express 4.0. В этой статье мы собираемся ответить на эти вопросы. Мы также попытаемся пролить свет на то, что такое линии PCIe, какие типы слотов PCIe есть, и что нового в PCI Express 4.0. Если вам интересно узнать больше, читайте дальше

Что такое PCI Express и что он обозначает?

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:

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?

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.

Широко ли доступна последняя версия PCI Express 4.0?

На данный момент PCI Express 4.0 является самой быстрой спецификацией, доступной для домашних компьютеров. Однако PCI Express 4.0 поддерживается только AMD на своих последних материнских платах, основанных на чипсете X570 в сочетании с процессорами AMD Ryzen третьего поколения. Если у вас их нет, нет смысла покупать видеокарты или твердотельные накопители, поддерживающие PCIe 4.0.

Как PCI Express 4.0 влияет на скорость вашей видеокарты?

Когда вы играете в игру, видеокарта использует выделенную память (GDDR) для хранения текстур, используемых для рендеринга кадров на экране. Помимо тактовой частоты графического процессора, эта графическая память является наиболее важной для того, сколько кадров вы получаете каждую секунду.

Графическая карта должна использовать интерфейс PCI Express, который соединяет ее с материнской платой только тогда, когда ей нужно обмениваться данными с процессором или загружать текстуры из системной памяти (ОЗУ компьютера). Это не должно случаться часто, поскольку современные видеокарты имеют много собственной оперативной памяти. И даже если / когда это произойдет, после того, как текстуры были переданы через интерфейс PCI Express из системного ОЗУ и загружены в память видеокарты, они остаются там. Причина в том, что графическая память во много раз быстрее системной памяти.

Ни одна из видеокарт, доступных сегодня, не нуждается в полной полосе пропускания, предлагаемой слотами PCI Express 4.0 x16. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашим анализом влияния PCI Express 4.0 по сравнению с PCI Express 3.0 на современные настольные компьютеры: PCI Express 4 по сравнению с PCIe 3: есть ли улучшение производительности?

Как насчет совместимости версий PCI Express?

Все версии PCI Express совместимы друг с другом. Например, видеокарта PCI Express 4.0 работает, даже если вы подключаете ее к материнской плате, которая поддерживает только PCI Express 3.0 или даже 2.0. Однако пропускная способность интерфейса PCI Express ограничена наименьшим фактором. Например, если вы подключаете SSD PCI Express 4.0 к материнской плате, которая поддерживает только PCI Express 3.0, этот SSD работает на PCIe 3.0. Вместо доступа к пропускной способности 7,88 ГБ / с он может использовать только 3,94 ГБ / с, поэтому его максимальная теоретическая скорость уменьшается вдвое.

У вас есть еще вопросы по PCI Express?

Теперь вы должны лучше понять, что такое PCI Express, и больше узнать о различных типах слотов PCIe, дорожках и версиях. У вас есть другие вопросы, на которые мы могли бы ответить? Если у вас есть, или если у вас есть, что добавить в эту статью, не стесняйтесь оставить комментарий ниже.

Источник

Что такое слот PCI-e x1: его параметры и для чего он нужен?

Всем привет! Сегодня обсудим шину PCI E x1: что это за разъем, для чего он нужен, какая у него скорость, какое количество слотов подобного типа может быть на компьютере и можно ли вставить устройства x1 в PCI Express x16.

Что такое PCI Express

В 2000-х годах перед производителями «железа» возникла очередная проблема: шина PCI, которая использовалась для взаимосвязи периферических устройств, больше не отвечала требованиям исходя из быстродействия компьютера.

Главный недостаток — слишком низкая пропускная способность для увеличивающихся массивов данных.

Используя программную модель протокола PCI, разработчики создали более совершенный интерфейс. Если в интерфейсе старого формата данные передавались поочередно, дожидаясь в общем стеке, то в PCI-E появилась возможность передавать их одновременно.

Фактически, периферические устройства представляют собой сеть с топологией «Звезда». Каждый из подключенных девайсов может обращаться напрямую к другому, не привлекая к процессу ЦП и ОЗУ.

Влияние количества линий на скорость передачи данных

Претерпев ряд изменений, этот интерфейс сегодня доступен в 5-м поколении. Характерно, что разные версии интерфейса используют однотипные физические соединения, которые обычно выполнены в 4 основных типоразмерах: х1, х4, х8 и х16.

Отличаются они между собой длиной. Это влияет на количество коннекторов, которые одновременно соединяются с материнской платой. Еще их называют линиями. Одна линия представляет собой дорожку из сигнальной пары: контактов для отправки и приема данных.

От количества коннекторов зависит пропускная способность. То есть, чем их больше, тем быстрее будет работать конкретный порт. В 4-м поколении пропускная способность на линию х1 составляла 1.969 Гбайт/с. В 5-м поколении, разработанном в 2019 году, она возросла до 3.938 Гбайт/с.В версии 2.0 скорость была еще ниже — 500 Мбайт/с. Сегодня такая версия почти нигде не используется. У 3.0 пропускную способность подняли до 984.6 Мбайт/с. Такой порт еще можно встретить на материнских платах, выпущенных после 2010 года.

Что можно подключить через интерфейс PCI-E х1

Сегодня с помощью такого гнезда подключаются Wi-Fi и WiMax адаптеры, GSM и GPS модули, твердотельные накопители, контроллеры для портов USB и COM, индикаторные светодиоды, адаптеры для СИМ карт GSM и WCDMA. Порт имеет зарезервированные контакты для устройств, которые могут появиться в будущем.

Количество слотов PCI-Express зависит от модели материнской платы, но всегда он есть хотя бы один. В среднем же таких слотов 3-4.

Теоретически, возможна установка х1 девайса в порт х16. На практике же все зависит от каждого конкретного устройства: как именно подается питание и активируется ли девайс. Худшее, что может произойти — он попросту не будет работать. Сломать при этом ничего нельзя. Детальнее о том, что такое PCI-E x16, читайте здесь.

И еще один момент. Как правило, на большинстве системных плат есть только один порт х16. Больше только на продвинутых геймерских модификациях. Не исключено, что слот уже будет занят видеокартой, поэтому ничего вы уже не подключите — если конечно не хотите довольствоваться интегрированным в процессор графическим ядром.

Также советую почитать «Чем отличается PCI от PCI E» и «Все разъемы на материнской плате». Буду признателен, если вы поделитесь этой публикацией в социальных сетях. До завтра!

Источник

Линии PCIe – что это

Выбирая материнскую плату, мы обязательно обращаем внимание на количество и тип разъемов для установки различных устройств, от видеокарты и SSD до самых разнообразных контроллеров и адаптеров. Одним из параметров этих разъемов, помимо физического размера, является конфигурация интерфейса, выведенного на них. Давайте немного углубимся сегодня в эту тему, а точнее, поподробнее поищем ответ на вопрос линии PCIe – что это, для чего это, и сколько этого вообще надо.

Исходные данные

Как вы уже поняли, сегодня речь про интерфейс PCIe, он же PCI-Express. Благо никакой другой сейчас по сути не используется. Все еще можно встретить редкие материнские платы с устаревшим PCI, но это специфические модели для работы с античными устройствами, которые по разным причинам заменить не представляется возможным.

Ну и как было сказано в названии, в первую очередь сделаем упор на линии PCIe. Нас интересует, зачем их несколько, сколько оных нам надо и как их использовать.

История PCI-Express

Не буду углубляться в этапы развития этого интерфейса, но кратко все же надо пробежаться по версиям PCI-Express, дабы иметь представление, о чем речь и каковы перспективы.

Первая базовая спецификация PCI-Express была представлена в июле 2002 года. Устройства, работающие с этим интерфейсом, используют двунаправленную последовательную связь типа «точка-точка». Применяется низковольтная дифференциальная передача сигнала (LVDS) по двум проводникам. Собственно, это и есть та самая линия. Это полнодуплексная связь, т. е. передача сигнала и в одну, и противоположную сторону может выполняться одновременно на полной скорости.

«Скорость», т. е. пропускная способность первой версии интерфейса составляла 2.5 ГТ/с (гигатранзакции в секунду). Для того, чтобы перевести это значение в более привычные Гига/Мега байты или биты, надо учитывать кодировку 8b/10b. Каждый байт (8 бит) исходных данных дополняется двумя битами, превращая 8-битные слова в 10-битные. Это необходимо для контроля целостности информации и некоторых служебных нужд. В итоге, пропускная способность PCI Express 1.0 составляет 250 МБ/с.

Вторая версия PCI-Express появилась в 2007 году. Скорость передачи удвоилась, достигнув 5 ГТ/с или 500 МБ/с при той же системе кодирования данных.

Больше изменений произошло с выходом 3-й версии этого интерфейса в конце 2010 года. Скорость передачи составила 8 ГТ/с, но реальный прирост все равно практически удвоился. Это было достигнуто за счет перехода на кодирование 128b/130b. Фактически, в предыдущих генерациях интерфейса 1/5 часть пропускной способности тратилась на служебную информацию. За счет перехода на новую систему кодирования «ширина» канала для передачи данных увеличилась.

В 2019 году свет увидела 4-я версия PCIe, где опять удвоилась скорость передачи до 16 ГТ/с, что стало составлять 1 969 ГБ/с на одну линию. Этот интерфейс уже появился на материнских платах последних поколений и используется современными видеокартами и высокопроизводительными твердотельными накопителями.

На горизонте PCIe 5.0 с очередным удвоением пропускной способности до 32 ГТ/с, или 3 938 ГБ/с. Ведутся работы и над PCIe 6.0.

Что такое линия PCIe

Уровни PCIe

Если уж мы сравниваем PCIe с сетевым протоколом, то, наверное, должны быть тут и уровни, или слои? Ну там физический, канальный… В общем то да, тут их 4, которые давайте кратко рассмотрим.

Application Layer

Нижний уровень, на котором формируется пакет данных с заголовком (Header+Data) для передачи от одного устройства к другому. По сути, программный слой, задача которого только подготовить информацию к передаче на следующий уровень.

В случае приема из полученного пакета извлекаются присланные данные, которые затем используются пользователем (приложением) по назначению.

Transaction Layer

При отправке данных полученный блок информации с заголовком (Header+Data) дополняется кодом проверки ECRC (End to End Cyclic Redundancy Check). При приеме этот код может быть сравнен с контрольным вычисленным значением для подтверждения того, что блок данных поступил без искажений.

Data Link Layer

На этом уровне формируется уникальный двухбайтовый номер (Sequence Number) пакета, который может понадобиться при неуспешной отправке данных. Затем к нему добавляется информация, полученная от Transaction Layer (Header+Data+ECRC), и добавляется код LCRC (Local Cyclic Redundancy Check), используемый для проверки целостности данных от предыдущего уровня.

При приеме производится проверка кода LCRC, и если ошибок нет, то источнику передается сигнал ACK (ACKnowledge) об успешной передаче. Если же обнаружена проблема, то посылается сигнал NAK (Not AcKnowledge), означающий, что пакет с данным номером (Sequence Number) должен быть передан заново.

Physical Layer (физический уровень)

Во время передачи данных информация, поступившая с предыдущего уровня (Header+Data+ECRC+LCRC), предваряется стартовым байтом, который, по сути, информирует получателей о начале блока данных. Аналогично, по окончании передается еще один байт, информирующий о конце передачи блока информации.

При приеме данные начальный и конечный байты позволяют определить блок данных.

Как выполняется контроль целостности данных

При передаче или приеме данных важно быть уверенным, что информация не была повреждена в процессе перемещения пакета информации от одного устройства к другому. Для контроля используются специальные коды проверки целостности.

Для версий PCIe 1.0 и 2.0 использовалась кодировка 8b/10b. Начиная с 3-й версии интерфейса используется 128b/130b. Это значит, что в старых версиях PCIe каждый байт дополнялся двумя служебными битами, а PCIe 3.0 и последующие дополняют каждые 128 бит двумя служебными битами.

Что это дает? При кодировании 8b/10b 20% пропускной способности шины тратится на передачу служебной информации. Кодировка 128b/130b позволяет уменьшить эти потери до 1.5%.

На иллюстрации выше показано начало таблицы кодирования данных при использовании кодировки 8b/10b. Исходный байт разделяется на две части. Младшие 5 бит дополняются одним контрольным, в свою очередь также старшие три бита также дополняются еще одним. В результате имеем формулу 5b/6b и 3b/4b.

Принцип кодирования – тема объемная, и если ее и рассматривать, то в отдельном материале.

Как рассчитать скорость передачи

Зная версию интерфейса и частоту его работы, можно определить скорость передачи PCIe. Округленные значения разных версий этого интерфейса приведены в таблице:

Если есть желание, можно вычислить поточнее скорость передачи в каждом случае.

Формула расчета довольно проста:

BW (МБ/с) = FR (МТ/с) * EN * 1B/8b

Например, для PCIe 2.0 вычислим скорость передачи одной линии интерфейса:

BW = 5000 * 8/10 * 1/8 = 5000 * 0.8 * 0.125

Если же надо выяснить скорость передачи для PCIe 3.0, то расчет будет таким:

BW = 8000 * 128/130 * 1/8 = 8000 * 0.985 * 0.125

Это скорость одной линии. Если оных несколько, то просто перемножаем полученное значение на количество линий PCIe. Так, в варианте x4 (например, для SSD) максимальная скорость передачи составит 3 940 МБ/с). Соответственно, максимальная скорость для видеокарты, работающей с 16-ю линиями будет уже 15 760 МБ/с.

Надо оговориться, что это теоретическая пропускная способность. В реальности она несколько ниже, т. к. в расчетах мы не приняли во внимание передачу стартового и стопового байтов, заголовка, проверочных кодов.

Сколько линий PCIe необходимо?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо определиться с конфигурацией будущей системы. Я сейчас не затрагиваю тему разгона, ибо это несколько иной подход к выбору материнской платы, а исхожу из требований к использованию каких-либо плат расширения. Вариант офисного компьютера также оставлю за рамками разговора, т. к. в большинстве случаев достаточно минимальной конфигурации с использованием встроенного в процессор видеоядра и установка каких-либо дискретных адаптеров скорее всего не планируется.

Если будущий ПК предназначен для сборки игровой системы нижне-среднего уровня без разгона и использования флагманских CPU и GPU, то будет использоваться только внешняя видеокарта в сочетании с 1-2-3 накопителями. Значит, рассматривать можно платы, начиная с младших чипсетов. Даже у них есть возможность установки некоторых дополнительных адаптеров.

А кстати, сколько вот для этих «некоторых дополнительных адаптеров» линий-то нужно? Давайте попробуем свести это в табличку:

Это не весь возможный перечень. При необходимости, можно установить адаптер LPT и прочих портов, дополнительный сетевой контроллер и т. п. Как бы то ни было, надо точно знать, какой разъем для такой платы нужен и сколько линий PCIe он требует.

Если же выбор останавливается на топовом железе, то в любом случае в вашем распоряжении будет максимально возможное количество линий, и остается только не выйти за их лимит, утыкивая материнскую плату разнообразными адаптерами, накопителями и т. п.

Подробнее про линии процессоров и чипсетов

Давайте от теории поближе к практике. Мы уже выяснили, что фактически «владельцами» линий PCIe являются процессор и чипсет, хотя никто не запрещает другим устройствам обмениваться данными между собой по этим линиям. Чтобы разобраться пообстоятельнее, рассмотрим каждый сокет отдельно.

AMD AM4

Возьмем, например, CPU AMD Ryzen 7 5800X и чипсет к нему X570.

На иллюстрации представлен условный процессор 5000-й серии с указанием интерфейсных линий. Из нее видно, что у процессора есть 16 линий для видеокарты и 4 – для SSD. Итого 20. Иногда можно встретить упоминание, что линий 24, но это с учетом четырех, которые связывают CPU с чипсетом. Эти линии никоим образом не могут быть переконфигурируемы и их упоминание справедливо разве что для статистики.

Те линии, которые идут на видеокарту, вернее, на разъем под нее, могут быть разделены между двумя разъемами для поддержки технологий SLI/Crossfire. В этом случае линии распределяются поровну между двумя разъемами (режим x8/x8) или второй работает в режиме x4.

Четыре процессорные линии для накопителей выводятся на ближний к сокету CPU разъем M.2.

Количество доступных линий у чипсета зависит от его модели. Так, X570 располагает 16-ю линиями, 8 из которых могут свободно конфигурироваться производителями материнских плат, а еще 8 можно использовать для SATA или накопителей/разъемов. При этом в работе будет интерфейс 4-го поколения.

Чипсеты B550 и A520 могут использовать только PCIe 3.0, даже для связи с процессором. Самих линий тоже меньше, 10 и 6 соответственно.

Intel 1200

На данный момент это самый «свежий» сокет под процессоры 10-го и 11-го поколения. Более подробно рассмотрим самое последнее CPU Rocket Lake. Конфигурация линий тут та же, что и у конкурентов – 16 линий для видеокарты и 4 для накопителя. Правда, связь с чипсетом по-прежнему осуществляется по шине DMI3, что фактически является PCIe 3.0, но зато таких линий теперь 8, а не 4.

Старший чипсет Z590 располагает 24-ю линиями PCIe 3.0, что дает возможность установить несколько M.2, а также несколько разъемов PCIe 3.0 x4 и/или PCIe x1. У Z570 линий 20, у B560 – 12, а младший A510 довольствуется 6-ю.

Как определить количество доступных линий на материнской плате

А что в этом сложного? Посмотреть на разъемы, которые есть на материнской плате, и все станет ясно. Верно? Давайте разбираться.

Разъемы для плат расширения

Для начала определимся с форм-факторами разъемов PCIe. В настоящее время используются разъемы PCIe x1, x4 и x16. В теории, существуют еще PCIe x8, но в реальности они не используются.

Для прояснения темы легче всего использовать конкретные примеры, для чего нам сначала понадобится плата ASRock Z590M Phantom Gaming 4. Давайте посмотрим на нее внимательно, в частности, на установленные на ней разъемы PCIe.

В нашем распоряжении по одному PCIe x16, PCIe x4 и PCIe x1. В результате мы можем воспользоваться 21-й линией для установки различных дискретных устройств – видеокарт, адаптеров, контроллеров и проч. Ну вот, предположение разве не подтвердилось?

Подтвердилось, но давайте возьмем другой пример, MSI MPG Z590 Gaming Force. У нее три «больших» разъема PCIe x16 и два маленьких x1. Ну и сколько у нас всего линий, 50? Давайте считать, у процессора Intel 11-го поколения доступных линий 16 для плат расширения (читай, видеокарты), у чипсета Z590 – 24, итого 40. Ну ладно, предположим, что на эти разъемы каким-то образом выведены еще 4 линии, предназначенные для накопителя. Все равно шесть не хватает.

Вот тут и кроется проблема, что значение после буквы «x» в маркировке разъемов PCIe x** отражает реальное положение вещей только в одном случае – для PCIe x1. Только для него можно абсолютно точно сказать, что разъем работает с одной линией интерфейса.

К сожалению, маркировка PCIe x16 и PCIe x4, скорее, говорит нам о физическом размере, и о том, что эти разъемы МОГУТ иметь по 16 и 4 линии соответственно. Могут, но не обязаны. Реальность такова, что к PCIe x16 могут быть подведены 1, 2, 4, 8 или 16 интерфейсных линий. В случае с PCIe x4 этот перечень заканчивается на 4.

В итоге, у рассматриваемой MSI MPG Z590 Gaming Force первый разъем действительно имеет 16 линий (процессорных), второй – только 8 (тоже от процессора), а у третьего их вообще 4. И никакими 50-ю тут и не пахнет. Отсюда вывод – геометрические размеры разъема мало что говорят о параметрах подключенного к нему интерфейса.

Так как же узнать, где и сколько линий используется? В первую очередь обратиться к спецификациям на данную модель материнской платы. Там указано, что первые два слота подключены к процессору и могут работать в режимах x16/x0, x8/x8 или x8/x4, т. е. в первом разъеме действительно 16 линий, а во втором только восемь.

Это означает, что если во второй разъем установлена та или иная плата, то она получит максимум 8 линий, и столько же останется в первом разъеме, вне зависимости от того, что в него установлено. Скажем, видеокарта, использующая 16 линий, будет работать с вдвое меньшим их количеством.

Третий разъем, хоть он и не уступает по размерам оставшимся, имеет 4 линии PCIe от чипсета.

В действительности определить, сколько линий в том или ином разъеме можно, если внимательно посмотреть на них, а вернее, в них. Для примера привожу фотографию части платы MSI MPG Z590 Gaming Force.

Нас интересуют три «больших» разъема, а точнее те его части, что располагаются после перемычки. Давайте присмотримся внимательнее. Несложно заметить, что у первого, ближнего к процессору, все места под контакты заполнены. А вот у второго видно, что контакты (такие блестящие металлические точки в данном случае) заканчиваются где-то посередине. А третий вообще заполнен ими на четверть.

Что мы можем почерпнуть из полученных сведений? Судя по всему, у первого разъема 16 линий, у второго – 8 (контакты заканчиваются посередине), а у третьего скорее всего 4. Обратимся к спецификациям и видим, что так и есть.

К сожалению, таким образом можно провести только предварительный анализ возможностей платы, но вот как распределены линии, от кого (CPU или чипсета) подведены к каждому конкретному разъему и сколько их в реальности, можно узнать только из официальных характеристик на плату. Тем не менее, возможность прикинуть конфигурацию «на глаз» может иногда оказаться полезной.

Разъемы M.2 для накопителей

Ну вот с ними-то уж все ясно. Все они на современных материнках поддерживают SSD с интерфейсом PCIe, значит, уж по 4 линии у них есть, верно? Не хочу показаться занудой, но давайте разбираться опять.

Еще более внимательные обратят внимание, что тут младший чипсет a520, у которого всего 6 линий, 2 из которых обычно отдается для SATA (и их тут действительно 4), остается 4 линии. Из них одна скорее всего отдана сетевому контроллеру, итого остается 3.

При этом есть еще разъем PCIe x4 с двумя линиями, второй M.2 и… что-то не сходится. Действительно, этот второй M.2 делит интерфейсные линии с двумя разъемами SATA, 3-м и 4-м. Это значит, что можно либо использовать SSD M.2 PCIe x2 при отключенных двух SATA разъемах, либо наоборот, задействовать все SATA без возможности установить второй твердотельный накопитель.

Справедливости ради надо сказать, что эта плата едва ли не исключение из общего правила, и в подавляющем большинстве случаев разъемы M.2 действительно имеют по 4 линии PCIe, и просто перемножение этих линий на количество разъемов дает нам представление о том, сколько линий занято под накопители.

Таким образом, беглый анализ конфигурации (чипсет, количество и номенклатура разъемов) позволяют предположить конфигурацию материнской платы. Повторюсь, что окончательные выводы можно делать только после ознакомления с подробными характеристиками платы.

Что делать, если линий PCIe не хватает

Если не предполагается использование чего-либо, кроме дискретной видеокарты, то этот вопрос неактуален. А вот тем, кто вынужден в силу решаемых задач использовать какие-либо дополнительные адаптеры, эта тема может быть актуальна. При условии, конечно, что вы не готовы переплачивать за флагманский чипсет, а предпочитаете выбрать что-то из среднего сегмента.

Предположим ситуацию, что помимо графического адаптера будет установлен еще быстродействующий SSD накопитель в разъем, обслуживаемый процессором, а также еще один SSD M.2 в чипсетный. А еще может быть, звуковую карту и/или адаптер для дополнительных USB.

Если подняться на ступеньку выше, до AMD B550 или Intel B560, то проблем с двумя-тремя накопителями M.2 уже нет, да и для различных плат разъемов больше. Напомню, у этих чипсетов 10 и 12 линий соответственно.

Теперь другая ситуация – требуется использование дискретной видеокарты, а также сборка RAID-массива на внешнем адаптере, или установка нескольких высокоскоростных SSD PCIe 4.0 для специфических задач. Ситуация, может, и довольно редкая, но вполне реальная.

Ладно, для видеокарты слот есть, и тут заботиться не надо. Для адаптера SSD тоже хотя бы один PCIe x4 есть. Так что хватит. А хватит ли? Если накопители будут с SATA интерфейсом, то для каждого такого SSD достаточно по одной линии PCIe. Например, для QNAP QM2-2S-220A достаточно использовать 2 линии для каждого из двух SSD.

Вот тут может оказаться полезной возможность перераспределения процессорных интерфейсных линий между двумя разъемами PCIe. Как всегда, обратимся к конкретному примеру, например, плате Asus ROG STRIX B550-E GAMING. Что в ней интересного?

Интересны два первых разъема PCIe x16. Первый, как и положено, задействует все 16 процессорных линий. А вот второй – их же, но только половину, т. е. 8 штук. Как это работает?

Установленная видеокарта при пустом втором слоте PCIe x16 забирает все имеющиеся ресурсы. Если же мы хотим использовать, скажем, контроллер для дискового массива или адаптер для пары высокоскоростных SSD, то мы установим его во второй слот PCIe x16. В итоге получаем 8 линий PCIe 4.0 от CPU и радуемся производительности. Но откуда взялись эти линии?

Их отняли у видеокарты. Трагедия? Отнюдь. Как показывают обзоры, даже с уменьшенным вдвое количеством линий PCIe видеокарты показывают те же результаты, что и в полноценном режиме работы. Различия в итоговых значениях тестов если и есть, то находятся в пределах погрешности. Даже самые современные видеокарты не способны исчерпать возможности интерфейса.

Зато теперь мы имеем возможность и всласть поиграться без падения производительности, и получить мощную быстродействующую систему хранения для специфических задач. Или установить вторую видеокарту в режим SLI/CrossFire.

Правда, такими возможностями обладают далеко не все материнские платы. На Intel B560 я таких моделей вообще не нашел (может просмотрел), да и у AMD вариантов немного – помимо рассмотренной выше ASUS есть еще, например, ASRock B550 Taichi (Razer Edition), Gigabyte B550 VISION D. Как правило, процессор управляет единственным разъемом PCIe x16, и для большинства задач такая конфигурация более чем достаточна.

Заключение. Линии PCIe – что это

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.

Источник