WiFi модули и другие подобные устройства. Разработку данной шины начала компания Intel в 2002 году. Сейчас разработку новых версий данной шины занимается некоммерческая организация PCI Special Interest Group.

На данный момент шина PCI Express полностью заменила такие устаревшие шины как AGP, PCI и PCI-X. Шина PCI Express размещается в нижней части материнской платы в горизонтальном положении.

PCI Express это шина, которая была разработана на основе шины PCI. Основные отличия между PCI Express и PCI лежат на физическом уровне. В то время как PCI использует общую шину, в PCI Express используется топология типа звезда. Каждое устройство подключается к общему коммутатору отдельным соединением.

Программная модель PCI Express во многом повторяет модель PCI. Поэтому большинство существующих PCI контроллеров могут быть легко доработаны для использования шины PCI Express.

Слоты PCI Express и PCI на материнской плате

Кроме этого, шина PCI Express поддерживает такие новые возможности как:

• Горячее подключение устройств;
• Гарантированная скорость обмена данными;
• Управление потреблением энергии;
• Контроль целостности передаваемой информации;

Как работает шина PCI Express

Для подключения устройств шина PCI Express использует двунаправленное последовательное соединение. При этом такое соединение может иметь одну (x1) или несколько (x2, x4, x8, x12, x16 и x32) отдельных линий. Чем больше таких линий используется, тем большую скорость передачи данных может обеспечить шина PCI Express. В зависимости от количества поддерживаемых линий размер сорта на материнской плате будет отличаться. Существуют слоты с одной (x1), четырьмя (x4) и шестнадцатью (x16) линиями.

Наглядная демонстрация размеров слота PCI Express

При этом любое PCI Express устройство может работать в любом слоте, если слот имеет такое же или большее количество линий. Это позволяет установить PCI Express карту с разъемом x1 в слот x16 на материнской плате.

Пропускная способность PCI Express зависит от количества линий и версии шины.

В одну/обе стороны в Гбит/с
	Количество линий
PCIe 1.0	2/4	4/8	8/16	16/32	24/48	32/64	64/128
PCIe 2.0	4/8	8/16	16/32	32/64	48/96	64/128	128/256
PCIe 3.0	8/16	16/32	32/64	64/128	96/192	128/256	256/512
PCIe 4.0	16/32	32/64	64/128	128/256	192/384	256/512	512/1024

Примеры PCI Express устройств

В первую очередь PCI Express используется для подключения дискретных видеокарт. С момента появления данной шины абсолютно все видеокарты используют именно ее.

Видеокарта GIGABYTE GeForce GTX 770

Однако это далеко не все что умеет шина PCI Express. Ее используют производители других комплектующих.

Звуковая карта SUS Xonar DX

SSD накопитель OCZ Z-Drive R4 Enterprise

При смене одной только видеокарты обязательно нужно учитывать, что новые модели могут просто не подходить к вашей материнской плате, так как существует не просто несколько разных типов слотов расширения, но и несколько разных их версий (применительно и к AGP, и к PCI Express). Если вы не уверены в своих знаниях по этой теме, внимательно ознакомьтесь с разделом.

Как мы уже отметили выше, видеокарта вставляется в специальный разъем расширения на системной плате компьютера, через этот слот видеочип обменивается информацией с центральным процессором системы. На системных платах чаще всего есть слоты расширения одного-двух разных типов, отличающихся пропускной способностью, параметрами электропитания и другими характеристиками, и не все из них подходят для установки видеокарт. Важно знать имеющиеся в системе разъемы и покупать только ту видеокарту, которая им соответствует. Разные разъемы расширения несовместимы физически и логически, и видеокарта, предназначенная для одного типа, в другой не вставится и работать не будет.

К счастью, за прошедшее время успели кануть в лету не только слоты расширения ISA и VESA Local Bus (которые интересны лишь будущим археологам) и соответствующие им видеокарты, но практически исчезли и видеокарты для слотов PCI, а все AGP-модели безнадежно устарели. И все современные графические процессоры используют только один тип интерфейса — PCI Express. Ранее был широко распространён стандарт AGP, эти интерфейсы значительно отличаются друг от друга, в том числе пропускной способностью, предоставляемыми возможностями для питания видеокарты, а также другими менее важными характеристиками.

Лишь очень малая часть современных системных плат не имеет слотов PCI Express, и если ваша система настолько древняя, что использует AGP видеокарту, то заняться её апгрейдом не получится — нужно менять всю систему. Рассмотрим эти интерфейсы подробнее, именно эти слоты вам нужно искать на своих системных платах. Смотрите фотографии и сравнивайте.

AGP (Accelerated Graphics Port или Advanced Graphics Port) — это высокоскоростной интерфейс, основанный на спецификации PCI, но созданный специально для соединения видеокарт и системных плат. Шина AGP хотя и лучше подходит для видеоадаптеров по сравнению с PCI (не Express!), предоставляет прямую связь между центральным процессором и видеочипом, а также некоторые другие возможности, увеличивающие производительность в некоторых случаях, например, GART — возможность чтения текстур напрямую из оперативной памяти, без их копирования в видеопамять; более высокую тактовую частоту, упрощенные протоколы передачи данных и др., но этот тип слотов безнадёжно устарел и новых изделий с ним давно не выпускают.

Но всё же, для порядка упомянем и об этом типе. Спецификации AGP появились в 1997 году, тогда Intel выпустил первую версию описания, включающую две скорости: 1x и 2x. Во второй версии (2.0) появился AGP 4x, а в 3.0 — 8x. Рассмотрим все варианты подробнее:
AGP 1x — это 32-битный канал, работающий на частоте 66 МГц, с пропускной способностью 266 Мбайт/с, что в два раза выше полосы PCI (133 Мбайт/с, 33 МГц и 32 бит).
AGP 2x — 32-битный канал, работающий с удвоенной пропускной способностью 533 Мбайт/с на той же частоте 66 МГц за счет передачи данных по двум фронтам, аналогично DDR памяти (только для направления «к видеокарте»).
AGP 4x — такой же 32-битный канал, работающий на 66 МГц, но в результате дальнейших ухищрений была достигнута учетверенная «эффективная» частота 266 МГц, с максимальной пропускной способностью более 1 ГБ/с.
AGP 8x — дополнительные изменения в этой модификации позволили получить пропускную способность уже до 2,1 ГБ/с.

Видеокарты с интерфейсом AGP и соответствующие слоты на системных платах совместимы в определенных пределах. Видеокарты, рассчитанные на 1,5 В, не работают в слотах 3,3 В, и наоборот. Впрочем, существуют и универсальные разъемы, которые поддерживают оба типа плат. Видеокарты, рассчитанные на морально и физически устаревший слот AGP, давно не рассматриваются, поэтому чтобы узнать о старых AGP-системах, лучше будет ознакомиться со статьей:

PCI Express (PCIe или PCI-E, не путать с PCI-X), ранее известная как Arapahoe или 3GIO, отличается от PCI и AGP тем, что это последовательный, а не параллельный интерфейс, что позволило уменьшить число контактов и увеличить пропускную способность. PCIe — это лишь один из примеров перехода от параллельных шин к последовательным, вот другие примеры этого движения: HyperTransport, Serial ATA, USB и FireWire. Важное преимущество PCI Express в том, что он позволяет складывать несколько одиночных линий в один канал для увеличения пропускной способности. Многоканальность последовательного дизайна увеличивает гибкость, медленным устройствам можно выделять меньшее количество линий с малым числом контактов, а быстрым — большее.

Интерфейс PCIe 1.0 пропускает данные на скорости 250 Мбайт/с на одну линию, что почти вдвое превышает возможности обычных слотов PCI. Максимально поддерживаемое слотами PCI Express 1.0 количество линий — 32, что дает пропускную способность до 8 ГБ/с. А слот PCIe с восемью рабочими линиями примерно сопоставим по этому параметру с быстрейшей из версий AGP — 8x. Что еще больше впечатляет при учете возможности одновременной передачи в обоих направлениях на высокой скорости. Наиболее распространенные слоты PCI Express x1 дают пропускную способность одной линии (250 Мбайт/с) в каждом направлении, а PCI Express x16, который применяется для видеокарт и в котором сочетается 16 линий, обеспечивает пропускную способность до 4 ГБ/с в каждом направлении.

Несмотря на то, что соединение между двумя PCIe-устройствами иногда собирается из нескольких линий, все устройства поддерживают одиночную линию, как минимум, но опционально могут работать с большим их количеством. Физически, карты расширения PCIe входят и работают нормально в любых слотах с равным или большим количеством линий, так, карта PCI Express x1 будет спокойно работать в разъемах x4 и x16. Также, слот физически большего размера может работать с логически меньшим количеством линий (например, на вид обычный разъем x16, но разведены лишь 8 линий). В любом из приведенных вариантов PCIe сам выберет максимально возможный режим, и будет нормально работать.

Чаще всего для видеоадаптеров используются разъемы x16, но есть платы и с разъемами x1. А большая часть системных плат с двумя слотами PCI Express x16 работает в режиме x8 для создания SLI- и CrossFire-систем. Физически другие варианты слотов, такие как x4, для видеокарт не используются. Напоминаю, что всё это относится только к физическому уровню, попадаются и системные платы с физическими разъемами PCI-E x16, но в реальности с разведенными 8, 4 или даже 1 каналами. И любые видеокарты, рассчитанные на 16 каналов, работать в таких слотах будут, но с меньшей производительностью. Кстати, на фотографии выше показаны слоты x16, x4 и x1, а для сравнения оставлен и PCI (снизу).

Хотя разница в играх получается не такой уж и большой. Вот, например, обзор двух системных плат на нашем сайте, в котором исследуется разница в скорости трехмерных игр на двух системных платах, пара тестовых видеокарт в которых работает в режимах 8 каналов и 1 канала соответственно:

Интересующее нас сравнение — в конце статьи, обратите внимание на две последние таблицы. Как видите, разница при средних настройках весьма небольшая, но в тяжелых режимах начинает увеличиваться, причем, большая разница отмечена в случае менее мощной видеоплаты. Примите это к сведению.

PCI Express отличается не только пропускной способностью, но и новыми возможностями по энергопотреблению. Эта необходимость возникла потому, что по слоту AGP 8x (версия 3.0) можно передать лишь не более 40 с небольшим ватт суммарно, чего уже не хватало видеокартам тогдашних поколений, рассчитанных для AGP, на которых устанавливали по одному или двум стандартным четырехконтактным разъемам питания. По разъему PCI Express можно передавать до 75 Вт, а дополнительные 75 Вт получают по стандартному шестиконтактному разъему питания (см. последний раздел этой части). В последнее время появились видеокарты с двумя такими разъемами, что в сумме даёт до 225 Вт.

В дальнейшем группа PCI-SIG, которая занимается разработкой соответствующих стандартов, представила основные спецификации PCI Express 2.0. Вторая версия PCIe вдвое увеличила стандартную пропускную способность, с 2,5 Гбит/с до 5 Гбит/с, так что разъем x16 позволяет передавать данные на скорости до 8 ГБ/с в каждом направлении. При этом PCIe 2.0 совместим с PCIe 1.1, старые карты расширения обычно нормально работают в новых системных платах.

Спецификация PCIe 2.0 поддерживает скорости передачи как 2,5 Гбит/с, так и 5 Гбит/с, это сделано для обеспечения обратной совместимости с существующими решениями PCIe 1.0 и 1.1. Обратная совместимость PCI Express 2.0 позволяет использовать устаревшие решения с 2,5 Гбит/с в слотах 5,0 Гбит/с, которые просто будут в таком случае работать на меньшей скорости. А устройства, разработанные по спецификациям версии 2.0, могут поддерживать скорости 2,5 Гбит/с и/или 5 Гбит/с.

Хотя основное нововведение в PCI Express 2.0 — это удвоенная до 5 Гбит/с скорость, но это не единственное изменение, есть и другие модификации для увеличения гибкости, новые механизмы для программного управления скоростью соединений и т. п. Нас больше всего интересуют изменения, связанные с электропитанием устройств, так как требования видеокарт к питанию неуклонно растут. В PCI-SIG разработали новую спецификацию для обеспечения увеличивающегося энергопотребления графических карт, она расширяет текущие возможности энергоснабжения до 225/300 Вт на видеокарту. Для поддержки этой спецификации используется новый 2×4-штырьковый разъем питания, предназначенный для обеспечения питанием топовых моделей видеокарт.

Видеокарты и системные платы с поддержкой PCI Express 2.0 появились в широкой продаже уже в 2007 году, а теперь на рынке других и не встретить. Оба основных производителя видеочипов, AMD и NVIDIA, выпустили новые линейки GPU и видеокарт на их основе, поддерживающие увеличенную пропускную способность второй версии PCI Express и пользующиеся новыми возможностями по электрическому питанию для карт расширения. Все они обратно совместимы с системными платами, имеющими на борту слоты PCI Express 1.x, хотя в некоторых редких случаях наблюдается несовместимость, так что нужно быть осторожным.

Собственно, появление третьей версии PCIe было очевидным событием. В ноябре 2010 года спецификации третьей версии PCI Express окончательно утвердили. Хотя этот интерфейс обладает скоростью передачи 8 гигатранзакций/с вместо 5 Гт/с у версии 2.0, его пропускная способность снова возросла ровно вдвое по сравнению со стандартом PCI Express 2.0. Для этого применили иную схему кодирования пересылаемых по шине данных, но совместимость с предыдущими версиями PCI Express при этом сохранилась. Первые продукты версии PCI Express 3.0 были представлены летом 2011-го, а реальные устройства только-только начали появляться на рынке.

Среди производителей системных плат разгорелась целая война за право первым представить продукт с поддержкой PCI Express 3.0 (в основном, на базе чипсета Intel Z68), и соответствующие пресс-релизы представили сразу несколько компаний. Хотя на момент обновления путеводителя видеокарт с такой поддержкой просто нет, так что это просто неинтересно. К тому времени, когда поддержка PCIe 3.0 будет нужна, появятся совершенно иные платы. Скорее всего, это произойдёт не ранее 2012 года.

К слову, можно предполагать, что PCI Express 4.0 будет представлена в течение ещё нескольких следующих лет, и новая версия также будет иметь ещё раз удвоенную пропускную способность, востребованную к тому времени. Но это произойдёт совсем нескоро, и нам пока неинтересно.

External PCI Express

В 2007 году группа PCI-SIG, занимающаяся официальной стандартизацией решений PCI Express, объявила о принятии спецификации PCI Express External Cabling 1.0, описывающей стандарт передачи данных по внешнему интерфейсу PCI Express 1.1. Эта версия позволяет передавать данные со скоростью 2,5 Гбит/с, а следующая должна увеличить пропускную способность до 5 Гбит/с. В рамках стандарта представлены четыре внешних разъема: PCI Express x1, x4, x8 и x16. Старшие разъемы оснащены специальным язычком, облегчающим подключение.

Внешний вариант интерфейса PCI Express может использоваться не только для подключения внешних видеокарт, но и для внешних накопителей и других плат расширения. Максимальная рекомендованная длина кабеля при этом равна 10 метров, но её можно увеличить при помощи соединения кабелей через повторитель.

Теоретически, это могло облегчить жизнь любителей ноутбуков, когда при работе от батарей используется маломощное встроенное видеоядро, а при подключении к настольному монитору — мощная внешняя видеокарта. Значительно облегчается апгрейд подобных видеокарт, не нужно вскрывать корпус ПК. Производители могут делать совершенно новые системы охлаждения, не ограниченные особенностями карт расширения, да и с питанием должно быть меньше проблем — скорее всего, будут использоваться внешние блоки питания, рассчитанные специально на определенную видеокарту, их можно встроить в один внешний корпус с видеокартой, используя одну систему охлаждения. Может облегчиться сборка систем на нескольких видеокартах (SLI/CrossFire), да и с учётом постоянного роста популярности мобильных решений такие внешние PCI Express должны были завоевать определенную популярность.

Должны были, но не завоевали. По состоянию на осень 2011 года внешних вариантов видеокарт на рынке практически нет. Их круг ограничен устаревшими моделями видеочипов и узким выбором совместимых ноутбуков. К сожалению, дело внешних видеокарт дальше не пошло, и потихоньку заглохло. Не слышно уже даже победных рекламных заявлений от производителей ноутбуков… Возможно, мощностей современных мобильных видеокарт просто стало хватать даже для требовательных 3D-приложений, в т. ч. и многих игр.

Остаётся надежда на развитие внешних решений в перспективном интерфейсе для подключения периферийных устройств Thunderbolt, ранее известном как Light Peak. Его разработала корпорация Intel на базе технологии DisplayPort, и первые решения уже выпущены компанией Apple. Thunderbolt объединяет возможности DisplayPort и PCI Express и позволяет подключать внешние устройства. Впрочем, пока таковых просто не существует, хотя кабели уже есть:

В статье мы не трогаем устаревшие интерфейсы, абсолютное большинство современных видеоплат рассчитано на интерфейс PCI Express 2.0, поэтому при выборе видеокарты мы предлагаем рассматривать только его, все данные о AGP приведены лишь для справки. Новые платы используют интерфейс PCI Express 2.0, объединяющий скорость 16 линий PCI Express, что дает пропускную способность до 8 ГБ/с в каждом направлении, это в несколько раз больше по сравнению с той же характеристикой лучшего из AGP. Кроме того, PCI Express работает с такой скоростью в каждом из направлений, в отличие от AGP.

С другой стороны, продукты с поддержкой PCI-E 3.0 ещё толком не вышли, поэтому рассматривать их тоже не имеет особого смысла. Если речь идёт об апгрейде старой или покупке новой платы или одновременной смене системной и видеоплаты, то просто нужно приобретать платы с интерфейсом PCI Express 2.0, который будет вполне достаточен и наиболее распространен еще несколько лет, тем более что продукты разных версий PCI Express совместимы между собой.

Возможности и преимущества

Унифицированная архитектура NVIDIA®

Полностью унифицированное графическое ядро динамически распределяет работу по обработке геометрии, вершинных шейдеров, физики или закраски пикселей, обеспечивая превосходную графическую мощь.

Архитектура параллельных вычислений NVIDIA CUDA™ 1

Технология CUDA раскрывает мощь ядер графического процессора и ускоряет самые требовательные системные задачи, например, перекодирование видео, обеспечивая невероятный прирост производительности по сравнению с традиционными CPU.

Поддержка DirectCompute

Полная поддержка DirectCompute, API для вычислений на GPU от Microsoft

Поддержка OpenCL

Поддержка OpenCL

Поддержка Microsoft Windows 7

Windows 7 – операционная система нового поколения, которая будет отмечена существенным усовершенствованием способа, используемого операционной системой для раскрытия преимуществ графических процессоров, что обеспечит небывалый визуальный опыт. Используя эти преимущества для графики и вычислений, Windows 7 сделает современные ПК не только более интерактивными и привлекательными в плане графики, но и полностью удовлетворит требования пользователей в скорости и производительности.

Унифицированная драйверная архитектура NVIDIA® GeForce® (UDA)

Предлагает проверенный уровень совместимости, надёжности и стабильности в работе с широким диапазоном игр и приложений. Драйверы GeForce обеспечивают беспрецедентную работу каждому пользователю и поддерживают высокую производительность и обновление возможностей на протяжении всего срока службы графических процессоров GeForce.

Технология GigaThread™

Массивная многопоточная архитектура поддерживает тысячи независимых параллельных потоков, обеспечивая невероятную вычислительную силу и работу усовершенствованных программ закраски следующего поколения.

Движок NVIDIA® Lumenex™

Движок NVIDIA® Lumenex™

Технология 16

кратного сглаживания

Битное освещение с широким динамическим диапазоном (HDR) с плавающей точкой

Удвоенная по сравнению с предыдущим поколением точность, обеспечивающая невероятно реалистичные эффекты освещения, теперь с поддержкой сглаживания.

Технология NVIDIA® PureVideo® HD 2

Это сочетание ускорения декодирования видео высокой четкости и постобработки, обеспечивающее беспрецедентную чистоту изображения, плавное видео, правильные цвета и точное масштабирование изображения для фильмов и видео.

Аппаратное ускорение декодирования

Обеспечивает ультраплавное воспроизведение фильмов высокой и стандартной четкости H.264, VC-1, WMV, DivX, MPEG-2 и MPEG-4 без необходимости использования двух или четырёх ядерного центрального процессора.

Двухпоточное аппаратное ускорение

Поддержка режима «картинка-в-картинке» для интерактивного просмотра фильмов Blu-ray и HD DVD.

Динамическое повышение контраста и растягивание цвета

Постобработка и оптимизация фильмов высокой четкости сцена за сценой для поразительной чистоты изображения.

Еще более лучшая устойчивость к ошибкам

Исправляйте ошибки и восстанавливайте потери в широковещательном контенте для обеспечения четкого качественного воспроизведения.

Продвинутый пространственно-временной деинтерлейсинг

Повышает резкость чересстрочного контента в HD и стандартном разрешении на прогрессивных дисплеях, обеспечивая четкое, ясное изображение, сравнимое с возможностями продвинутых домашних кинотеатров.

Высококачественное масштабирование

Повышение разрешения фильмов до HDTV. При этом сохраняется четкость и ясность изображения. Также понижение разрешения видео, включая HD, с сохранением деталей.

Обратное телекино (3:2 & 2:2 коррекция)

Восстановление оригинальных изображений из фильмов, конвертированных в видео (DVDs, 1080i HD контент), более точное воспроизведение видео и превосходное качество изображения.

Коррекция неудачного редактирования

При редактировании видео внесенные поправки могут нарушить нормальную развертку 3:2 или 2:2. Технология PureVideo использует продвинутые техники обработки для обнаружения неудачных правок, восстановления исходного контента и визуализации превосходных деталей изображения кадр за кадром, обеспечивая плавное натуральное видео.

Подавление шумов

Повышение качества видео благодаря удалению нежелательных артефактов.

Улучшение краев объектов

Более четкие изображения в видео благодаря повышению контраста вокруг линий и объектов.

Поддержка Dual-link HDCP 3

Удовлетворение спецификациям по управлению защитой вывода (HDCP) и безопасности для формата Blu-ray для воспроизведения защищенного видео контента на HDCP совместимых мониторах.

Поддержка Dual Dual-link DVI

Работает с самыми большими в индустрии плоскопанельными дисплеями с самым высоким разрешением (до 2560x1600 пикселей) и поддержкой защиты широкополосных цифровых данных (HDCP).

Поддержка HDMI 1.3a

Полностью интегрированная поддержка HDMI 1.3a с поддержкой xvYCC, глубокого цвета и окружающего звука 7.1

Поддержка PCI Express 2.0

Создано для новой архитектуры шины PCI Express 2.0 для высочайших скоростей передачи данных в самых требовательных к полосе пропускания играх и 3D приложениях с поддержкой обратной совместимости с современными PCI Express материнскими платами.

Поддержка Microsoft® DirectX® 10.1

DirectX 10.1 с поддержкой Шейдерной Модели 4.1.

Оптимизация и поддержка OpenGL® 3.0

Гарантирует первосортную совместимость и производительность для OpenGL приложений.

Спецификация

Поддерживаемые дисплеи:
Максимальное разрешение цифрового монитора	2560x1600
Максимальное VGA разрешение	2048x1536
Стандартные разъемы монитора	DVI, VGA, HDMI
Поддержка нескольких мониторов
HDCP
HDMI	как заглушка (DVI-HDMI или DP-HDMI)
Аудио вход для HDMI	внутренний
Стандартные размеры видеокарты:
Высота	4.376 inches (111 mm)
Длина	6.6 inches (168mm)
Ширина	одинарный слот
Температура и мощность:
Максимальная температура GPU (в C)
Максимальная мощность видеокарты (Вт)
Минимальные системные требования по питанию (Вт)

2.2.5 Жёсткий диск.

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД - устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые, керамические или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В НЖМД используется от одной до нескольких пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Используемые интерфейсы: ATA (IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

УСТРОЙСТВО

Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники (Рис.14).

Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.

Блок головок - пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика - окислов железа, марганца и других металлов.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (3600, 4200, 5400, 5900, 7200, 9600, 10 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин. Шпиндельный двигатель жёсткого диска трехфазный, что обеспечивает стабильность вращения магнитных дисков, смонтированных на оси (шпинделе) двигателя. Статор двигателя содержит три обмотки, включенные звездой с отводом посередине, а ротор - постоянный секционный магнит. Для обеспечения малого биения на высоких оборотах в двигателе используются гидродинамические подшипники.

Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных неодимовых постоянных магнитов, а также катушки на подвижном блоке головок

.Блок электроники . в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.

Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.

Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка», коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя), приёма и обработки сигналов с датчиков устройства (система датчиков может включать в себя одноосный акселерометр, используемый в качестве датчика удара, трёхосный акселерометр, используемый в качестве датчика свободного падения, датчик давления, датчик угловых ускорений, датчик температуры).

Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например, метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood) - максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнение принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец, наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом. Рисунок 14.

Схема устройства НЖМД.(рис14)

Так как системная плата поддерживает интерфейс Serial ATA, был выбран жёсткий диск ST3160316AS ёмкостью 160 Гб, скоростью вращения шпинделя 7200 обор./мин., ёмкостью буфера памяти 8 Мб. (Рисунок. 15). Ёмкости 160Гб достаточно для работы в учебной лаборатории.

Рисунок 15 HDD ST3160316AS

2.2.6 Устройство оптического хранения данных.

Оптический привод - электрическое устройство для считывания и воз-

можно записи информации с оптических носителей (CD-ROM, DVD-ROM).

Существуют следующие типы приводов:

· привод CD-ROM (CD-привод);

· привод DVD-ROM (DVD-привод);

· привод HD DVD;

· привод BD-ROM;

· привод GD-ROM;

Рабочие станции учеников не оборудованы оптическими приводами, а для преподавателей был выбран CD/DVD – привод NEC DV-5800D.

2.2.7 Корпус и блок питания

Блок питания (БП) - устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети. Чаще всего блоки питания преобразуют переменный ток сети 220 В частотой 50 Гц (для России, в других странах используют иные уровни и частоты) в заданный постоянный ток.

Классическим блоком питания является трансформаторный БП . В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков, защиты от КЗ, стабилизаторы напряжения и тока.

Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определенной скважности, либо подаваемые на транс- форматор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной ФНЧ (в импульсных БП без гальванической развязки).

В настоящее время используется в основном два стандарта корпусов. Это АТХ и ВТХ, так они являются наиболее перспективными на сегодняшний день.

Главная особенность стандарта АТХ (Рис.17) состоит в том, что вентилятор расположен на стенке корпуса блока питания, которая обращена внутрь компьютера, и поток воздуха прогоняется вдоль системной платы, поступая извне. Поток воздуха в блоке АТХ направляется на компоненты платы, которые выделяют больше всего тепла (процессор, модули памяти и платы расширения).

Во всех современных процессорах устанавливается активный теплоотвод, который представляет собой маленький вентилятор, установленный на процессоре для его охлаждения. Блок питания модели АТХ берет воздух извне и создает в корпусе избыточное давление, тогда как в корпусах других систем давление понижено. Направление воздушного потока в обратную сторону позволило значительно улучшить охлаждение процессора и других компонентов системы. При таком направлении воздуха компоненты внутри системного блока меньше подвержены пыли.

Рисунок 16. Корпус ATX.

На ряду с ATX существует стандарт ВТХ (Рис.18). Внешне системная плата ВТХ выглядит почти как зеркальное отражение АТХ - платы благодаря чему все платы PCI и PCI Express, в том числе графические адаптеры, оказываются установленными микросхемами вверх, что уже само по себе улучшает ситуацию с охлаждением.

Но еще более важное достоинство ВТХ - новая схема охлаждения процессора: теперь он расположен на переднем краю платы, причем развернут под 45° к нему. При сборке компьютера на процессор устанавливается не привычное охлаждающее устройство, а так называемый модуль охлаждения (Thermal Module), состоящий из вентилятора, радиатора и объединяющего их в единое целое короба. В результате радиатор процессора обдувается холодным воздухом, забираемым вентилятором от наружной стенки компьютера.

Разворот процессора на 45° решает сразу две проблемы: во-первых, уменьшается сопротивление процессорного гнезда набегающему потоку воздуха; во-вторых перед гнездом по его бокам располагаются элементы VRM, которые при такой схеме также охлаждаются непосредственно потоком холодного забортного воздуха.

Системная плата располагается не у нижней кромки охлаждающего модуля, а чуть выше, благодаря чему часть воздушного потока проходит под платой, в первую очередь транзисторов VRM.

Рисунок 17. Корпус BTX.

Не смотря на то, что стандарт ВТХ имеет свои существенные преимущества, для учебной лаборатории выбраны корпуса стандарта АТХ, так как данный стандарт уже давно зарекомендовал себя и широко распространен на рынке компьютерных комплектующих.

Был выбран корпус Pangu Simple S1602BS ATX MidiTower, Black-Silve С установленным дополнительным клером (Рис.18).

Рисунок 18. Корпус Pangu Simple S1602BS ATX MidiTower, Black-Silve

Классический кейс стандарта ATX с блоком питания Pangu S380.
Отличительной чертой компьютерных корпусов серии Simple является невысокая цена.
Корпус оборудован блоком питания достаточной мощностью для офисного и домашнего компьютера не высокой производительности.
Серия Simple - отличный выбор для недорогих компьютеров, оборудованных PCI-E видеокартой средней производительности.
Блок питания оснащен разъемами дополнительного питания 8pin 12V и 6pin PCI-E для видеокарты.

Тип кейса – Middle Tower

Отсеки для накопителей:

5,25” - 3 шт.

5.25” (внутренний) - 1шт.

3.5” (внешний) - 1шт.

3.5” (внутренний) - 4шт.

Цвет - Черный/Серебристый

Материалы:

o металл (SGCC 0.45mm)

o высококачественный пластик

Материнские платы - ATX / Micro-ATX

Стандарт блока питания – ATX

I / O ...

2.2.8 Монитор

Монитор - универсальное устройство визуального отображения всех видов информации состоящее из дисплея и устройств предназначенное для вывода текстовой, графической и видео информации на дисплей.

В настоящее время в основном используются 2 типа мониторов: ЭЛТ- мониторы и ЖК-мониторы.

ЭЛТ-мониторы . Самым важным элементом монитора является кинескоп, называемый также электронно- лучевой трубкой. Кинескоп состоит из герме- тичной стеклянной трубки, внутри которой находится вакуум. Один из концов трубки узкий и длинный - это горловина, а другой - широкий и достаточно плоский - это экран. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором.

ЖК-монитор - плоский дисплей на основе жидких кристаллов, а также монитор на основе такого дисплея.

Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Многоцветное изображение формируется с помощью RGB-триад.

Каждый пиксель ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.

Важнейшие характеристики ЖК-мониторов:

Разрешение : Горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно фиксированное разрешение, остальные достигаются интерполяцией.

Размер точки : расстояние между центрами соседних пикселей. Непосредственно связан с физическим разрешением.

Соотношение сторон экрана (формат ): Отношение ширины к высоте, например: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.

Видимая диагональ : размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:9 при одинаковой диагонали.

Контрастность : отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведённая для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению.

Яркость : количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.

Время отклика : минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости. Методы измерения неоднозначны.

Угол обзора : угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению.

Тип матрицы : технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.

Входы : например, DVI, D-Sub, HDMI и т.п.

Для компьютеров в учебной лаборатории, с учётом цвета корпуса системного блока, подобран монитор LG L1742SE-BF (Рис.19).

Рисунок 19. Монитор LG L1742SE-BF.

· Параметры монитора:

· Цвета, использованные в оформлении: Чёрный;

· Диагональ: 17");

· Точка LCD-матрицы: 0.294 мм;

· Яркость LCD-матрицы: 250 кд/м2;

· Контрастность LCD-матрицы: 2000:1 - статическая, 50000:1 (ACM -adaptive contrast management);

· Поверхность экрана монитора: Матовая;

· Время отклика: 5 мс; Формат LCD-матрицы: 5:4;

· Разрешение LCD-матрицы: 1280 x 1024;

· Угол обзора LCD-матрицы: 160° по горизонтали, 160° по вертикали при CR > 10:1;

· Интерфейс: VGA (15-пиновый коннектор D-sub), ;

· Блок питания монитора: Встроенный; Потребление энергии: 38.5 Вт - максимальное, 27.3 Вт - в режиме Energy Star, 1.5 Вт - в режиме ожидания;

· Размеры (ширина х высота х глубина): 408 x 406.8 x 180.4 мм; Вес: 3.91 кг.

2.2.9 Устройства ввода.

Устройства ввода - приборы для занесения (ввода) данных в компьютер во время его работы. Основными устройствами ввода информации от пользователя в компьютер являются мышь и клавиатура.

Клавиатура . Стандартная компьютерная клавиатура, также называемая клавиатурой PC/AT или AT-клавиатурой, имеет 101 или 102 клавиши. Расположение клавиш на AT-клавиатуре подчиняется единой общепринятой схеме, спроектированной в расчёте на английский алфавит.

По своему назначению клавиши на клавиатуре делятся на шесть групп:

· функциональные;

· алфавитно-цифровые;

· управления курсором;

· цифровая панель;

· специализированные;

· модификаторы.

Двенадцать функциональных клавиш расположены в самом верхнем ряду клавиатуры. Ниже располагается блок алфавитно-цифровых клавиш. Правее этого блока находятся клавиши управления курсором, а с самого правого края клавиатуры- цифровая панель.

Многие современные компьютерные клавиатуры, помимо стандартного набора из ста четырёх клавиш, снабжаются дополнительными клавишами (как правило, другого размера и формы), которые предназначены для упрощённого управления некоторыми основными функциями компьютера (в основном мультимедийных). Такие клавиатуры называются «мультимедийными клавиатурами».

Мышь воспринимает своё перемещение в рабочей плоскости (обычно - на участке поверхности стола) и передаёт эту информацию компьютеру. Программа, работающая на компьютере, в ответ на перемещение мыши производит на экране действие, отвечающее направлению и расстоянию этого перемещения.

· Датчики перемещения:

· Прямой привод;

· Шаровой привод;

· Оптические мыши первого поколения;

· Оптические мыши второго поколения;

· Лазерные мыши;

· Индукционные мыши;

· Гироскопические мыши.

В настоящее время для подключения клавиатуры и мыши используются интерфейсы: PS/2 и USB.

Для рабочих станций в учебных лабораториях были выбраны стандартная клавиатура с дополнительными мультимедийными возможностей Genius KB-200

Ergo (PS/2, 104 клавиши, влагозащита, подставка под запястья) (Рис.20) и лызерная

мышь Genius NetScroll 100 Optical USB (USB, 3 клавиши, включая колёсико-клавишу) (Рис.21).

Рисунок 20. Клавиатура Genius KB-200 Ergo

Рисунок 21. Мышь Genius NetScroll 100 Optical USB

2.3.1 Печатающие устройства.

Принтер - устройство печати цифровой информации на твёрдый носитель,обычно на бумагу. Относится к терминальным устройствам компьютера.

Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ - распечатка или твёрдая копия.

Принтеры бывают струйные, лазерные, матричные и сублимационные, а по цвету печати - чёрно-белые (монохромные) и цветные.

Лазерные принтеры . По поверхности фотобарабана коротроном (скоро троном) заряда, либо валом заряда равномерно распределяется статический заряд, после этого светодиодным лазером (либо светодиодной линейкой) на фотобарабане снимается заряд, - тем самым на поверхность барабана помещается скрытое изображение. Далее на фотобарабан наносится тонер. Тонер притягивается к разряженным участкам поверхности фотобарабана, сохранившей скрытое изображение. После этого фотобарабан прокатывается по бумаге, и тонер переносится на бумагу коротроном переноса, либо валом переноса. После этого бумага проходит через блок термозакрепления для фиксации тонера, а фотобарабан очищается от остатков тонера и разряжается в узле очистки.

Струйные принтеры . Принцип действия струйных принтеров похож на матричные принтеры тем, что изображение на носителе формируется из точек. Но вместо головок с иголками в струйных принтерах используется матрица, печатающая жидкими красителями.

Сублимационные принтеры . Термосублимация - это быстрый нагрев красителя, когда минуется жидкая фаза. Из твёрдого красителя сразу образуется пар. Чем меньше порция, тем больше фотографическая широта (динамический диапазон) цветопередачи. Пигмент каждого из основных цветов, а их может быть три или четыре, находится на отдельной (или на общей многослойной) тонкой лавсановой ленте. Печать окончательного цвета происходит в несколько проходов: каждая лента последовательно протягивается под плотно прижатой термоголовкой, состоящей из множества термоэлементов. Эти последние, нагреваясь, возгоняют краситель. Точки, благодаря малому расстоянию между головкой и носителем, стабильно позиционируются и получаются весьма малого размера.

Матричные принтеры . Изображение формируется печатающей головкой, которая состоит из набора иголок (игольчатая матрица), приводимых в действие электромагнитами. Головка передвигается построчно вдоль листа, при этом иголки ударяют по бумаге через красящую ленту, формируя точечное изображение.

2.3.2 Сканеры.

Сканер - устройство, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием.

Бывают ручные, рулонные, планшетные и проекционные сканеры. Разновидностью проекционных сканеров являются слайд-сканеры, предназначенные для сканирования фотопленок. В высококачественной полиграфии используются барабанные сканеры, в которых в качестве светочувствительного элемента используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).

Принцип работы однопроходного планшетного сканера состоит в том, что вдоль сканируемого изображения, расположенного на прозрачном неподвижном стекле, движется сканирующая каретка с источником света. Отраженный свет через оптическую систему сканера (состоящую из объектива и зеркал или призмы) попадает на три расположенных параллельно друг другу фоточувствительных полупроводниковых элемента на основе ПЗС, каждый из которых принимает информацию о компонентах изображения.

Для учебной лаборатории выбрано многофункциональное устройство (МФУ)

Canon i-SENSYS MF4410 (Рис.22).

Преимущества МФУ:

· экономия пространства;

· цена. МФУ принтер-копир-сканер стоит намного дешевле, чем все эти

устройства, приобретенные отдельно;

· возможность проделать весь спектр работ на одном универсальном

сетевом устройстве;

· удобство обслуживания;

Рисунок 22. МФУ Canon i-SENSYS MF4410 .

Общие параметры:

- Позиционирование Печать документов

- Объем памяти (Стандарт) (Мб) 64

- Тип печати Лазерная

- Цветная печать Нет

- Типы печатных носителей Глянцевая бумага, матовая бумага, конверты

- Максимальный формат печати А4

- Разрешение печати 600 x 600

- Тип картриджа 728

- Наличие двусторонней печати Нет

- Печать без полей Нет

- Скорость печати До 23 стр./мин

- Прямая печать с цифровой фотокамеры

- Тип сканера Планшетный

- Разрешение сканирования 9600 x 9600

- Коэффициент масштабирования 25–400%

- Функции факса Нет

- Интерфейс подключения USB

- Беспроводная связь Нет

- Потребляемая мощность Макс. 1220 Вт

- Причина выбора Монохромный 5-строчный дисплей, доступная цена

3 Технология сборки, настройки компьютеров, установки программного обеспечения.

3.1 Расчет системы охлаждения.

Расчет охлаждения центрального процессора

Для стабильной работы процессора необходимо, чтобы его рабочая температура не поднималась выше определенного уровня, иначе при работе возможны сбои и зависания машины. Максимальная рабочая температура ядер процессора составляет 72.6°C, при расчете для надежности принимается допустимая температура равная 60°C. Оптимальная температура внутри системного блока 35°C. Необходимо выяснить, способен ли выбранный кулер обеспечить эффективное охлаждение корпуса процессора. Фундаментальной технической характеристикой кулера является термическое сопротивление относительно поверхности процессорного кристалла – величина, позволяющая оценить его эффективность в качестве охлаждающего устройства.

Термическое сопротивление процессора рассчитывается следующим образом:

Rt=(Tc-Ta)/W, (3.1)

где Rt - термическое сопротивление радиатора, °С/Вт;

Тс - температура процессора, которую необходимо достичь, применяя

кулер, °С;

Та - температура внутри компьютерного корпуса, °С;

W - тепловая мощность, рассеиваемая процессором, Вт.

Процессор Intel Core i3-560 рассеивает мощность 73Вт. Тогда термическое сопротивление радиатора будет равно:

Rt=(60-35)/73=0,34°C/W

В полученное значение для термосопротивления колера входит и термосопротивление теплового интерфейса. Для тонких слоев (0,05 мм и меньше), таких как термопаста термосопротивление составляет порядка 0,08 – 0,15 °C/W. Поэтому для обеспечения общего термосопротивление 0,15°C/W в случае применения качественной термопасты термосопротивление кулера не должно превышать:

Rt=0,34-0,08=0,26°C/W (3.2)

В случае применения кулера, поставляемого в упаковке с процессором (рис.17), термосопротивление которого равно 41°C/W , максимальная температура процессора будет равна:

Тс=W*(Rt+0,08)+Ta = 73*(0,41+0,08)+35=53,1 °С (3.3)

С учетом того, что максимальная температура ядер данного процессора составляет 72.6°C, был выбран этот кулер.

РАСЧЕТ ОХЛАЖДЕНИЯ КОРПУСА

Q = 1,76*P/(Ta-T0) (3.4)

где Р - полная тепловая мощность компьютерной системы;

Та - температура внутри системного корпуса;

То - температура «на входе» корпуса (температура в помещении);

Q - производительность (расход) корпусной системы охлаждения.

В таблице приведена тепловая мощность комплектующих элементов.

Таблица 3 Тепловая мощность комплектующих элементов.

Температура снаружи корпуса равна 25°С, желаемая температура внутри корпуса равна 35°. Тогда производительность вентилятора должна быть равна по

формуле (3.4):

Q = 1,76*208/(35-25) = 37 CFM

Реальная производительность вентилятора в конкретных эксплуатационных условиях зависит от системного импеданса, который выражается соотношением:

Р = k*Qn (3.5)

где к - системная константа,

Q - производительность вентилятора,

n - турбулентный фактор (1 <= n <=2, n = 1 при ламинарном режиме течения потока, п = 2 при турбулентном течении потока),

Р - системный импеданс.

Таблица 4Ориентировочные значения разменной константы k.

МСЗ - малая степень заполнения корпуса (заняты слот AGP, 1 слотРС!, 1 отсек для

устройств 5.25”. 2 отсека для устройств 3.5”).

ССЗ - средняя степень заполнения корпуса (заняты слот AGP, 2-3 слота PCI или других шин,

2-3 отсека для устройств 5.25”, 2 отсека для устройств 3.5”).

ВСЗ - высокая степень заполнения корпуса (заняты слот AGP, не менее 4-5 слотов PCI или

других шин, 3-4 отсека для устройств 5.25”, все доступные отсеки для устройств 3.5”).

Значение этой константы можно варьировать в пределах ±5%, если литраж вашего корпуса немного больше или немного меньше опорных показателей.

Размерная системная константа выбирается из расчета общего объема корпуса < 40л и малой степени заполнения корпуса (1 слот PCI-E, 1 слот PCI, 1 отсек для устройств 5.25", 2 отсека для устройств 3.5"). Требуемое значение = 0,06

Блок питания корпуса стандартный, вентилятор работает на выдув, значит течение потока ламинарное. Турбулентный фактор = 1. Поскольку блок питания корпуса оснащен стандартным вентилятором со скоростью вращения 2500 об/мин, то его производительность берется равной 30 CFM. Тогда системный импеданс равен по формуле (3.5):

Р = 0,06*30 = 1,8 ттН2О

Когда мы говорим о шине PCI Express(PCI-E), то, пожалуй, первое что выделяет ее среди других аналогичных решений – это эффективность. Благодаря этой современной шине, повышается производительность компьютера, улучшается качество графики.

На протяжении многих лет, для подключения видеокарты к материнской плате, использовалась шина PCI(Peripheral Component Interconnect), помимо этого она использовалась также и для подключения некоторых других устройств, например, сетевой и звуковой карты.

Вот как выглядят эти слоты:

PCI-Express фактически стало следующим поколением шины PCI, предложив улучшенную функциональность и производительность. Она, использует последовательное соединение, в котором имеется несколько линий, каждая из которых ведет к соответствующему устройству, т.е. каждое периферийное устройство получает свою собственную линию, благодаря чему возрастает общая производительность компьютера.

PCI-Express поддерживает «горячее» подключение, потребляет меньшее, чем ее предшественники количество энергии, контролирует целостность передаваемых данных. К тому же она совместима с драйверами PCI – шины. Еще одной замечательной особенностью данной шины, является ее масштабируемость, т.е. pci express card подключается и работает в любом слоте аналогичной или большей пропускной способности. По всей вероятности, эта функция будет обеспечивать ее использование в последующие годы.

Традиционный тип слота PCI был достаточно хорош для основных аудио/видео функций. С шиной AGP, схема работы с мультимедийными данными улучшилась, соответственно возросло и качество аудио/видео данных. Это было незадолго до того момента, когда достижения в области микроархитектуры процессоров стали еще нагляднее демонстрировать медлительность шины PCI, которая заставляла самые быстрые и новейшие на тот момент времени модели компьютеров буквально еле-еле тащиться.

Характеристики и пропускная способность шины PCI-E

Она может иметь от одной двунаправленной линии соединения x1, до x32 (32 линий). Линия функционирует по принципу точка к точке. Современные версии предоставляют гораздо большую пропускную способность, по сравнению со своими предшественниками. x16 можно использовать для подключения видеокарты, а x1 и x2 могут использоваться для подключения обычных карт.

Вот как выглядят слоты х1 и pci express x16 на :

PCI-E
Количество линий x1 x2 x4 x8 x16 x32
Ширина полосы 500 Мб /с 1000 МБ /с 2000 Мб /с 4000 МБ /с 8000 МБ / с 16000 Мб / с

Версии PCI-E и совместимость

Когда речь идет о компьютерах, то любое упоминание о версиях ассоциируется с проблемами совместимости. И, как любая другая современная технология, PCI-E постоянно развивается и модернизируется. Последний доступный вариант pci express 3.0, но уже ведется развитие шины PCI-E версии 4.0., которая должна появиться примерно в 2015 году(pci express 2.0 практически устарела).
Взгляните на следующую таблицу совместимости PCI-E.
Версии PCI-E 3,0 2,0 1,1
Общая пропускная способность
(X16) 32 Гб / с 16 Гб / с 8 Гб / с
Скорость передачи данных 8,0 ГТ / с 5,0 ГТ / с 2,5 ГТ / с

Версия PCI-E не имеет никакого влияния на функциональность карты. Наиболее отличительной чертой данного интерфейса является его прямая и обратная совместимость, что делает его безопасным и способным к синхронизации со многими вариантами карт, независимо от интерфейса версии. То есть вы можете в слот PCI-Express первой версии, вставить карту второй или третьей версии и она будет работать, хотя и с некоторой потерей производительности. Точно так же и в слот PCI-E третьей версии можно устанавливать карту первой версии PCI-Express. В настоящее время все современные модели видеокарт от NVIDIA и AMD совместимы с такой шиной.

А это на закуску:

Весной 1991 года компания Intel завершает разработку первой макетной версии шины PCI. Перед инженерами была поставлена задача разработать недорогое и производительное решение, которое позволило бы реализовать возможности процессоров 486, Pentium и Pentium Pro. Кроме того, было необходимо учесть ошибки, допущенные VESA при проектировании шины VLB (электрическая нагрузка не позволяла подключать более 3 плат расширения), а также реализовать автоматическую настройку устройств.

В 1992 году появляется первая версия шины PCI, Intel объявляет, что стандарт шины будет открытым, и создаёт PCI Special Interest Group. Благодаря этому любой заинтересованный разработчик получает возможность создавать устройства для шины PCI без необходимости приобретения лицензии. Первая версия шины имела тактовую частоту 33 МГц, могла быть 32- или 64-битной, а устройства могли работать с сигналами в 5 В или 3,3 В. Теоретически пропускная способность шины 133 Мбайт/с, однако в реальности пропускная способность составляла около 80 Мбайт/с.

Основные характеристики:

• частота шины - 33,33 или 66,66 МГц, передача синхронная;
• разрядность шины - 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);
• пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33 МГц - 133 Мбайт/с;
• адресное пространство памяти - 32 бита (4 байта);
• адресное пространство портов ввода-вывода - 32 бита (4 байта);
• конфигурационное адресное пространство (для одной функции) - 256 байт;
• напряжение - 3,3 или 5 В.

Фото разъемов:

MiniPCI - 124 pin
MiniPCI Express MiniSata/mSATA - 52 pin
Apple MBA SSD, 2012
Apple SSD, 2012
Apple PCIe SSD
MXM, Graphics Card, 230 / 232 pin
MXM2 NGIFF 75 pins KEY A PCIe x2 KEY B PCIe x4 Sata SMBus
MXM3, Graphics Card, 314 pin
PCI 5V
PCI Universal
PCI-X 5v
AGP Universal
AGP 3.3 v
AGP 3.3 v + ADS Power
PCIe x1
PCIe x16
Custom PCIe
ISA 8bit
ISA 16bit
eISA
VESA
NuBus
PDS
PDS
Apple II / GS Expasion slot
PC/ XT / AT expasion bus 8 bit
ISA (industry standard architecture) - 16 bit
eISA
MBA - Micro Bus architecture 16 bit
MBA - Micro Bus architecture с видео 16 bit
MBA - Micro Bus architecture 32 bit
MBA - Micro Bus architecture с видео 32 bit
ISA 16 + VLB (VESA)
Processor Direct Slot PDS
601 Processor Direct Slot PDS
LC Processor Direct Slot PERCH
NuBus
PCI (Peripheral Computer Interconnect) - 5v
PCI 3.3v
CNR (Communications / network Riser)
AMR (Audio / Modem Riser)
ACR (Advanced communication Riser)
PCI-X (Периферийный PCI) 3.3v
PCI-X 5v
PCI 5v + RAID option - ARO
AGP 3.3v
AGP 1.5v
AGP Universal
AGP Pro 1.5v
AGP Pro 1.5v+ADC power
PCIe (peripheral component interconnect express) x1
PCIe x4
PCIe x8
PCIe x16

PCI 2.0

Первая версия базового стандарта, получившая широкое распространение, использовались как карты, так и слоты с сигнальным напряжением только 5 вольт. Пиковая пропускная способность - 133 Мбайт/с.

PCI 2.1 - 3.0

Отличались от версии 2.0 возможностью одновременной работы нескольких шинных задатчиков (англ. bus-master, т. н. конкурентный режим), а также появлением универсальных карт расширения, способных работать как в слотах, использующих напряжение 5 вольт, так и в слотах, использующих 3,3 вольта (с частотой 33 и 66 МГц соответственно). Пиковая пропускная способность для 33 МГц - 133 Мбайт/с, а для 66 МГц - 266 Мбайт/с.

• Версия 2.1 - работа с картами, рассчитанными на напряжение 3,3 вольта, и наличие соответствующих линий питания являлись опциональными.
• Версия 2.2 - сделанные в соответствии с этими стандартами карты расширения имеют универсальный ключ разъёма по питанию и способны работать во многих более поздних разновидностях слотов шины PCI, а также, в некоторых случаях, и в слотах версии 2.1.
• Версия 2.3 - несовместима с картами PCI, рассчитанными на использование 5 вольт, несмотря на продолжающееся использование 32-битных слотов с 5-вольтовым ключом. Карты расширения имеют универсальный разъём, но не способны работать в 5-вольтовых слотах ранних версий (до 2.1 включительно).
• Версия 3.0 - завершает переход на карты PCI 3,3 вольт, карты PCI 5 вольт больше не поддерживаются.

PCI 64

Расширение базового стандарта PCI, появившееся в версии 2.1, удваивающее число линий данных, и, следовательно, пропускную способность. Слот PCI 64 является удлинённой версией обычного PCI-слота. Формально совместимость 32-битных карт с 64-битным слотами (при условии наличия общего поддерживаемого сигнального напряжения) полная, а совместимость 64-битной карты с 32-битным слотами является ограниченной (в любом случае произойдёт потеря производительности). Работает на тактовой частоте 33 МГц. Пиковая пропускная способность - 266 Мбайт/с.

• Версия 1 - использует слот PCI 64-бита и напряжение 5 вольт.
• Версия 2 - использует слот PCI 64-бита и напряжение 3,3 вольта.

PCI 66

Версия PCI 66 является работающим на тактовой частоте 66 МГц развитием PCI 64; использует напряжение 3,3 вольта в слоте; карты имеют универсальный, либо форм-фактор на 3,3 В. Пиковая пропускная способность - 533 Мбайт/с.

PCI 64/66

Комбинация PCI 64 и PCI 66 позволяет вчетверо увеличить скорость передачи данных по сравнению с базовым стандартом PCI; использует 64-битные 3,3-вольтовые слоты, совместимые только с универсальными, и 3,3-вольтовые 32-битные карты расширения. Карты стандарта PCI64/66 имеют либо универсальный (но имеющий ограниченную совместимость с 32-битными слотами), либо 3,3-вольтовый форм-фактор (последний вариант принципиально не совместим с 32-битными 33-мегагерцовыми слотами популярных стандартов). Пиковая пропускная способность - 533 Мбайт/с.

PCI-X

PCI-X 1.0 - расширение шины PCI64 с добавлением двух новых частот работы, 100 и 133 МГц, а также механизма раздельных транзакций для улучшения производительности при одновременной работе нескольких устройств. Как правило, обратно совместима со всеми 3.3В и универсальными PCI-картами. PCI-X карты обычно выполняются в 64-бит 3,3 В формате и имеют ограниченную обратную совместимость со слотами PCI64/66, а некоторые PCI-X карты - в универсальном формате и способны работать (хотя практической ценности это почти не имеет) в обычном PCI 2.2/2.3. В сложных случаях для того, чтобы быть полностью уверенным в работоспособности комбинации из материнской платы и карты расширения, надо посмотреть таблицы совместимости (compatibility lists) производителей обоих устройств.

PCI-X 2.0

PCI-X 2.0 - дальнейшее расширение возможностей PCI-X 1.0; добавлены частоты 266 и 533 МГц, а также - коррекция ошибок чётности при передаче данных (ECC ). Допускает расщепление на 4 независимых 16-битных шины, что применяется исключительно во встраиваемых и промышленных системах ; сигнальное напряжение снижено до 1,5 В, но сохранена обратная совместимость разъёмов со всеми картами, использующими сигнальное напряжение 3,3 В. В настоящее время для не профессионального сегмента рынка высокопроизводительных компьютеров (мощных рабочих станций и серверов начального уровня), в которых находит применение шина PCI-X, выпускается крайне мало материнских плат с поддержкой шины. Примером материнской платы для такого сегмента является ASUS P5K WS. В профессиональном сегменте применяется в RAID-контроллерах, в SSD-накопителях под PCI-E.

Mini PCI

Форм-фактор PCI 2.2, предназначен для использования, в основном, в ноутбуках.

PCI Express

PCI Express, или PCIe, или PCI-E (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X и PXI ) - компьютерная шина (хотя на физическом уровне шиной не является, будучи соединением типа «точка-точка»), использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол , основанный на последовательной передаче данных . Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel после отказа от шины InfiniBand. Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года.Развитием стандарта PCI Express занимается организация PCI Special Interest Group.

В отличие от стандарта PCI, использовавшего для передачи данных общую шину с подключением параллельно нескольких устройств, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда . Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором. Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

• горячая замена карт;
• гарантированная полоса пропускания (QoS );
• управление энергопотреблением;
• контроль целостности передаваемых данных.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X . Де-факто PCI Express заменила эти шины в персональных компьютерах.

• MiniCard (Mini PCIe ) - замена форм-фактора Mini PCI . На разъём Mini Card выведены шины: x1 PCIe, 2.0 и SMBus.
  • M.2 - вторая версия Mini PCIe, до x4 PCIe и SATA.
• ExpressCard - подобен форм-фактору PCMCIA . На разъём ExpressCard выведены шины x1 PCIe и USB 2.0, карты ExpressCard поддерживают горячее подключение.
• AdvancedTCA , MicroTCA - форм-фактор для модульного телекоммуникационного оборудования.
  
• Mobile PCI Express Module (MXM) - промышленный форм-фактор, созданный для ноутбуков фирмой NVIDIA . Его используют для подключения графических ускорителей.
• Кабельные спецификации PCI Express позволяют доводить длину одного соединения до десятков метров, что делает возможным создание ЭВМ, периферийные устройства которой находятся на значительном удалении.
  
• StackPC - спецификация для построения наращиваемых компьютерных систем. Данная спецификация описывает разъёмы расширения StackPC , FPE и их взаимное расположение.

Несмотря на то, что стандарт допускает x32 линий на порт, такие решения физически достаточно громоздки и не выпускаются.

Год выпуска	Версия PCI Express	Кодирование	Скорость передачи	Пропускная способность на x линий
				×1	×2	×4	×8	×16
2002	1.0	8b/10b	2,5 ГТ/с	2	4	8	16	32
2007	2.0	8b/10b	5 ГТ/с	4	8	16	32	64
2010	3.0	128b/130b	8 ГТ/с	~7,877	~15,754	~31,508	~63,015	~126,031
2017	4.0	128b/130b	16 ГТ/с	~15,754	~31,508	~63,015	~126,031	~252,062
2019	5.0	128b/130b	32 ГТ/с	~32	~64	~128	~256	~512

PCI Express 2.0

Группа PCI-SIG выпустила спецификацию PCI Express 2.0 15 января 2007 года . Основные нововведения в PCI Express 2.0:

• Увеличенная пропускная способность: ПСП одной линии 500 МБ/с, или 5 ГТ/с (Гигатранзакций/с ).
• Внесены усовершенствования в протокол передачи между устройствами и программную модель.
• Динамическое управление скоростью (для управления скоростью работы связи).
• Оповещение о пропускной способности (для оповещения ПО об изменениях скорости и ширины шины).
• Службы управления доступом - опциональные возможности управления транзакциями точка-точка.
• Управление таймаутом выполнения.
• Сброс на уровне функций - опциональный механизм для сброса функций (англ. PCI functions) внутри устройства (англ. PCI device).
• Переопределение предела по мощности (для переопределения лимита мощности слота при присоединении устройств, потребляющих бо́льшую мощность).

PCI Express 2.0 полностью совместим с PCI Express 1.1 (старые будут работать в системных платах с новыми разъемами, но только на скорости 2,5 ГТ/с, так как старые чипсеты не могут поддерживать удвоенную скорость передачи данных; новые видеоадаптеры будут без проблем работать в старых разъемах стандарта PCI Express 1.х.).

PCI Express 2.1

По физическим характеристикам (скорость, разъём) соответствует 2.0, в программной части добавлены функции, которые в полной мере планируют внедрить в версии 3.0. Так как большинство системных плат продаются с версией 2.0, наличие только видеокарты с 2.1 не даёт задействовать режим 2.1.

PCI Express 3.0

В ноябре 2010 года были утверждены спецификации версии PCI Express 3.0. Интерфейс обладает скоростью передачи данных 8 GT/s (Гигатранзакций/с ). Но, несмотря на это, его реальная пропускная способность всё равно была увеличена вдвое по сравнению со стандартом PCI Express 2.0. Этого удалось достигнуть благодаря более агрессивной схеме кодирования 128b/130b, когда 128 бит данных, пересылаемых по шине, кодируются 130 битами. При этом сохранилась полная совместимость с предыдущими версиями PCI Express. Карты PCI Express 1.x и 2.x будут работать в разъёме 3.0 и, наоборот, карта PCI Express 3.0 будет работать в разъёмах 1.х и 2.х.

PCI Express 4.0

PCI Special Interest Group (PCI SIG) заявила, что PCI Express 4.0 может быть стандартизирован до конца 2016 года, однако на середину 2016 года, когда ряд чипов уже готовился к изготовлению, СМИ сообщали, что стандартизация ожидается в начале 2017. Ожидается, что он будет иметь пропускную способность 16 GT/s, то есть будет в два раза быстрее PCIe 3.0.

Оставьте свой комментарий!