Читать «Архитектура компьютера» онлайн - страница 108

Шины PCI и PCIe

Хотя влияние рынка было направлено на то, чтобы старая шина оставалась неизменной, быстрее она работать не стала, и нужно было что-то предпринять. В результате другие компании начали производить компьютеры с несколькими шинами, одной из которых была либо прежняя шина ISA, либо шина EISA (Extended ISA — расширенная стандартная промышленная архитектура), как и ISA совместимая со старыми устройствами ввода-вывода. Что касается другой шины, то в настоящее время самой популярной моделью является шина PCI (Peripheral Component Interconnect — взаимодействие периферийных компонентов), разработанная компанией Intel, которая решила открыть всю связанную с шиной техническую информацию, чтобы сторонние производители (в том числе конкуренты компании) могли разрабатывать соответствующие устройства.

Существует много различных конфигураций шины PCI. Наиболее типичная из них показана на рис. 2.27. В такой конфигурации центральный процессор взаимодействует с контроллером памяти по выделенному высокоскоростному соединению. Таким образом, контроллер соединяется с памятью непосредственно, то есть передача данных между центральным процессором и памятью происходит не через шину PCI. Другие периферийные устройства подсоединяются прямо к шине PCI. Машина такого типа обычно содержит 2 или 3 пустых разъема PCI, чтобы покупатели имели возможность подключать карты PCI для новых периферийных устройств).

Рис. 2.27. Современный персональный компьютер с шиной PCI. Контроллер SCSI является PCI-устройством

Как бы быстро ни работало компьютерное оборудование, найдется много людей, которым оно покажется слишком медленным. Такая судьба постигла и шину PCI, которая была заменена шиной PCI Express (сокращенно PCIe). Многие современные компьютеры поддерживают обе шины, благодаря чему пользователи могут подключать новые, быстрые устройства к шине PCIe, а старые, более медленные — к шине PCI.

Если шина PCI представляла собой обновленную версию старой шины ISA с более высокой скоростью и разрядностью параллельно передаваемых данных, PCIe представляет кардинальное изменение по сравнению с шиной PCI. Собственно, это вообще не шина, а одноранговая сеть, использующая разряднопоследовательные линии и коммутацию пакетов. У нее больше от Интернета, чем от традиционных шин. Архитектура PCIe изображена на рис. 2.28.

Некоторые особенности шины PCIe сразу бросаются в глаза. Во-первых, соединения между устройствами являются последовательными, то есть имеют разрядность в один бит вместо 8, 16, 32 или 64 бит. Хотя казалось бы, 64-разряд-

Рис. 2.28. Архитектура системы PCIe с тремя портами PCI

ное соединение обладает более высокой пропускной способностью, на практике различия во времени распространения 64-разрядной информации, называемые расфазировкой, заставляют использовать относительно низкие скорости передачи данных. По последовательному соединению данные передаются на значительно более высокой скорости, что более чем компенсирует потерю параллелизма. Шины PCI работают на максимальной тактовой частоте 66 МГц. При передаче 64 бит за такт скорость передачи данных составляет 528 Мбайт/с. При тактовой частоте 8 Гбит/с, даже в случае последовательной передачи, скорость передачи по шине PCIe составляет 1 Гбайт/с. Кроме того, обмен данными между устройством и корневым комплексом или коммутатором не ограничивается одной проводной парой. Устройство может иметь до 32 проводных пар, называемых трактами (lanes) или дорожками. Тракты работают несинхронно, поэтому расфазировка в данном случае несущественна. На большинстве материнских плат имеется 16-трактовый разъем для графической карты, что для PCIe 3.0 обеспечивает пропускную способность в 16 Гбайт/с — примерно в 30 раз больше, чем у графических карт PCI. Такая пропускная способность необходима для приложений, требования которых постоянно растут — например, трехмерной графики.