Технология новой шины PCI Express

Тезис о стремительном ускорении развития персональных компьютеров в силу своей затасканности уже становится пошлым. Экспоненциальный характер роста технологий очевиден уже не только специалистам, но и самым неискушенным пользователям, получающим информацию разве что из ТВ-рекламы сборных компов на базе процессоров Intel. Тем не менее, это так: за какие-то пару-тройку лет вычислительные мощности персоналок и производительность отдельных их узлов выросли просто чудовищно. Но информацию нужно не только обрабатывать и хранить, но еще и передавать, причем передавать на как можно большие расстояния с как можно более высокой скоростью и при этом дешево и сердито. Таким образом, появилась устойчивая тенденция к переходу с параллельных интерфейсов на последовательные. Началось все с замены на шину USB последовательных, но слишком медленных COM-портов и параллельного, но тоже уже устаревшего LPT-порта, использовавшегося в основном для принтеров. После начался переход от параллельной IDE-шины для различных накопителей к последовательной Serial ATA. И, наконец, пришел черед и шины PCI.

Несколько лет назад рабочая группа Arapahoe, основанная такими известными компаниями, как IBM, Dell, Intel, Compaq, Microsoft, при участии организации PCI-SIG предложили архитектуру новой шины. Тогда ее назвали 3GIO, что в переводе на русский язык означает «Шина ввода-вывода третьего поколения». Первым поколением считается шина ISA, вторым – ее логическое продолжение, шина PCI, третье поколение впоследствии обрело название PCI Express. Вот о ней и пойдет речь в этой статье.

Параллельно vs. Последовательно

Организовать работу устройств с параллельной шиной заметно проще, чем с последовательной, но при параллельном решении возникает довольно много других проблем, таких как, например, латентность. То есть необходимо осуществлять синхронизацию сигналов, переданных по каждому проводнику параллельной шины за один такт. Также при «параллельном» варианте шины требуется очень много проводников и контактов, общая длина которых должна быть примерно одинаковой (последнее относится и к PCI Express, но «аккуратно» развести плату гораздо проще с меньшим количеством проводников). На данный момент стоимость производства чипов для работы с традиционными шинами и усложненных чипов для работы с последовательными шинами находится на одном уровне, поэтому производителям зачастую проще создавать более сложные контроллеры, чем плодить проводники и золоченые контакты – экономия, как говориться, налицо. Достаточно просто сравнить шлейфы подключения устройств уже ставшего популярным Serial ATA и его предшественника, пока еще далеко не ушедшего со сцены классического IDE.

Шина PCI Express уже только благодаря своей организации имеет очень низкую латентность. Помимо этого у нее самый высокий показатель скорости передачи на один контакт, а именно – 100 Мбайт/с. Для примера, у шины PCI это значение равно всего лишь 1.58 Мбайт/с. Еще одним положительным моментом для PCI Express является заявление разработчиков о значительном уменьшении размеров материнских плат при переходе на эту шину – как минимум в два раза в области трассировки шин расширения, а это весьма значительно (рис. 1).