PCI Express - szybka . magistrala danych

PCI Express, następca PCI i PCI-X, ma być autostradą pecetów następnej generacji. Już dziś serwery muszą przemieszczać szybko i niezawodnie wielkie ilości danych do macierzy dyskowych RAID lub kart sieciowych. Ale i w segmencie komputerów biurkowych wymagania szybkiego przesyłu danych rosną.

PCI Express, następca PCI i PCI-X, ma być autostradą pecetów następnej generacji. Już dziś serwery muszą przemieszczać szybko i niezawodnie wielkie ilości danych do macierzy dyskowych RAID lub kart sieciowych. Ale i w segmencie komputerów biurkowych wymagania szybkiego przesyłu danych rosną.

Przeważnie hamulcem okazuje się o wiele za wolna magistrala l/O. Musi ona przemieszczać strumienie danych między poszczególnymi podsystemami. Jeżeli przepustowość architektury l/O okazuje się niewystarczająca, nieuchronnie dochodzi do zatorów. Problem ten zamierza rozwiązać za pomocą nowych technologii konsorcjum PCI-SIG ( http://www.pci-sig.com/home ), w którym uczestniczą takie firmy, jak Intel, AMD, Microsoft, Dell i HR

PCI-X i PCI-Express mają usunąć problem, jakim jest przepustowość liczącej już 10 lat magistrali PCI. Dla współczesnych urządzeń l/O, takich jak karty sieciowe 10 GB czy kontrolery Ultra-SCSI 320, 127, 2 MB/s to zdecydowanie za mało. Nowe topologie magistrali uzyskują transfer rzędu 7,95 GB/s (PCI-X 1066) i 9,53 GB/s / kierunek (PCI Express z 32 parami linii). Magistrala PCI-X znajduje zastosowanie głównie w serwerach; według PCI-SIG w roku 2004 ma ją zastąpić PCI Express).

1. Porównanie architektury magistrali PCI

Praktyka - w zależności od potrzebnej szerokości magistrali gniazdo PCI może mieć różne wymiary.Kliknij, aby powiększyćPraktyka - w zależności od potrzebnej szerokości magistrali gniazdo PCI może mieć różne wymiary.W poniższej tabeli znajdziesz porównanie aktualnych wersji PCI. Opierają się one na transmisji równoległej i nie są skalowalne. Przeciwstawieniem jest szeregowa magistrala PCI Express.

Zgodnie ze specyfikacją magistrala PCI Express może mieć od jednej do 32 linii. Przy częstotliwości taktowania 2,5 GHz maksymalna, teoretyczna przepustowość magistrali wynosi 19,1 GB/s. Premiera systemu przewidywana jest na rok 2004.

Wszystkie standardy PCI są nieustannie zmieniane i ulepszane. Działania te nadzoruje konsorcjum PCI-SIG, które również publikuje uaktualnienia specyfikacji.

2. Magistrala PCI - szczegóły

Obecna magistrala PCI w komputerach biurkowych opiera się na specyfikacji magistrali lokalnej PCI 2.2. Magistrala PCI dysponuje 32-bitową kombinowaną szyną danych i adresów. Pracuje w trybie równoległym z częstotliwością taktowania 33 MHz, co daje przepustowość 127,2 MHz/s, ale również 64-bitowa wersja PCI, taktowana z częstotliwością 66 MHz, jest zgodna ze specyfikacją PCI-2.2.

Maksymalny transfer wynosi wówczas 508 MB/s. Jednak taka konfiguracja obsługuje maksymalnie dwie zamiast czterech kart rozszerzeń 3,3 lub 5 V na segment magistrali. Zagwarantowana jest za to kompatybilność w dół do 32-bitowego systemu magistrali PCI. Przyjęta w marcu 2002 roku specyfikacja

PCI-2.3 obsługuje już tylko karty 3,3 V. Oznacza to, że przestarzałe karty pięciowoltowe nie są już zgodne ze standardem PCI w wersji 2.3.

Gniazdo PCI może występować w wersji 64-bitowej (na zdjęciu u góry) i 32-bitowej (na dole).Kliknij, aby powiększyćGniazdo PCI może występować w wersji 64-bitowej (na zdjęciu u góry) i 32-bitowej (na dole).W celu obejścia problemu wielości gniazd magistrala PCI dysponuje tak zwanym mostkiem PCI-to-PCI. Umożliwia on równoległą lub szeregową pracę wielu magistrali PCI w jednym komputerze. Ponadto mostek PCI-to-PCI ma rejestr konfiguracji, w którym zapisuje dane inicjalizacji. Jeden bufor wstępnego pobierania poleceń i jeden bufor wysyłania odpowiadają za tymczasowe przechowywanie danych do odczytu i zapisu. Ponadto mostek może łączyć pojedyncze transfery w szybkie i wydajne odwołania pakietowe.

Magistrala PCI pracuje z dwoma rodzajami urządzeń - inicjującym i docelowym. Urządzenie inicjujące rozpoczyna odwołanie do magistrali, przejmując kontrolę nad liniami sterującymi i generując następnie adres docelowy. Dodatkowo określa długość i początek przekazu magistrali.

Odbiornik, nazywany też urządzeniem docelowym, sygnalizuje gotowość do odczytu za pomocą sygnału zwrotnego lub przechodzi w stan oczekiwania. Odbiornik nie może i sam generować transferu danych - jest pod tym względem zależny od urządzeń zarządzających magistralą lub procesora. Urządzenia zarządzające magistralą mogą samodzielnie odwoływać się do wszystkich dostępnych zasobów systemu i inicjować takie działania, jak transfer pakietowy. Jeżeli wiele urządzeń zarządzających żąda jednocześnie dostępu do magistrali, wówczas o tym, które z nich ten dostęp otrzyma, decyduje wyrafinowana logika arbitrażowa. Dzięki funkcji Plug&Play magistrala PCI automatycznie konfiguruje urządzenia PCI. W trakcie startu systemu określa takie zasoby systemu, jak przerwania, kanały DMA, adresy portów i obszary pamięci.

3. Magistrala PCI-X – szczegóły

PCI Express w serwerze - za pomocą odpowiedniej karty typu raiser można zastosować PCI Express również na gęsto upakowanych płytach serwerów (źródło Intel).Kliknij, aby powiększyćPCI Express w serwerze - za pomocą odpowiedniej karty typu raiser można zastosować PCI Express również na gęsto upakowanych płytach serwerów (źródło Intel).Aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na wydajność magistrali PCI, zaproponowano we wrześniu 1999 roku specyfikację PCI-X 1.0, którą zastąpiono w maju 2002 roku wersją 2.0. Mimo to wydajność magistrali PCI-X ma szanse jeszcze wzrosnąć. Już od listopada 2002 roku konsorcjum PCI-SIG pracuje nad standardem PCI-X 3.0. Wszystkie 64-bitowe systemy magistrali PCI-X 1.0/2.0/3.0 gwarantują petną kompatybilność sprzętową i programową z dotychczasowym standardem PCI. Magistrala PCI-X 1.0 pracuje w trybie normalnym z maksymalną częstotliwością taktowania 133 MHz i tylko jednym złączem 3,3 V. W tej konfiguracji osiąga przepustowość 0,99 GB/s, obsługuje jednak także częstotliwości 100 i 66 MHz, udostępniając wówczas odpowiednio dwa lub cztery złącza. W magistrali PCI-X 2.0 dwie linie addres-strobe AD_STB i AD_STB# zapewniają dwu- lub czterokrotne zwiększenie przepustowości przy tej samej częstotliwości 133 MHz. W trybie podwójnej szybkości (2 x 133 MHz) magistrala osiąga przepustowość 1,99 GHz/s, a w trybie poczwórnej szybkości (4 x 133 MHz) - 3,97 GB/s. W przeciwieństwie do PCI-X 1.0 magistrala _CI-X 2.0 pracuje nie tylko z napięciem 3,3 V, lecz także z napięciem l/O 1,5 V. Ponadto rozszerzona wersja magistrali PCI-X oferuje rozpoznawanie błędów i korekcję strumieni danych według procedury ECC, a także mechanizm powiadamiania o numerze identyfikacyjnym urządzenia (device ID messaging). Znajdujący się w fazie opracowywania standard PCI-X 3.0 będzie dysponował funkcjami zarządzania energią i obsługiwał jednoczesny (izochroniczny) przesył danych oraz nadmiarowe drogi przesyłu podczas przesyłania danych magistrali. Jak można wnioskować z oznaczenia PCI-X 1066, magistrala będzie mogła wykonać 1066 M transferów na sekundę, co daje teoretyczną przepustowość 7,95 GB/s.

Przegląd wersji PCIKliknij, aby powiększyćPrzegląd wersji PCIProcedury transmisji PCI-X 1.0 do 3.0 wyglądają niemal tak samo, jak w standardowej magistrali PCI i w związku z tym są kompatybilne w dół. Doszło kilka nowych rejestrów i funkcji poprawiających kontrolę przepływu danych między nadajnikiem a odbiornikiem. Do tych ostatnich można zaliczyć transakcje split. Pozwalają one nadajnikowi przeprowadzać kolejne transmisje danych do innych urządzeń bez oczekiwania na odpowiedź od adresata w trybie zabierającego czas odpytywania (polling), jak w przypadku PCI.

Wprowadzona już do użytku magistrala PCI-X 1.0 znajduje zastosowanie przede wszystkim w serwerach. W tego typu maszynach karty rozszerzeń, na przykład karty Ethernet 10 Gb/s czy kontrolery SCSI-RAID, wymagają bardzo dużej przepustowości magistrali l/O. Standard PCI-X 2.0, a w szczególności nowy standard 3.0 powinny zaspokoić zapotrzebowanie na wydajność przyszłych, wysoko wydajnych kart Ethernet 40 Gb/s.

0 komentarze

Dodaj swój