Tìm hiểu Bus PCI Express

Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin Tìm hiểu Bus PCI Express

Tìm hiểu Bus PCI ExpressBÀI TẬP LỚNMÔN: Thiết bị ngoại vi và kỹ thuật ghép nốiGiảng viên hướng dẫn : Thầy Phan Trung KiênSinh viên thực hiện : Nguyễn Hồng TháiPhạm Ngọc ToànPhạm Thị Bích HồngĐinh Thị HiềnLê Thị MơĐinh Thị HảiNguyễn Văn QuýLớp K48 ĐHSP TinNhóm 4 - 1 - Tìm hiểu Bus PCI ExpressTìm hiểu Bus PCI ExpressI. Khái niệm bus:- Bus là một tập hợp các đường truyền kết nối của máy tính lại với nhau, các bus có thể thực hiện vận chuyển thông tin đồng thới (áp dụng với bus địa chỉ và bus dữ liệu)- Phân loại : + Bus địa chỉ: Thực hiện vận chuyển địa chỉ từ CPU đến modun nhớ.+ Bus dữ liệu : Vận chuyển lệnh từ bộ nhớ tới CPU và vận chuyển dữ liệu giữa các thành phần thiết bị.+ Bus điều khiển : Vận chuyển các tín hiệu điều khiển: Đọc , Ghi . II. Tìm hiểu lịch sử phát triển của PCIPCI ( Peripheral Component Interconnect) trong khoa học máy tính là một chuẩn để truyền dữ liệu giữa các thiết bị ngoại vi đến một bo mạch chủ thông qua chíp cầu nam.Lịch sử phát triểnPCI được Intel phát triển để thay thế các bus cổ điển ISA và EISA vào những năm 1992. Sự phát triển của bus PCI đã thay đổi qua nhiều phiên bản, có thể kể đến như sau:• PCI phiên bản 1.0: ra đời vào năm 1992 bao gồm hai loại: loại chuẩn (32 bit) và loại đặc biệt (64 bit)• PCI phiên bản 2.0: ra đời năm 1993• PCI phiên bản 2.1: ra đời năm 1995• PCI phiên bản 2.2: ra đời tháng 1 năm 1999• PCI-X 1.0 ra đời tháng 9 năm 1999• mini-PCI ra đời tháng 11 năm 1999• PCI phiên bản 2.3 ra đời tháng 3 năm 2002Nhóm 4 - 2 - Tìm hiểu Bus PCI Express• PCI-X phiên bản 2.0 ra đời tháng 7 năm 2002• PCI Express phiên bản 1.0 ra đời tháng 7 năm 2002 và ít lâu sau là 1.1• PCI Express phiên bản 2.0 ra đời 15 tháng 1 năm 2007• PCI Express phiên bản 3.0 sẽ ra mắt khoảng năm 2010Các kiểu bus PCIPCI với bus 33,33 Mhz, độ rộng 32 bit là bus PCI thông dụng nhất cho đến thời điểm năm 2007 dùng cho các bo mạch mở rộng (bo mạch âm thanh, bo mạch mạng, bo mạch modem gắn trong .Tuy nhiên có một số bus PCI khác như sau:• PCI 66 Mhz: Độ rộng bus: 32 bit; Tốc độ bus: 66 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 266 Mbps• PCI 64 bit: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 33 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 266 Mbps• PCI 64 Mhz/66 bit: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 66 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 533 Mbps• PCI-X 64: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 66 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 533 Mbps• PCI-X 133: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 133 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 1066 Mbps• PCI-X 266: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 133 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 2; Băng thông: 2132 Mbps• PCI-X 533: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 133 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 4; Băng thông: 4266 MbpsNhững bus PCI 66 Mhz hoặc 64 bit theo liệt kê trên không thông dụng trong các máy tính cá nhân, chúng thường chỉ xuất hiện trên các máy chủ hoặc máy trạm.Nhóm 4 - 3 - Tìm hiểu Bus PCI ExpressKhe cắm mở rộng PCI 33Mhz, 32 bit màu trắng (bên phải) loại thông dụng thường thấy trên các máy tính cá nhânNhóm 4 - 4 - Tìm hiểu Bus PCI ExpressHình minh hoạ vị trí bus PCI trong bo mạch chủ Đặc điểmChuẩn PCI (Peripheral Component Interface) đầu tiên do Intel phát triển là Version 1.0 kết hợp với kiểu PCI Local bus 2.0 do SIG (Special Interest Group) giới thiệu vào tháng 5 năm 1993Được chọn làm chuẩn giao tiếp của hầu hết card thiết bị ngoại viĐáp ứng được yêu cầu về chuẩn bus tốc độ caoNgay sau khi ra đời chuẩn PCI đã thống trị khe giao tiếp của các phần mở rộng máy tính như card hình, card tiếng, card mạng, ổ cứng . Khe PCI chiếm vị trí chủ đạo trên các bo mạch chủ thời đó.Bo mạch chủ với 9 khe PCIBan đầu tốc độ xung nhịp đồng hồ cho Bus PCI là 33MHz , về sau nâng lên 66MHz đối với PCI 2.1 , với tốc độ lí thuyết là 266MBps - gấp 33 lần so với ISA Bus . Nó có thể thiết lập cấu hình 32-bit hoặc 64-bit . Với 64-bit chạy với tốc độ xung nhịp 66MHz - giữa năm 1999 - tăng băng thông về mặt lí thuyết tới 524MBps . PCI có kích thước nhỏ hơn so với ISA, Bus mastering PCI giảm thời gian trễ và kết qủa làm tăng tốc độ của hệ thống.Ưu điểm chính của PCI Speed: • có thể truyền tốc độ 133MBytes với 32bit hoặc 266 MBytes/s với 64 bit Configurability: • hệ thống bus độc lập với processor• cho phép định cấu hình tự động dễ dàng cho người sử dụng Multiple Master: • bất kỳ thiết bị nào cũng có thể là chủ bus• hỗ trợ cơ chế DMA Reliability: Nhóm 4 - 5 - Tìm hiểu Bus PCI Express• có tính Hot plug và Hot swap: khả năng thay đổi module mà không làm ảnh hưởng tới hoạt động của hệ điều hànhĐặc tính cơ bản của PCI: là cầu nối giữa bộ vi xử lý và bus mở rộng Khả năng giao tiếp tối đa 256 thiết bị là bus 32 bit với tốc độ 133MBytes/s có khả năng mở rộng 64 bit với tốc độ 266MBytes/s làm việc với hệ thống đa xử lý hỗ trợ nguồn 5V và 3.3V truyền dữ liệu liên tục với chiều dài bất kỳ tần số làm việc trong khoảng 0 đến 33MHz tín hiệu địa chỉ và dữ liệu được dồn kênh hỗ trợ ISA, EISA, MCA định cấu hình qua phần mềm và thanh ghi Đặc tính độc lập với bộ vi xử lýHoạt động Bus PCI là bus của I486 trong đó dữ liệu và địa chỉ được gửi đi theo cách thức dồn kênh, các đường địa chỉ và dữ liệu được dồn chung trên các đường của PCI. Cách này tiết kiệm được số chân PCI nhưng lại hạn chế tốc độ vì phải cần 2 xung clock cho một quá trình truyền dữ liệu ( 1 cho địa chỉ và 1 cho dữ liệu). Việc nối giữa CPU, bộ nhớ chính, và bus PCI được thực hiện bằng cầu PCI, qua đó bus PCI sẽ phục vụ cho tất cả các đơn vị của các bus PCI. Tối đa là 10 thiết bị được nối tới bus PCI, trong đó cầu PCI được coi là một. Chu kỳ bus của PCI đạt gần bằng tôc độ chu kỳ bus của I486. Nó có thể hoạt động với độ rộng 32 bit dữ liệu và tốc độ 33Mhz ( có thể đạt 64 bits với tốc độ 66MHz). Một điểm mạnh của PCI là dữ liệu được truyền tải theo kiểu cụm, trong đó địa chỉ chỉ được truyền đi 1 lần, sau đó nó sẽ được hiểu ngầm bằng cách cho các đơn vị phát hoặc thu đếm lên trong mỗi xung Nhóm 4 - 6 - Tìm hiểu Bus PCI Expressclock. Do đó, bus PCI hầu như được lấp đầy bởi dữ liệu. Tốc độ truyền tối đa trong kiều cụm có thể lên đến 120MBpsNhược điểm Chuẩn PCI cũ xuất hiện từ những năm 90 đã quá lạc hậu, do đó không còn đáp ứng được nhu cầu ngày càng lớn về băng thông và tốc độ của các thiết bị mới. Nhưng PCI có một vài hạn chế . Những CPU , Card màn hình , Card âm thanh và những Card mạng ngày càng nhanh hơn và mạnh hơn trong khi đó PCI lại dậm chận tại chỗ . Nó cố định độ rộng dữ liệu 32-bit và chỉ có thể điều khiển 05 thiết bị trong cùng một lúc . III. Tìm hiểu Bus PCI ExpressCách đây không lâu, PCI còn là chuẩn tốt nhất để máy tính giao tiếp với các card chức năng mở rộng (sound, modem .) qua các khe cắm trên mainboard. Nay, một chuẩn mới ra đời để đáp ứng yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu ngày một tăng, đó là chuẩn PCI Express.Tuy chuẩn này hiện chủ yếu ứng dụng cho card đồ họa nhưng có lẽ chẳng bao lâu nữa nó cũng sẽ được dứng dụng cho nhiều thiết bị khác. Vì vậy, một mainboard có hỗ trợ PCI Express hay không cũng là một điều đáng được xem xét để cân nhắc khi mua sắm. Thời gian gần đây có lẽ bạn nghe nhắc nhiều tới cụm từ pci express, nhất là khi tìm hiểu các thông số kỹ thuật của một số loại mainboard hoặc card đồ họa đời mới. có thể ở thời điểm hiện tại và trong tương lai sắp tới thì vấn đề có hỗ trợ pci express hay không sẽ ảnh hưởng nhiều tới quyết định khi lựa chọn trang bị phần cứng cho máy tính của bạn. Có hai lý do khiến bạn nên quan tâm đến PCI-Express: Thứ nhất, chuẩn PCI cũ xuất hiện từ những năm 90 đã quá lạc hậu, do đó không Nhóm 4 - 7 - Tìm hiểu Bus PCI Expresscòn đáp ứng được nhu cầu ngày càng lớn về băng thông và tốc độ của các thiết bị mới. Thứ hai, chuẩn AGP cũng có số phận tương tự khi đã phát triển đến ngưỡng và xuất hiện những dấu hiệu lạc hậu, đồng thời các nhà sản xuất ngày càng tỏ ra ưu ái và dần thay thế AGP bằng một giao tiếp vượt trội hơn - PCI Express. Do đó có thể dự đoán về một sự soán ngôi trong lãnh vực card đồ họa, và người dùng sẽ là đối tượng hưởng lợi mặc dù sẽ không còn nhiều lựa chọn như trước.Vấn đề băng thôngHiện thời, PCI Express được chia làm nhiều loại ứng với từng tốc độ truyền tải dữ liệu khác nhau là: 1x, 2x, 4x, 8x, 12x, 16x (và cả 32x), tất cả đều có băng thông lớn hơn nhiều so với chuẩn PCI cũ. Trong đó loại 4x, 8x và 12x sử dụng trong thị trường máy chủ, còn 1x, 2x và 16x thì sử dụng cho người dùng thông thường. Bảng bên cạnh so sánh các loại này với nhau và với các chuẩn truyền tải dữ liệu khác: Lưu ý: vì PCI Express là công nghệ dựa trên nền tảng tương tự (serial) nên dữ liệu có thể truyền tải qua bus theo hai hướng, do đó con số trong ngoặc vuông là băng thông tổng cộng theo cả hai hướng.Phân biệt PCI Express, AGP và PCI: Chuẩn PCI Express có thể ứng dụng trong nhiều thiết bị khác, tuy nhiên tại thời điểm này nó được sử dụng chủ yếu trong các loại card đồ họa. Trong hình minh họa ở trang sau, bạn sẽ thấy hình ảnh cụ thể về ba thế hệ card đồ họa sử dụng các chuẩn PCI, AGP và PCI Express 16x. Do card đồ họa PCI loại cũ rất hiếm trên thị trường nên ta chỉ quan tâm so sánh giữa card AGP và PCI Express mà thôi. Như bạn thấy, card PCI Express có hàng chân cắm bắt đầu và kết thúc bằng những miếng nhựa nhỏ và sẽ không được cắm hoàn toàn vào khe cắm trên mainboard. Đây là đặc điểm nhận dạng nổi bật nhất giúp phân biệt giữa card PCI Express và Nhóm 4 - 8 - Tìm hiểu Bus PCI ExpressAGP. Và theo đó, bạn tuyệt đối không thể cắm một card PCI Express vào khe AGP và ngược lại. Điểm khác biệt thứ hai giúp bạn phân biệt card PCI Express và AGP là số lượng khe trên hàng chân cắm. Trên card PCI Express bạn thấy chỉ có một khe, trong khi đó trên card AGP và PCI loại cũ có tới 2 khe. Các loại card PCI Express 1x và 4x có một số điểm khác biệt nhưng chúng đều rất hiếm và gần như không tìm thấy trên thị trường hiện thời. Loại PCI Express 1x có chân cắm gần giống với các thiết bị sử dụng khe AMR đã rất cũ, tuy nhiên trên thị trường linh kiện hiện giờ không có một loại mainboard nào có cả hai loại khe cắm là AMR và PCI Express cả.Một số câu hỏi được nhiều người quan tâm về PCI Express - Chuẩn PCI Express có thật nhanh hơn PCI? Với chuẩn PCI loại cũ thì đúng như vậy, PCI Express có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn nhiều so với PCI. Chẳng hạn với loại card PCI Express 1x thì tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn tối thiểu là 118%. Còn nếu so sánh card đồ họa PCI Express 16x với card đồ họa PCI loại cũ thì tốc độ nhanh hơn tới 29 lần.Còn đối với chuẩn AGP thì câu trả lời là đúng và cũng chưa đúng. Trên lý thuyết thì card PCI Express 16x có tốc độ truyền tải dữ liệu giữa hệ thống và card đồ họa nhanh hơn tới 190% so với card AGP 8x. Tuy nhiên trên thực tế thì kết quả không hoàn toàn như mong muốn bởi nhiều nguyên nhân về công nghệ. Bởi vậy nếu bạn đang sử dụng hệ thống với chuẩn AGP và bạn cảm thấy hài lòng với nó thì việc đầu tư chuyển sang sử dụng PCI Express là không cần thiết. Thay vào đó bạn có thể trang bị một card AGP có tốc độ nhanh (như nVidia 6800GT .) là quá đủ cho mọi mục đích sử dụng và chơi game rồi. Chỉ trừ khi hệ thống đã thuộc loại cũ với các chuẩn AGP 4x hay 2x thì việc xem xét chuyển sang PCI Express là nên làm.- Cùng với PCI Express người ta còn thường nói nhiều tới SLI, vậy SLI là gì? Nhóm 4 - 9 - Tìm hiểu Bus PCI ExpressSLI (Scalable Link Interface) là công nghệ có khả năng sử dụng cùng lúc hai card đồ họa riêng biệt của nVidia để đem lại hiệu quả cao hơn. Điều kiện là card đồ họa và mainboard của bạn phải hỗ trợ công nghệ này. Bạn có thể hình dung cách làm việc của SLI là chia sẻ công việc đồ họa nặng nề cho hai card đồ họa xử lý cùng lúc (xu hướng này dễ hiểu khi mà mọi thứ đều làm việc “có đôi” như Hyper Threading của bộ vi xử lý và Dual Channel của bộ nhớ RAM, nhờ đó công việc nhanh và hiệu quả hơn rất nhiều). Chẳng hạn, hai card 6600GT sẽ làm việc hiệu quả hơn rất nhiều so với chỉ một card 6800GT hay X800 dù giá cả thấp hơn việc bạn mua hai card 6600GT riêng biệt. Vấn đề duy nhất là hiện giờ công nghệ SLI còn mới và chỉ giới hạn sử dụng trên hệ thống AMD 64 / AMD FX socket 939. Tương lai tới sẽ có sự đổi khác và công nghệ này có thể sử dụng phổ biến trên nhiều nền tảng hơn.- Liệu có cần một nguồn cấp điện bổ sung cho card PCI Express?Mặc dù bạn có thể sử dụng nguồn cấp điện bổ sung nhưng đa số các loại card PCI Express đều chưa sử dụng tới khả năng này. Một số loại card đồ họa sử dụng chipset X600, X700, X300, hay 6600 thường không sử dụng nguồn cấp điện bổ sung. Trong trường hợp card đồ họa PCI Express yêu cầu sử dụng nguồn điện bổ sung mà bộ cấp điện nguồn lại không hỗ trợ, bạn có thể sử dụng thiết bị PCI Express Power Adapter (tham khảo ở địa chỉ http://www.directron.com/6pinpcie.html) để tự tạo ra một nguồn cấp điện riêng cho card PCI Express. Kiến trúcPCI – ENhóm 4 - 10 - [...].. .Tìm hiểu Bus PCI Express Hiện nay, tốc độ truyền tải của PCI Express 1.x (PCIe 1.x) nhìn chung có thể đáp ứng hầu hết các ứng dụng thông thường, tuy nhiên với các ứng dụng đồ họa cao cấp thì vẫn chưa đủ Đây chính là lý do để công nghệ PCI Express (PCIe) không ngừng cải tiến và tới thời điểm này đã hiện thực trên các sản phẩm giao tiếp PCI Express (PCIe) 2.0 và PCIe 3.0 Kiến trúc PCIe được... tính phiến mỏng hoặc ổ đĩa cắm thêm Nếu máy tính xách tay của bạn được thiết kế cổng PCI Express Trong trường hợp này, đây là máy tính HP có trang bị khe cắm PCI Express, đây là giắc cắm PCI Express Nhóm 4 - 19 - Tìm hiểu Bus PCI Express do hãng chúng tôi thiết kế Kết nối với thiết bị mở rộng thông qua giây cáp PCI Express Trong thiết bị mở rộng này, các bạn có ổ đĩa DVD, Camera kết nối qua cổng fiwire... 12 - Tìm hiểu Bus PCI Express • Các lớp phần mềm (software) Các lớp phần mềm sẽ tạo ra các yêu cầu đọc và ghi để chuyển đến các thiết bị I/O bằng lớp transaction Tới thời điểm này, các sản phẩm phần cứng đến tay người tiêu dùng đã bắt đầu được hiện thực với chuẩn giao tiếp PCIe 2.0 và trong tương lai theo dự kiến sẽ là PCIe 3.0 Nhưng PCIe 2.0 và PCIe 3.0 có những cải tiến gì so với PCIe 1.x PCI Express. .. Cơ hội tìm hiểu các sản phẩm ứng dụng chuẩn giao tiếp thế hệ mới PCI Express: nâng đời máy tính xách tay từ cấp thấp lên cấp cao; sản xuất máy tính xách tay với công nghệ mới nhất, truyền hình độ nét cao trên máy tính Song trước Nhóm 4 - 15 - Tìm hiểu Bus PCI Express hết, hãy làm quen với cái gọi là cổng giao tiếp PCI Từ PCI đến PCI Express: cuộc cách mạng muộn màng! So với những bước tiến vượt bậc... máy trạm và các thiết bị nhúng Ông Eugene Ahn cho biết:"Bạn có thể thấy nhu cầu ứng dụng PCI Express rất lớn thị trường truyền thông, thị trường Video, truyền hình, phát thanh, từ các khách Nhóm 4 - 17 - Tìm hiểu Bus PCI Express sạn Rất nhiều cơ hội cho công nghệ kênh giao tiếp PCI Express" Truyền hình với PCI Express Việc xem truyền hình trực tiếp trên máy tính không phải là chuyện mới, nhưng xem... 1 PCIe hoàn toàn tương thích với thế hệ PCI trước đây Điều này có nghĩa là tất cả các ứng dụng và trình điều khiển tương thích với PCI cũng hoạt động không thay đổi với PCIe Chính vì vậy chuẩn giao tiếp PCIe cũng có nguyên lý giao tiếp giống như PCI • Lớp vật lý (physical) Liên kết PCIe cơ bản bao gồm các cặp tín hiệu: một tín hiệu truyền và một tín hiệu nhận như hình2: Nhóm 4 - 11 - Tìm hiểu Bus PCI. .. năng lượng cũng như cung cấp toàn bộ mức I/O cho bộ nhớ PCI Express 3.0 PCI Express 3.0 là phát triển kế tiếp của chuẩn PCIe 2.0, với tốc độ bít đạt 8GT/s, gấp đôi PCIe 2.0, trong khi vẫn duy trì sự tương thích của các giao tiếp phần mềm và vận hành trong tất cả các phiên bản Tại sao lại nói tăng gấp đôi khi PCIe 2.0 có thể đạt tốc độ bit 5GT/s? PCIe 2.0 có tốc độ bit là 5GT/s nhưng tốc độ thực sự chỉ... bạn là những chiếc máy tính đời mới nhất đều được thiết kế với công nghệ cách đó tối thiểu là 9 tháng Tại sao vậy, vì việc thiết kế, tích hợp các công nghệ, thử nghiệmtrên một máy Nhóm 4 - 18 - Tìm hiểu Bus PCI Express tính xách tay thông thường mất chừng đó thời gian Song, giờ đây, với việc ứng dụng công nghệ PCI Express, hãng nVidia với sản phẩm cạc đồ hoạ nổi tiếng GeForce đã rút ngắn tối đa thời... ngược lại Bên cạnh tốc độ nhanh hơn gấp đôi, PCIe 2.0 còn có một số cải tiến như tương thích tốt hơn, độ tin cậy cao hơn trong thiết kế các liên kết PCIe Ngoài ra, PCIe 2.0 còn có những tính năng đặc biệt trong đặc tả: • Gia tăng khả năng kiểm soát lỗi định thời: giảm lỗi định thời và gia tăng khả năng điều chỉnh thời gian Nhóm 4 - 13 - Tìm hiểu Bus PCI Express • Chức năng xác lập lại mức ban đầu (level... 10bit) PCIe 3.0 đã không sử dụng công đoạn mã hóa 8b/10b mà thay vào đó là kỹ thuật “scrambling” (dùng hàm nhị phân để biểu diễn luồng dữ liệu) Chính nhờ điểm “tiết kiệm” này, PCIe 3.0 tăng gấp đôi hiệu năng nhưng chỉ cần tốc độ bit là 8GT/s thay vì phải cần đến 10GT/s nếu dùng cơ chế mã hóa 8b/10b Ngoài ra, cả 3 chuẩn PCIe (PCIe 1.x, PCIe 2.0, PCIe 3.0) đều tương thích lẫn nhau Điều này có nghĩa card PCIe . 1 - Tìm hiểu Bus PCI ExpressTìm hiểu Bus PCI ExpressI. Khái niệm bus: - Bus là một tập hợp các đường truyền kết nối của máy tính lại với nhau, các bus có. cổng PCI Express. Trong trường hợp này, đây là máy tính HP có trang bị khe cắm PCI Express, đây là giắc cắm PCI Express Nhóm 4 - 19 - Tìm hiểu Bus PCI Expressdo