АРХИВ СТАТЕЙ ЖУРНАЛА «МОЙ КОМПЬЮТЕР» ЗА 2003 ГОД

Expressивная шина

• Все журналы \ Номер 51/274 `2003 от 22.12.2003 \ Expressивная шина

Александр ВОЛОХА alex_frost@ukr.net

Окончание, начало в МК, №47 (270).

Приятная связь

Простейшее соединение двух устройств шиной PCI Express будет содержать две пары проводников — по одной для передачи и приема информации. На рисунке 1 отображено такое простейшее соединение между двумя устройствами. Скорость передачи информации каждого соединения в одном направлении будет достигать 2.5 Гбит/с. Двойное симплексное (simplex — симплексное соединение — физическое или логическое соединение двух точек, при котором данные могут передаваться всегда только в одном направлении —прим. ред.) соединение отдельных компонентов компьютера позволяет передавать данные в обоих направлениях одновременно.

Каждое симплексное соединение шины имеет отдельный проводник в качестве «земли». Такой подход позволяет не только использовать различное напряжение для передачи данных на разных симплексных соединениях, но также варьировать скорости передачи данных для различных проводников. Подобное решение дает возможность интеллектуально управлять энергопотреблением системы, что играет важную роль для мобильных устройств, в которых также будет применяться шина PCI Express.

Другим, не менее значимым преимуществом PCI Express является встроенная технология отсчета времени (clocking technology). Данный подход уже применялся в таких шинах, как InfiniBand, RapidIO, и прекрасно зарекомендовал себя в мобильных устройствах. Однако в мае 2002 года Intel заявила, что прекращает разработку технологии InfiniBand и полностью переносит все мощности, задействованные в этом процессе, на создание шины PCI Express. Поэтому не удивительно, что наработки в области интеллектуального управления скоростью передачи данных были использованы в новой шине PCI Express.

Технология отсчета времени имеет как очевидные преимущества, так и свои недостатки. Информация об отсчетах передается одновременно с потоком данных, а значит, для этого не требуется отдельный проводник. Однако для кодирования информации об отсчетах по алгоритму 8b/10b на каждое передаваемое слово понадобится 10 бит, что уменьшает пропускную способность шины где-то на 20%. Предполагается, что использование технологии 8b/10b позволит сократить паразитные емкости, присутствующие в печатных платах на основе параллельных соединений, с отдельно вынесенным проводником, по которому передается информация об отсчетах.

Конфигурация соединения

Как мы уточнили ранее, PCI Express может быть представлена набором из нескольких коммуникационных линий. Каждая линия соединения состоит из пары проводов. Эти пары проводов может использоваться для соединения различных устройств компьютера. Поскольку для каждого устройства необходима различная ширина шины, то и количество проводников будет разным. Например, для графического акселератора понадобится шина, имеющая намного большую пропускную способность, чем, допустим, та, которая соединяет сетевую плату со свичом (имеется в виду свич, управляющий «потоками» данных для PCI Express-соединений, —прим. ред.).

Поскольку различные устройства требуют различную пропускную способность, то для более гибкой разработки вычислительных систем Arapahoe Working Group реализовала конфигурацию PCI Express таким образом, чтобы можно было наращивать количество проводников, соединяющих различные устройства. Соединения PCI Express могут состоять из 1, 2, 4, 8, 16 и 32 пар проводников, служащих для передачи данных в одном направлении. Практически каждому устройству компьютера для нормального функционирования требуется двунаправленная шина. Поэтому, например, соединение x1, передающее данные в обоих направлениях, будет состоять из двух пар проводников для передачи данных в двух направлениях (как это было рассмотрено нами ранее), а соединение x32 — из 128 проводников (по 64 в каждом направлении). При наращивании количества проводников увеличивается пропускная способность шины. Следовательно, для соединения x32 максимальная теоретическая пропускная способность в одном направлении будет около 10 Гбит/с (2.5 Гбит/с x 32 x 8 бит). Однако не надо забывать о том, что по каналу также передается информация об отсчетах времени. Поэтому реальная скорость передачи данных по соединению x32 будет около 8 Гбит/с.

PCI Express разрабатывалась таким образом, что соединения между различными устройствами обязательно должны быть симметричными. Это значит, что количество проводников в одном направлении должно равняться количеству проводников в другом. На первый взгляд, такой подход кажется абсолютно не оправданным, поскольку большинство устройств при своем функционировании обходятся асимметричной шиной. Данная проблема активно обсуждалась и в отношении шины AGP, которую также должна сменить PCI Express.

Рассматривался даже ассиметричный вариант PCI Express шины. Однако на самом деле очень сложно рассчитать, насколько будет различаться поток данных, передаваемых от видеоакселератора к процессору и назад, для карт от различных производителей. А ведь в результате просчета в проценте асимметризации шины могла значительно упасть производительность системы при работе с данными. По причине того, что шина, соединяющая root-комплекс и видеоакселератор, не справлялась бы со своим назначением, и последний бы простаивал в ожидании инструкций. Это способно было в значительной мере повлиять на популярность PCI Express среди разработчиков, чего не могла себе позволить AWG. Поэтому от идеи отказались.

По протоколу

PCI Express использует пакетированную многоуровневую модель передачи данных. Многоуровневая модель является типичным механизмом для организации протоколов передачи данных, и успела прекрасно зарекомендовать себя. Благодаря многоуровневой передаче данных можно разделить физический и логический протоколы передачи данных и производить модификации каждого уровня протокола независимо от других.

Модель PCI Express представлена пятиуровневым вариантом, состоящим из программного уровня, уровня транзакций, соединений, физического и механического уровня (рис. 2). Данные, которые необходимо передать, определяются на программном уровне, на остальных (транзакционном, соединений и физическом) формируется пакет для передачи данных через физическое соединение. Каждый из трех уровней, отвечающих за формирование пакета, добавляет к нему необходимую служебную информацию. После того, как пакет сформирован, он направляется другому устройству, которое извлекает из него данные и передает их на программный уровень для соответствующей обработки.

Виртуальные каналы

Также как InfiniBand, PCI Express поддерживает набор виртуальных каналов, которые соответствуют одному физическому каналу. На каждый физический канал могут быть созданы до восьми независимых сессий для передачи данных. Каждая сессия имеет свой собственный определитель —Traffic Class (TC) и качество предоставляемого сервиса (quality of service). В то время пока пакет передается от одной конечной точки к свичу или другой конечной точке, информация, содержащаяся в TC, может быть интерпретирована и в соответствии с ней применена политика для обработки данного класса.

На следующей схеме (рис. 3) показано, как пакеты, переданные по одному физическому каналу, интерпретируются в соответствии с дескриптором класса.

Сам виртуальный канал образуется между свичом и root-комплексом, как это отображено на рисунке 4.

Пакет PCI Express

Пакеты PCI Express бывают четырех типов: транзакции для памяти, ввод/вывод, конфигурация и транзакция сообщений. Схема, представленная на рисунке 5, показывает, как пакет передается между устройством A и устройством B. Такой пакет может содержать информацию, прочитанную из памяти или устройства ввода/вывода, предназначенную для записи в память, для вывода на любое из устройств или для конфигурирования этого устройства и т.д.

Вывод

Естественно, что шины PCI, PCI-X и AGP рано или поздно устареют. Какая технология придет им на смену? В настоящий момент на рынке появилось огромное количество разработок, которые зачастую дезориентируют рядового пользователя. Переход с шины ISA на PCI произошел в свое время очень плавно, однако никто не может утверждать, что такой же плавный переход мы сможем наблюдать и при переходе с шины PCI на другую технологию. А ею будет, теперь уже точно можно это сказать, рассмотренная нами шина PCI Express.

Идёт загрузка...

Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:
Комментарий:
Введите символы или вычислите пример: * Обновить