PCI Express

PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express) ehk PCIe voi PCI-E (tuntud ka kui 3GIO (3rd Generation I/O); mitte segamini ajada PCI-X ja PXI-ga) on kiire jadasiin, mis loodi vanemate PCI, PCI-X ja AGP standardite asemele.

Erinevalt PCI siinist, mis kasutab andmete edastamiseks uhissiini, pohineb PCI Expressi kakspunkt-topoloogial, kus iga seade on juurkompeksiga uhendatud eraldi jadauhendusega. PCI Expressi seadmed suhtlevad teineteisega kommutaatorite vahendusel. Iga seade on kommutaatoriga seotud kakspunktuhendusega.

PCI Expressi siin toetab kaartide kaigultvahetust, teenusekvaliteeti (QoS), energiatarbimise kontrolli ja edastatud andmete terviklikkuse kontrolli.

PCI Expressi standardi arendamist alustas Intel. Esimene ametlik PCI Expressi baasspetsifikatsioon ilmus 2002. aasta juulis. PCI Expressi standardi arendamisega tegeleb organisatsioon PCI Special Interest Group, mis uhendab enam kui 900 ettevotet.

PCI Expressi siini eesmargiks on selle kasutamine ainult lokaalse siinina. Kuna PCI Expressi tarkvaraline mudel on suures osas paritud PCI-lt, siis olemasolevad susteemid ja kontrollerid voivad olla kohandatud PCI Expressi siini kasutamiseks ainult fuusiliselt, ilma tarkvara versiooni uuendamata. PCI Expressi siini korge piiktulemuslikkus voimaldab selle kasutamist AGP ning PCI ja PCI-X siinide asemel. Loodetakse, et PCI Express vahetab need siinid personaalarvutites valja.

• Madala profiiliga kaardid
• Mini Card - Mini PCI kujuteguri asendus. Pistikule Mini Card on viidud siinid x1 PCIe, USB 2.0 ja SMBus.
• ExpressCard - PCMCIA-sarnane kujutegur, PC Cardi jarglane. Pistikule ExpressCard on viidud siinid x1 PCIe ja USB 2.0. ExpressCardi kaardid toetavad kaigultvahetust.
• AdvancedTCA - telekommunikatsiooniseadmete kujutegur.
• PCI Expressi kaablite spetsifikatsioonid voimaldavad luua uhendusi pikkusega kuni paarkummend, monikord ka paarsada meetrit, mis voimaldab luua <> arvuteid.
• Mobile PCI Express Module - NVIDIA loodud GPU pistiku standard sulearvutitele. Voimaldab GPU lihtsamalt valja vahetada.

PCI Express seadmete uhendamiseks kasutatakse kahesuunalist punkt-punkti tuupi jadauhendust, mida nimetatakse rajaks (Lane). See vastandub teravalt PCI-le, milles koik seadmed uhenduvad uldise 32-bitilisele paralleelsele kahesuunalisele siinile. Kahe PCI Expressi seadme vahelist uhendust nimetatakse liiniks (Link), ja see koosneb uhest (nimetatakse x1) voi mitmest (x2, x4, x8, x12, x16 ja x32) rajast, ehk kahesuunalisest jadauhendusest. Liini iga seade peab toetama vahemalt uhendust x1.

Uks suuri erinevusi PCI ja PCIe vahel on veel nende siinide topoloogia. Erinevalt PCI paralleelsiinist, kus koik seadmed jagavad uhiseid aadressi-, andme- ja juhtimisliine, kasutab PCIe kakspunktuhendust, kus igal liinil saab olla maksimaalselt kaks seadet. Selleks, et uhendada samasse susteemi rohkem seadmeid, kasutab PCIe susteem kommutaatoreid (switche) ja sildu (bridge). PCIe susteemi hierarhia tipuks on protsessor, liidest protsessori ja muude siini komponentide vahel nimetatakse juurkompleksiks (Root complex). Igal PCIe komponendil on pordid, mille kulge uhenduvad teised seadmed, juurkompleksi porte nimetatakse juurportideks. Kommutaator voimaldab uhe PCIe pordi kulge uhendada rohkem kui uht seadet, ehk omab uhte ulesvoolu porti protsessori suunas ning mitut allavoolu porti otspunktide suunas. Seadet, mis on PCIe susteemis "lopus" ega ole kommutaator voi sild, nimetatakse otspunktiks (endpoint) ja mis on voimeline toimima transaktsioonide algatajana (initiator) ja lopetajana (completer). Sellistel seadmetel on ainult uks ulesvoolu port. Sild voimaldab PCIe susteemi uhendada teist tuupi siine (naiteks PCI voi PCI-X), sellisel juhul on tegemist parisillaga (forward bridge). Kui aga uhendatakse vastupidi (PCI susteemi kulge PCIe siin), siis sellist vahendatavat silda nimetatakse poordsillaks (reverse bridge). Seadmed, mis on algselt disainitud PCI voi PCI-X jaoks, aga millele on hiljem lisatud PCIe liides, nimetatakse parand otspunktideks (legacy endpoint) ja kohe PCIe susteemi jaoks disainitud seadmeid nimetatakse polisotspunktideks (native endpoint).^[2]

Elektrilisel tasemel kasutab iga uhendus madalpingelist diferentsiaalset signaaliedastamist (LVDS), kus iga uhenduse raja kaudu saadetakse sama signaali positiivne ja negatiivne ,,versioon". Sellega saavutatakse veakindlus - immuunsus murade ja pingelangu vastu. Kuna viigud on uksteisele lahedal, siis valised murad mojutavad neid peaaegu vordselt. Informatsiooni vastuvott ja edastamine toimub iga PCI Expressi seadmega kahe eraldatud juhi kaudu. Nii loob seade uhenduse PCI Expressi kommutaatoriga ainult nelja juhi abil.

Sellisel lahenemisviisil on jargnevad eelised:

• PCI Expressi kaart sobib sisse ja tootab korrektselt igas pesas sama voi suurema ribalaiusega (naiteks kaart x1 hakkab tootama pesades x4 ja x16);
• Suurema fuusilise suurusega pesa ei saa kasutada koiki lane'e (naiteks, slotile x16 voib juurde juhtida informatsiooni sideliinid, mis sobivad x1 voi x8 juurde ja see koik hakkab normaalselt talitlema, kuid seega on vaja uhendada koik liinid <> ja <>, mis on vajalikud sloti x16 jaoks).

PCI Expressi siinil laheb kasutusse maksimaalne kogus lane'e, mis on saadaval nii kaardil kui ka pesal, kuid see ei voimalda seadmel tootada pesas, mis on moeldud PCI Express siinist vaiksema ribalaiusega kaartidele. Naiteks kaart x4 ei mahu fuusiliselt standardsesse x1 pessa, vaatamata sellele, et ta saaks tootada x1 pesas, kasutades ainult uht lane'i. Osadel emaplaatidel voib naha mittestandardseid pesi x1 ja x4, millel puudub aarmine vahesein, ja sellisel juhul voib paigaldada nendesse kaarte, mis on suurema pikkusega kui pistik. Samal ajal uhte osa kaardist ei varustata toitega ja maandusega, mis voib kaasa tuua erinevaid probleeme.

PCI Express edastab koiki kontrollandmeid, sealhulgas katkestusi, samade liinide kaudu, mida kasutatakse andmete edastamiseks. Jadaprotokoll ei saa olla kunagi lukustatud, niiviisi on PCI Expressi siini viivitused vorreldavad PCI omadega (PCI siin kasutab signaali edastamist katkestuste kohta eraldiolevaid fuusilisi liine IRQ#A, IRQ#B, IRQ#C, IRQ#D).

Koikides ulikiiretes jadaprotokollides, naiteks gigabitine Ethernet, peab olema sunkroonimise informatsiooni kandev edastamissignaal (ehk Taktsignaal) sisseehitatud. Sunkroonimissignaali tekitab andmevoo allikas ning saadab selle andmevoo sees vastuvotjale, kus vastuvotja taastab faasiluku (PLL) ahela abil andmevoost sunkroonimissignaali. Fuusilisel tasandil kasutatakse PCI Expressi kanali kodeerimise meetodit 8b/10b (8 bitti 10-s, koondamine 20%) konstantse osa korvaldamiseks edastamissignaalis ja kinnistades sunkroonimisinfo andmevoo sisse. Alates PCI Express 3.0st kasutatakse saastlikumat 128b/130b kodeeringut 1,5% koondamisega.

Moned protokollid (naiteks SONET/SDH) kasutavad meetodit, mida nimetatakse scrambling'uks, sunkroonimisinfo kinnistamiseks andmevoo sisse ja edastatava signaali spektri "erosiooni" jaoks. PCI Expressi spetsifikatsiooni on ette nahtud scrambling-funktsioon, kuid scrambling PCI Expressis erineb sellest, mis on SONET-il.

Lisaks PCI Expressile on veel mitmeid ulikiireid standardiseeritud jadaliideseid, naiteks HyperTransport, InfiniBand, RapidIO ja StarFabric. Protokollide valjatootamiseks on kulunud markimisvaarsed rahasummad, seetottu eelistab iga tootja omi liideseid. Standarditud ulikiire liides peaks uhelt poolt olema paindlik ja venivusega, teiselt poolt peaks olema vaiksema latentsusega ja omama madalaid uldkulusid (see tahendab, et ametliku informatsiooni paketi osa ei tohi olla suur). Sisuliselt on erinevused kahe liidese vahel tapselt arendajate valitud konkreetse liidese kompromissis nende kahe vasturaakivate noudmiste vahel.

Naiteks voimaldab ametlik marsruudi lisainformatsioon paketis organiseerida keerulise ja paindliku paketi marsruutimist, kuid suurendab uldkulusid paketi tootlemisel, samuti vaheneb liidese labilaskevoime, tarkvara, mis algvaartustab ja seadistab seadeid, mis on uhendatud liidese juurde, laheb keerulisemaks. Et seadmeid saaks "kuumalt" uhendada, on vaja spetsiaalne tarkvara, mis jalgiks muudatusi vorgu topoloogias. Naited liidestest, mis on selleks kohandatud, on RapidIO, InfiniBand ja StarFabric.

Samal ajal, luhendades pakette saab vahendada andmete edastamise viivitused, mis on oluline eeldus malu liidesele. Kuid vaike pakettide arv toob kaasa selle, et osa paketti ametlikust valdkonnast suureneb, mis vahendab liidese efektiivset labilaskevoimet. Sellise liidese naiteks on HyperTransport.

PCI Expressi seisukoht - kirjutatud lahenemisviiside vahel, kuna PCI Expressi siin on kavandatud tooks kohaliku siinina, mitte protsessor-malu siinina voi keerulise marsruutimisvorgustiku siinina. Lisaks, PCI Express on algselt moeldud kui siin, mis on loogilises kooskolas PCI siiniga, mis samuti toi kaasa omad piirangud.

• ISA
• VLB
• VMEbus
• Mobiilne moodul PCI Expressi siinil

• Budruk, Ravi; Anderson, Don; Shanley, Tom (1999). PCI Express System Architecture. PC System Architecture Series. Addison-Wesley Professional. Lk 832. ISBN 978-0201309744.
• Abbott, Doug (2004). PCI Bus Demystified. Demystifying Technology Series (2-e ed.). Newnes. Lk 250. ISBN 978-0750677394.

• PCI Special Interest Group (ingl)
• PCI Express Specifications and White Papers (ingl)
• PCI Express(r) External Cabling 1.0 Specification (ingl)
• PCI Express(r) 2.0 Frequently Asked Questions/ Kusimused PCI-E 2.0 standardi kohta (ingl)
• Creating a Third Generation I/O Interconnect (PDF) (ingl)
• Intel Developer Network for PCI Express Architecture (ingl)
• Tehnoloogia PCI Express 3. (vene)
• PCI Express saabumispunkt aasta 2014 (vene)
• S. Ozero, A. Karabuto. Uued siinid. 1. osa. PCI Express - uldmoiste ja voimalused / Sec.Ru publikatsioon (vene)
• Pohja-Ameerika Express: PCI Express siini uus tehnoloogia (vene)
• PCI Express 3.0. Frequently Asked Questions. PCI-SIG. Retrieved 23 November 2008. (ingl)
• PCIe ajalugu (ingl)
• Andmekaitse ja infoturbe leksikon (ingl-est)