Pecet przyspiesza

• Karta dźwiękowa Creative Sound Blaster X-Fi Xtreme Audio PCI Express – ok. 200 zł
• Tuner TV Compro DVB-T VideoMate E700 PCIe – ok. 290 zł
• Kontroler FibreChannel Qlogic HBA FC QLE2460-CK 4Gb Single Port, optic (PCIe x4) – 4260 zł
• 4-kanałowy kontroler Serial ATA Promise SuperTrak EX4350 (4ch, PCI-E) – 1440 zł
• Kontroler USB 2.0/FireWire Belkin USB 2.0 (2x/1in), FireWire 800 1394b (2x/1in) PCIe – 490 zł
• Adaptery PCI Express to ExpressCard – 40 USD; PCI-Express to PCI – 60 USD (umożliwia montaż karty PCI w gnieździe PCI-E)

Mianem PCI Express określa się zarówno złącze na płycie głównej, do którego można podłączyć kartę graficzną albo karty rozszerzeń (np. tuner telewizyjny), jak i magistralę służącą do szybkiej komunikacji między tymi kartami a chipsetem płyty głównej . Magistrala, czy inaczej szyna PCI Express (oznaczana jako PCIe lub PCI-E), została zaprojektowana po to, aby zastąpić starszą, zbyt wolną na współczesne potrzeby, magistralę PCI (patrz tabelka „Parametry magistrali PCI oraz kolejnych wersji PCI Express”).

Jako pierwsza na płytach głównych pojawiła się szyna PCI Express 1.0, ale szybko ustąpiła wykorzystywanej obecnie, poprawionej wersji 1.1. Piętnastego stycznia 2007 roku została ogłoszona specyfikacja PCI Express 2.0 i od tej chwili producenci rozpoczęli pracę nad jej implementacją w swoich wyrobach. We wrześniu 2007 miał premierę nowy chipset Intela X38 – pierwszy seryjnie produkowany zestaw układów sterujących płyty głównej, zgodny z PCI Express 2.0. Miesiąc później tajwańska firma Biostar zaprezentowała pierwszą kartę graficzną zgodną z PCI Express 2.0 – Sigma Gate V8803GT52. Akcelerator ten został zbudowany na bazie układu graficznego GeForce 8800 GT. Na podstawie tych zwiastunów można sądzić, że rok 2008 będzie należał do nowej wersji standardu PCI Express. Zanim przedstawimy jego możliwości, zobaczmy, jak w ogóle działa magistrala PCIe.

PCI Express jest szeregową magistralą typu punkt-punkt, łączącą ze sobą bezpośrednio dwa urządzenia, czyli tzw. punkty, np. kartę graficzną z kontrolerem znajdującym się w chipsecie płyty głównej. Sygnały są przesyłane za pomocą dwóch dwuprzewodowych linii (fizycznie są to cztery ścieżki na płycie głównej) taktowanych zegarem o częstotliwości 2,5 GHz. Jedną linią są przesyłane dane z kontrolera do karty, a drugą – z karty do kontrolera. Te dwie linie tworzą tak zwany tor (bardzo często nazywany też – niezbyt poprawnie – linią) o przepustowości 250 MB/s w każdą stronę, a więc łącznie 500 MB/s (dla magistrali PCI jest to zaledwie 133 MB/s).

W magistrali równoległej wszystkie informacje są przesyłane jednocześnie, np. w postaci 32-bitowej paczki (wielkość tej paczki jest określana przez szerokość magistrali), w magistrali szeregowej zaś bit po bicie. Teoretycznie magistrala równoległa powinna być znacznie szybsza niż szeregowa, jednak w praktyce przy dużych prędkościach pracy poszczególne linie magistrali oddziałują na siebie, co powoduje powstawanie bardzo dużej liczby błędów transmisji i konieczność powtórnego wysyłania danych. Pojawiają się też tutaj problemy z niejednoczesnym docieraniem danych do celu. W magistrali szeregowej transmisja przebiega bez zakłóceń przy znacznie większych prędkościach pracy. Częstotliwość pracy zegara, dochodząca nawet do 10 GHz (w transmisji równoległej problemem jest przekroczenie bariery 500 MHz), pozwala nie tylko nadrobić dystans w stosunku do magistrali równoległej, ale umożliwia osiągnięcie kilkunastokrotnie wyższej efektywności – szybkości transmisji.

Jedną z najważniejszych cech magistrali PCI Express jest możliwość łączenia torów w grupy. W specyfikacji przewidziano kilka wariantów tej magistrali – z 1, 2, 4, 6, 8, 16 i 32 torami. Każdy jest oznaczany symbolem x stawianym przed liczbą torów. W praktyce w dostępnych na rynku płytach głównych spotkać można tylko cztery rodzaje magistrali PCIe – PCI Express x1, PCI Express x2, PCI Express x4 i PCI Express x16. Pierwsze trzy są wykorzystywane do obsługi kart rozszerzeń, ostatnia, najbardziej znana, służy do podłączania karty graficznej – jej przepustowość wynosi łącznie 8 GB/s w obie strony.

Bardzo ciekawie zostały zaprojektowane gniazda do kart rozszerzeń korzystających z magistrali PCI Express. Wraz ze wzrostem liczby wykorzystywanych torów wzrasta długość złącza PCI Express montowanego na płycie głównej. Styki do kolejnych torów są dodawane zawsze na końcu slotu. Rozwiązanie takie pozwala zamontować wolniejszą kartę (z krótszym złączem) w „szybszym” gnieździe – kartę umieszcza się na początku slotu PCI Express, pozostawiając z tyłu wolne miejsce. Wyjątkiem są złącza PCI Express x16 przeznaczone do kart graficznych. Można w nich umieścić wyłącznie akceleratory 3D – wynika to jednak z założeń architektury chipsetu płyty głównej i peceta, a nie ze specyfikacji samej magistrali PCIe.

chipset płyty głównej
zestaw układów sterujących płyty głównej, który odpowiada za komunikację pomiędzy procesorem a pozostałymi komponentami; przerzuca dane z jednej magistrali komunikacyjnej na drugą

AGP
złącze graficzne; pojawiło się w odpowiedzi na niską przepustowość szyny PCI; w ostatniej wersji AGP 8x przepustowość sięga 2,1 GB/s (16-krotnie wyższa niż dla PCI); w nowych komputerach zastępowane przez PCI Express

matryca CCD
Charge Coupled Device, matryca aparatu fotograficznego, układ wielu elementów światłoczułych, z których każdy – dzięki zastosowaniu filtrów barwnych – odczytuje natężenie światła w danym punkcie matrycy

Wi-Fi
Wireless Fidelity, standardy budowy bezprzewodowych sieci komputerowych; szczególnym zastosowaniem Wi-Fi jest budowanie sieci lokalnych WLAN, wykorzystujących komunikację radiową

cache L2
pamięć podręczna drugiego poziomu o krótkim czasie dostępu, wykorzystywana w procesorach, przyspiesza dostęp do pamięci RAM; służy do przechowywania danych, które będą w niedługim czasie przetwarzane

RAM
Random Access Memory, podstawowy rodzaj pamięci cyfrowej zwany też pamięcią o dostępie swobodnym; pamięć RAM przechowuje aktualnie wykonywane programy; wyłączenie komputera oznacza ich utratę.

Obecnie jest wykorzystywana przede wszystkim szyna PCI Express x16, służąca do podłączania kart graficznych. Na wielu płytach głównych znajdują się dwa graficzne złącza PCI Express. Umożliwiają one montaż dwóch pracujących współbieżnie akceleratorów 3D. Działają one wówczas w konfiguracji SLI (układy Nvidii) lub CrossFire (ATI), co znacznie przyspiesza generowanie trójwymiarowej grafiki w grach.

Karty graficzne podłączane do gniazda PCI Express niemal całkowicie wyparły z rynku starsze akceleratory ze złączem AGP . Obecnie dostępne są płyty główne albo ze złączem PCIe, albo z AGP, ale te ostatnie coraz rzadziej się spotyka na rynku. Natomiast zastępowanie magistrali PCI przez PCI Express nie przebiega zbyt sprawnie. Główną przyczyną jest niewielka liczba kart rozszerzeń wykorzystujących złącze PCI Express x1, x2 i x4 – w sklepach można kupić jedynie pojedyncze modele tunerów telewizyjnych, kart dźwiękowych czy kart do montażu wideo ze złączem PCIe. Co więcej, wszystkie produkowane płyty główne wciąż mają montowane gniazda PCI, co sprawia, że zarówno producenci kart rozszerzeń, jak i użytkownicy nie odczuwają na razie pilnej potrzeby zastosowania nowego standardu.

Z magistrali PCI Express coraz częściej korzystają też karty Express Card do notebooków. Zastępują urządzenia PCMCIA (PC Card). Standardy te nie są ze sobą zgodne, potrzebują też różnych złączy. Nie da się karty PCMCIA włożyć do gniazda Express Card i na odwrót – notebook musi być wyposażony we właściwe gniazdo zgodne z jednym lub drugim standardem, a odpowiednie przejściówki nie istnieją. Można jednak kupić laptopy, w których są oba typy złączy.

Magistrala PCI Express od początku była konstruowana z myślą o możliwości przyspieszenia transmisji. Dzięki temu w wersji 2.0 można było bez problemu zwiększyć szybkość taktowania magistrali do 5 GHz i podwoić jej przepustowość – dla jednego toru wynosi ona teraz 500 MB/s (1000 MB/s w obie strony). Oznacza to, że złącze PCIe x16 zgodne z PCI Express 2.0 może przesyłać 16 GB danych na sekundę, zamiast dotychczasowych 8 GB. Innymi słowy, obecną przepustowość złącza x16 uzyska się przy wykorzystaniu ośmiu torów sygnałowych PCI Express 2.0, szybkość PCI Express x8 osiągnie się dzięki czterem torom itd. Zdaniem specjalistów, zmniejszy to znacząco koszty budowy kolejnej generacji komputerów.

PCI Express 2.0 jest w pełni zgodne z poprzednim standardem PCI Express. Stara karta bez problemu będzie działać w złączu PCI Express 2.0, a nowa w starym gnieździe PCI Express 1.1 i 1.0. Tyle że mniejsza będzie szybkość transmisji. Oprócz zwiększenia przepustowości w PCI Express 2.0 dodano kilka istotnych i ciekawych funkcji. Pierwszą jest dynamiczna kontrola częstotliwości pracy złącza. Jeżeli nie ma problemów z transmisją, magistrala PCI Express działa z pełną prędkością, a gdy pojawiają się zakłócenia, prędkość jej pracy automatycznie się zmniejsza. Podobnie prędkość może być na bieżąco regulowana w zależności od aktualnych potrzeb, dzięki czemu można zmniejszyć zużycie energii w chwili, gdy podłączone do PCI Express urządzenie nie potrzebuje pełnej przepustowości łącza.

Możliwe jest również dynamiczne zarządzanie samym przepływem danych. W specyfikacji znalazł się bowiem odpowiednik znanego z sieci LAN mechanizmu QoS (Quality of Service), który pozwala na dodawanie do przesyłanych pakietów znaczników definiujących ich priorytet.

Ostatnią nowością wprowadzoną w specyfikacji PCI Express 2.0 jest zwiększenie możliwości prądowych gniazda. W PCI Express 1.0 był możliwy maksymalny pobór mocy na poziomie 75 W, w 1.1 zwiększono go do 150 W, a w wersji 2.0 może on dochodzić do 225–300 watów. Dzięki temu konstruktorzy prądożernych kart graficznych będą mogli zrezygnować z dodatkowych gniazdek zasilania, do których podpina się obecnie przewody wychodzące wprost z zasilacza komputera.

Inżynierowie odpowiedzialni za rozwój standardu PCI Express pracują już nad wersją 3.0. Zostanie w niej zwiększona szybkość transmisji dzięki podniesieniu częstotliwości zegara do 8 GHz. Ma być zachowana zgodność z dotychczasowymi standardami PCI Express. Zostaną dodane nowe mechanizmy oszczędzania energii oraz technologie poprawiające wydajność magistrali. Prace nad nowym standardem najprawdopodobniej zostaną ukończone w 2009 roku, a pierwsze urządzenia pojawią się w sklepach w 2010 roku.