Все про разъем pci e x16: что это за слот и каких версий он бывает?

Какие устройства могут быть установлены

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

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

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

Соглашения о вызовах

Функции PCI BIOS используют регистры х86 процессора для передачи аргументов и возврата статуса. Вызывающий должен использовать существующие коды подфункций.Эти подпрограммы сохраняют все регистры и флаги за исключение тех, которые используются для возвращения параметров. Также флаг переполнения будет изменен для индикации статуса завершения. Вызываемые подпрограммы завершатся без изменения флага прерывания и прерывания не будут разрешены во время работы функции. Эти подпрограммы вызывают другие подпрограммы. Эти подпрограммы требуют наличия 1024 байт стека. Сегмент стека должен иметь такой же размер как и сегмент кода (т.е. 16-бит или 32-бита).PCI BIOS обеспечивает: интерфейсы для 16-битного реального режима и защищенного режим, и интерфейс для 32-битого защищенного режима. 16-битный интерфейс обеспечивается при помощи программного прерывания PC/AT Int 1Ah. PCI BIOS Int 1Ah интерфейс работает со следующими режимами: реальный режим, виртуальный-86 режим или 16:16 защищенный режим. Функции BIOS’а также доступны через индустриальный стандарт для точки входа INT 1Ah (физический адрес 000FFE6Eh), для вызова использовать симуляцию INT инструкции. Примечание, такой доступ к функциям BIOS через индустриальный стандарт для точки входа, сможет обойти любой код который ”похукал” вектор INT 1Ah.

Точка входа INT 1Ah поддерживает только 16-бит код. При вызове из защищенного режима селектор CS должен иметь базу 0F000h.
Интерфейс для защищенного режима поддерживает 32-битные вызовые из защищенного режима. Защищенный режим интерфейса PCI BIOS доступен через вызов (не эмулируя INT) при помощи точки входа для защищенного режима PCI BIOS. Адрес точки входа и информация необходимая для создания сегментных дескрипторов описана в разделе. 32-битные подпрограммы PCI BIOS вызываются при помощи дальнего вызова CALL FAR.
Подпрограммы PCI BIOS (для обоих 16-битных и 32-битных вызывающих) должны вызываться с определенными привилегиями такими как доступ к портам в/в. Внедряющие PCI BIOS должны предполагать CS предназначен только для исполнения и DS только для чтения.

Описание протокола

Видеокарта для PCI Express x16

Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое линией (англ. lane — полоса, ряд); это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной двунаправленной шине.

Соединение (англ. link — связь, соединение) между двумя устройствами PCI Express состоит из одной (x1) или нескольких (x2, x4, x8, x16 и x32) двунаправленных последовательных линий. Каждое устройство должно поддерживать соединение, по крайней мере, с одной линией (x1).

На электрическом уровне каждое соединение использует низковольтную дифференциальную передачу сигнала (LVDS), приём и передача информации производится каждым устройством PCI Express по отдельным двум проводникам, таким образом, в простейшем случае устройство подключается к коммутатору PCI Express всего лишь четырьмя проводниками.

Использование подобного подхода имеет следующие преимущества:

• карта PCI Express помещается и корректно работает в любом слоте той же или большей пропускной способности (например, карта x1 будет работать в слотах x4 и x16);
• слот большего физического размера может использовать не все линии (например, к слоту x16 можно подвести проводники передачи информации, соответствующие x1 или x8, и всё это будет нормально функционировать; однако при этом необходимо подключить все проводники питания и заземления, необходимые для слота x16).

В обоих случаях на шине PCI Express будет использоваться максимальное количество линий, доступных как для карты, так и для слота. Однако это не позволяет устройству работать в слоте, предназначенном для карт с меньшей пропускной способностью шины PCI Express. Например, карта x4 физически не поместится в стандартный слот x1, несмотря на то, что она могла бы работать в слоте x1 с использованием только одной линии. На некоторых материнских платах можно встретить нестандартные слоты x1 и x4, у которых отсутствует крайняя перегородка, таким образом, в них можно устанавливать карты большей длины, чем разъём. При этом не обеспечивается питание и заземление выступающей части карты, что может привести к различным проблемам.

PCI Express пересылает всю управляющую информацию, включая прерывания, через те же линии, что используются для передачи данных. Последовательный протокол никогда не может быть заблокирован, таким образом задержки шины PCI Express вполне сравнимы с таковыми для шины PCI (заметим, что шина PCI для передачи сигнала о запросе на прерывание использует отдельные физические линии IRQ#A, IRQ#B, IRQ#C, IRQ#D).

Во всех высокоскоростных последовательных протоколах (например, гигабитный Ethernet) информация о синхронизации должна быть встроена в передаваемый сигнал. На физическом уровне PCI Express использует метод канального кодирования 8b/10b (8 бит в десяти, избыточность — 20 %) для устранения постоянной составляющей в передаваемом сигнале и для встраивания информации о синхронизации в поток данных. Начиная с версии PCI Express 3.0 используется более экономное кодирование 128b/130b с избыточностью 1,5 %.

Некоторые протоколы (например, SONET/SDH) используют метод, который называется скремблинг (англ. scrambling) для встраивания информации о синхронизации в поток данных и для «размывания» спектра передаваемого сигнала. Спецификация PCI Express также предусматривает функцию скремблинга, но скремблинг PCI Express отличается от такового для SONET.

Программное управление шиной

Генерация конфигурационных транзакций

В ранних версиях спецификации было предусмотрено два метода, с помощью которых процессор выполнял конфигурационные транзакции. Однако на практике использовался лишь первый из них, и в спецификцаии версии 2.2 второй метод упразднили.

Для генерации конфигурационных транзакций PCI на ПК используются обращения к двум портам ввода-вывода, носящим имена CONFIG_ADDRESS и CONFIG_DATA, имеющим адреса 0CF8h и 0CFCh соответственно и входящим в состав моста Host–PCI, через который шина PCI прямо или косвенно соединяется с процессором.

Порт CONFIG_ADDRESS имеет размер двойное слово и доступен только как единое целое. Обращения меньшего размера по принадлежащим ему адресам передаются на шину PCI как обычные транзакции ввода-вывода. Этот порт доступен для чтения и записи и имеет следующий формат:

Когда необходимо выполнить конфигурационную транзакцию, в этот порт записывается адрес регистра конфигурационного пространства PCI, состоящий из номеров шины (разряды 23–16), устройства (15–11), функции (10–8) и собственно регистра (7–2). Биты 1 и 0 должны всегда содержать нули, а старший бит должен содержать единицу, разрешая тем самым выполнение конфигурационной транзакции. Разряды 30–24 зарезервированы и должны содержать нули.

Собственно генерация конфигурационной транзакции происходит при чтении или записи порта CONFIG_DATA, когда в CONFIG_ADDRESS был записан адрес с установленным старшим битом и номером шины, соответствующим шине, подключенной к мосту Host–PCI, или любой шине PCI, лежащей ниже этой шины и соединённой с ней через один или несколько мостов PCI–PCI (допустимый диапазон номеров шин задаётся мосту Host–PCI в процессе его настройки). Доступ к порту CONFIG_DATA должен иметь размер, равный размеру считываемого или записываемого конфигурационного регистра, адрес которого находится в CONFIG_ADDRESS.

Если номер шины, заданный в CONFIG_ADDRESS, совпадает с номером шины, подключённой непосредственно к мосту Host–PCI, генерируется конфигурационная транзакция с адресом типа 0 (см. Функционирование шины PCI), причём номер устройства, находящийхся в разрядах 15–11 порта CONFIG_ADDRESS, используется для выдачи одного из сигналов IDSEL, которые и служат для выбора конкретного устройства. Кроме того, декодированный номер устройства (один единичный и остальные нулевые биты) в фазе адреса конфигурационной транзакции передаётся в разрядах 31–11 адреса.

Если адрес в CONFIG_ADDRESS указывает на ту шину, которая непосредственно подключена к мосту Host–PCI, последний генерирует конфигурационную транзакцию с адресом типа 1. Она будет обработана мостом PCI–PCI, который опознает содержащийся в адресе номер шины. Этот мост либо выполнит конфигурационную транзакцию с адресом типа 0 (если адресуемое устройство подключено к шине, прямо подсоединённой к этому мосту), либо сгенерирует транзакцию с адресом типа 1, обеспечив тем самым её прохождение через следующий мост. Длина этой цепочки теоретически ограничена только разрядностью поля, отведённого под номер шины (8 бит).

Если при выполнении транзакции выяснится, что адресуемого конфигурационного регистра не существует (указан номер несуществующей шины, устройства, функции или регистра), то операция записи не возымеет никаких действий, а операция чтения вернёт процессору значение, содержащее единицы в каждом разряде.

Генерация специальных циклов

Мост Host–PCI может, но не обязан, давать возможность программному обеспечению генерировать транзакции, использующие команду «Специальный цикл». Такие транзакции являются широковещательными (не обращёнными к конкретному устройству) и используются для управления работой шины.

Генерация специальных циклов выполняется тем же способом, что и генерация конфигурационных транзакций, но со специальным значением адреса. В поле номера шины порта CONFIG_ADDRESS записывается номер шины, в поля номеров устройства и функции — все единицы, а в поле номера регистра — нули. Когда после этого производится запись значения в порт CONFIG_DATA, мост, к которому присоединена указанная шина, вместо обычной конфигурационной транзакции генерирует специальный цикл, в первой фазе данных которого передаёт данные, записанные в порт CONFIG_DATA. Результат попытки чтения из CONFIG_DATA после занесения в CONFIG_ADDRESS описанного выше специального адреса спецификацией не определён.

Описание PCI

PCI слот — cлот на материнке из пластмассы белого цвета. Впервые появился на Пентиум-1 или на самых поздних моделях i-486. Имеет почти на порядок более высокую скорость, чем ISA, который с 2000 года на материнки не устанавливают. Первоначально использовался, в числе прочего, для подключения видеокакрт, но с конца 90-х видеокарты стали подключать через более быстрый слот AGP — как правило коричневый. Самые новые видеокарты предназначены для подключения через PCI—E.
PCI поныне остается наиболее употребительным слотом — через него подключают звуковые карты (более совершенные, чем встраиваемые в материнки) , ТВ-тюнеры, внутренние факсмодемы, дополнительные USB- и FireWire-контроллеры, АТА-контроллеры для подключения дополнительных жестких дисков и оптических дисководов (а то встроенный в материнку контроллер допускает обычно подключение лишь 4-х устройств) , сетевые карты и прочие так называемые платы расширения.

Звуковая плата

Звуковая плата – это тоже одна из разновидностей PCI-устройства. Что это такое? Ответ на этот вопрос достаточно прост. До 1997 года на материнских платах не было интегрированных звуковых адаптеров. Поэтому для организации акустической системы использовались именно такие приспособления. С одной стороны такая плата оснащалась «классическим» разъемом для установки в слот расширения. Интерфейсная ее панель выводилась на тыльную сторону системного блока.

Для фиксации внутри компьютера использовался один болт. Качество звучания их оставляло желать лучшего. Но все равно это был прорыв, который нельзя недооценивать. Именно установка таких устройств позволяла раньше любой компьютер превратить в настоящий мультимедийный центр. Можно было на такой ЭВМ и музыку послушать, и фильм посмотреть, и в игру поиграть.

История

Корпорация Intel начала работу над интерфейсом периферийных компонентов или PCI в 1990 году. 22 июня 1992 года PCI 1.0 был представлен в компьютерном мире. PCI 1.0 был только спецификацией на уровне компонентов. PCI 2.0, выпущенный в следующем году, был первым, кто установил стандарты для разъема и разъема материнской платы. PCI был реализован на серверах, и в итоге он заменил MCA и EISA и стал шиной расширения сервера.

Тем не менее, PCI потребовалось некоторое время, чтобы заменить VESA Local Bus, широко известную как VLB; также потребовалось некоторое время, чтобы стать базовым стандартом шины ввода-вывода на компьютерах второго поколения Pentium. К 1996 году VESA Local Bus перестал существовать, и PCI был принят почти всеми производителями даже на 486 компьютерах. Но EISA пережила немного дольше, до 2000 года. PCI был также принят Apple Computer для своих профессиональных компьютеров Power Macintosh в середине 1995 года. Потребительская линейка продуктов Performa также приняла PCI в середине 1996 года, заменив LC PDS.

PCI добавила несколько новых функций и улучшений производительности в своих последних версиях. Это включает в себя 66 МГц 3,3 В и 133 МГц PCI-X. Другим улучшением является адаптация сигнализации PCI к другим форм-факторам. Последовательный стандарт PCI Express, представленный в 2004 году, является последним выпуском на компьютерном рынке и получил хорошие результаты.

Графические адаптеры

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

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

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

Плата расширения

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

Bus Cycles:

Interrupt Acknowledge (0000)

The interrupt controller automatically recognizes and reacts to the INTA (interrupt acknowledge) command. In the data phase, it transfers the interrupt vector to the AD lines.

Special Cycle (0001)

I/O Read (0010) and I/O Write (0011)

Input/Output device read or write operation. The AD lines contain a byte address (AD0 and AD1 must be decoded). PCI I/O ports may be 8 or 16 bits. PCI allows 32 bits of address space. On IBM compatible machines, the Intel CPU is limited to 16 bits of I/O space, which is further limited by some ISA cards that may also be installed in the machine (many ISA cards only decode the lower 10 bits of address space, and thus mirror themselves throughout the 16 bit I/O space). This limit assumes that the machine supports ISA or EISA slots in addition to PCI slots.

The PCI configuration space may also be accessed through I/O ports 0x0CF8 (Address) and 0x0CFC (Data). The address port must be written first.

Memory Read (0110) and Memory Write (0111)

A read or write to the system memory space. The AD lines contain a doubleword address. AD0 and AD1 do not need to be decoded. The Byte Enable lines (C/BE) indicate which bytes are valid.

Configuration Read (1010) and Configuration Write (1011)

A read or write to the PCI device configuration space, which is 256 bytes in length. It is accessed in doubleword units. AD0 and AD1 contain 0, AD2-7 contain the doubleword address, AD8-10 are used for selecting the addressed unit a the malfunction unit, and the remaining AD lines are not used.

Address     Bit 32      16   15           0

00          Unit ID        | Manufacturer ID
04          Status         | Command
08          Class Code               | Revision
0C          BIST  | Header | Latency | CLS
10-24            Base Address Register
28          Reserved
2C          Reserved
30          Expansion ROM Base Address
34          Reserved
38          Reserved
3C          MaxLat|MnGNT   | INT-pin | INT-line
40-FF       available for PCI unit

Multiple Memory Read (1100)

This is an extension of the memory read bus cycle. It is used to read large blocks of memory without caching, which is beneficial for long sequential memory accesses.

Dual Address Cycle (1101)

Two address cycles are necessary when a 64 bit address is used, but only a 32 bit physical address exists. The least significant portion of the address is placed on the AD lines first, followed by the most significant 32 bits. The second address cycle also contains the command for the type of transfer (I/O, Memory, etc). The PCI bus supports a 64 bit I/O address space, although this is not available on Intel based PCs due to limitations of the CPU.

Memory-Read Line (1110)

This cycle is used to read in more than two 32 bit data blocks, typically up to the end of a cache line. It is more efficient than normal memory read bursts for a long series of sequential memory accesses.

Memory Write and Invalidate (1111)

This indicates that a minimum of one cache line is to be transferred. This allows main memory to be updated, saving a cache write-back cycle.

Sources: Inside the PCI Local Bus by Guy W. Kendall, Byte, February 1994 v 19 p. 177-180
Sources: The Indispensible PC Hardware Book by Hans-Peter Messmer, ISBN 0-201-8769-3

For a copy of the full PCI standard, contact:

td/p/p

PCI timing diagrams:

            ___     ___     ___     ___     ___     ___
CLK     ___|   |___|   |___|   |___|   |___|   |___|   |___

        _______                                   _________
FRAME          |_________________________________|

                ______  _______  ______  ______  ______
AD      -------<______><_______><______><______><______>---
                Address  Data1    Data2   Data3   Data4

                ______  _______________________________
C/BE    -------<______><_______________________________>---
                Command   Byte Enable Signals

         ____________                                   ___
IRDY                 |_________________________________|

         _____________                                  ___
TRDY                  |________________________________|

         ______________                                 ___
DEVSEL                 |_______________________________|

PCI transfer cycle, 4 data phases, no wait states. Data is transferred on the rising edge of CLK.

                                               
            ___     ___     ___     ___     ___     ___     ___     ___
CLK     ___|   |___|   |___|   |___|   |___|   |___|   |___|   |___|   |__

        _______                                                  _________
FRAME          |________________________________________________|

                                   A               B               C
                ______           ______________  ______  _____________
AD      -------<______>---------<______________><______><_____________>---
                Address           Data1           Data2   Data3

                ______  ______________________________________________
C/BE    -------<______><______________________________________________>---
                Command   Byte Enable Signals

                                                         Wait
         ____________                                    _____         ___
IRDY                 |__________________________________|     |_______|

                        Wait            Wait
         ______________________         ______                         ___
TRDY                           |_______|      |_______________________|

         ______________                                                ___
DEVSEL                 |______________________________________________|

PCI transfer cycle, with wait states. Data is transferred on the rising edge of CLK at points labelled A, B, and C.

Звуковая плата

Звуковая плата – это тоже одна из разновидностей PCI-устройства. Что это такое? Ответ на этот вопрос достаточно прост. До 1997 года на материнских платах не было интегрированных звуковых адаптеров. Поэтому для организации акустической системы использовались именно такие приспособления. С одной стороны такая плата оснащалась «классическим» разъемом для установки в слот расширения. Интерфейсная ее панель выводилась на тыльную сторону системного блока.

Для фиксации внутри компьютера использовался один болт. Качество звучания их оставляло желать лучшего. Но все равно это был прорыв, который нельзя недооценивать. Именно установка таких устройств позволяла раньше любой компьютер превратить в настоящий мультимедийный центр. Можно было на такой ЭВМ и музыку послушать, и фильм посмотреть, и в игру поиграть.

Как понять, что к Wi-Fi подключился посторонний пользователь

Распознать несанкционированное подключение хозяин вай-фай сети сможет по следующим признакам:

• Снижение скорости интернета, которое может быть ощутимо даже на тарифах с высокоскоростным подключением. Заметить «проседание» сети чаще всего можно во время просмотра видео, онлайн-игр или закачки файлов с торрентов.
• Мигание индикатора раздачи Wi-Fi на маршрутизаторе, в то время, как все устройства, которые могут использовать интернет, отключены — явный признак того, что интернет-подключение активировал кто-то посторонний.

Графические адаптеры

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

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

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

Устаревшие поколения

Стандартным интерфейсом для подключения видеокарт на данный момент является шина PCI-Express (PCIe или PCI-E), которая пришла на смену AGP.

Основное различием между PCI-Express 16x и PCI-Express 2.0 в том, что в версии 2.0 была увеличена максимальная пропускная способность до 8 Гбит/с в каждом направлении, а также увеличивает возможности энергоподачи до 300 Вт, для этого на видеокарты устанавливается 2 x 4-штырьковый разъем питания.

PCI-Express реализован в различных версиях, отличающихся пропускной способностью: 1x, 2x, 4x, 8x, 16x и 32х. Видеоинтерфейс PCI-E 16x обеспечивает пропускную способность равную 4 Гб/с в каждом направлении. Также были реализации PCI-Exp 8x (в бюджетных SLI- или CrossFire-решениях) и PCI-E 4x (или PCI-Express Lite).

Конечно, чем выше пропускная способность видеокарты, тем выше производительность и FPS в играх. Однако, у видеоинтерфейса AGP пропускная способность была практически такой же, как и у ранних версиях PCI-Express, и преимущество последнего было в масштабировании, а значит можно было подключить одновременно до четырех видеокарт.

Стандарт PCI-Express обеспечивает мощность питания: по напряжению 3,3 В до 3 А, по 12 В – до 5,5 А. Таким образом всего до 76 Вт отдаваемой видеокарте мощности. Но даже этого некоторым видеокартам не хватает и на них устанавливают один или несколько дополнительных 6-контактных разъема PCI-Express, при этом каждый способен дополнительно обеспечить ток по шине 12 В – до 6 А, а значит всего 72 или 144 Вт мощности. Значит PCI-Express 1.1 может обеспечить питание видеокарты, которые потребляют до 220 Вт электроэнергии.

Видеостандарт AGP имеет до 42 Вт отдаваемой мощности, так как по шине питания 3,3 В видеокарта потребляет до 6 А, по 5 В – до 2 А, по 12 В – 1А.

AGP

AGP (Accelerated Graphics Port) –32-битная системная шина для видеокарты. Стандарт был разработан в 1997 году компанией Intel. Хоть стандарт является устаревшим, в продаже все еще можно встретить видеокарты с этим видеоинтерфейсом.

Для сравнения с пропускной способностью PCI Express приведем пример нескольких вариантов шины AGP:

• AGP 1х — 266 Мб/с;
• AGP 2х — 533 Мб/с;
• AGP 4х -1,07 Гб/с;
• AGP 8х — 2,1 Гб/с.