Кіріспе

PCI X (Peripheral Component Interconnect eXtended) – серверлер мен жұмыс станцияларының қажеттілігіне сай, 32 биттік PCI жергілікті шинасын жоғары өткізу қабілеті үшін жаңартатын компьютерлік шина және кеңейту картасы стандарты. Ол жоғары тактостік жылдамдықтарды (133 МГц дейін) қолдау үшін өзгертілген протоколды пайдаланады, бірақ электрлік жағынан ұқсас. PCI X 2.0 электрлік сигнал деңгейін төмендетумен бірге 533 МГц жылдамдығын қосты. Орын физикалық тұрғыдан 3.3 В PCI орынымен бірдей өлшемде, орналасуында және контактілердің тағайындалуында толықтай сәйкес келеді. Электрлік сипаттамалары үйлесімді, бірақ қатаңрақ. Дегенмен, көптеген стандартты PCI слоттары 85 мм ұзындығындағы 32 биттік нұсқа болса, көптеген PCI X құрылғылары 130 мм ұзындығындағы 64 биттік слотты пайдаланады, сондықтан 64 биттік PCI жалғауыштар мен PCI X қолдауы бір-бірімен шатас келеді. Шындығында, PCI X 32 және 64 биттік PCI жалғауыштар үшін толық сипатталған, ал PCI X 2.0 кіріктірілген қолданбалар үшін 16 биттік нұсқасын қосты. Қазіргі заманғы құрылымдарда оның орнын ұқсас аталымы бар PCI Express (ресми түрде PCIe деп қысқартылады) басты, ол мүлдем басқа физикалық жалғауышқа және өте ерекше электрлік дизайнға ие, параллель қосылыстардың баяу жылдамдығының орнына бір немесе бірнеше тар, бірақ жылдам тізбектік байланыс жолақтарын ұсынады.

Негізгі фактілер және мотивация

PCI-де бірден аяқталмайтын транзакцияны мақсат немесе бастамашы қайталап сұрау циклдарын (retry cycles) шығару арқылы кейінге қалдырады, оның ішінде басқа агенттер PCI шинасын пайдалана алмайды. PCI-де мақсатқа кейінірек деректерді қайтаруға мүмкіндік беретін бөлінген жауап механизмі (split response mechanism) болмағандықтан, оқылған деректер дайын болғанға дейін шина мақсаттың қайталап сұрау циклдарын шығаруымен толып тұрады. PCI X-та, бас сұрауды жібергеннен кейін, ол PCI шинасынан ажыратылады, басқа агенттерге шинаны пайдалануға мүмкіндік береді. Сұралған деректерді қамтитын бөлінген жауап тек мақсат барлық сұралған деректерді қайтаруға дайын болған кезде ғана жасалады. Бөлінген жауаптар қайталап сұрау циклдарын жою арқылы шинаның тиімділігін арттырады, осы циклдар кезінде деректерді шина арқылы беру мүмкін емес. PCI-де сонымен қатар бірегей үзіліс желілерінің жетіспеушілігінен де мәселе туындады. Бар болғаны 4 үзіліс тізбегі (INT A/B/C/D) бар жүйелерде көптеген PCI құрылғылары бар болғандықтан, үзіліс желісін бөлісу үшін бірнеше функцияларды пайдалану қажет болды, бұл жүйе жағындағы үзілісті басқаруды қиындатты. PCI X Message Signalled Interrupts (хост жадына жазу арқылы жүзеге асырылатын үзіліс жүйесі) қосты. MSI режимінде функцияның үзілісі INTx желісін қолдану арқылы емес, хост жадындағы жүйелік конфигурацияланған аймаққа жады жазу арқылы беріледі. Мән мен мекенжай функцияға байланысты конфигурацияланғандықтан, MSI режиміндегі үзілістер арнайы болып табылады, бөлісілмейді. PCI X жүйесі MSI режиміндегі және INTx үзілістерін бір мезгілде пайдалануға мүмкіндік береді (бірақ бір функция екеуін де пайдалана алмайды). Тіркелген I/O-ның болмауы PCI-ді 66 МГц ең жоғары жиілікпен шектеді. PCI X I/O-лары PCI сағатына тіркелген, әдетте PLL арқылы I/O кідіруін белсенді басқару үшін шина тіректеріне. Орнату уақытын жақсарту жиілікті 133 МГц-ке дейін арттыруға мүмкіндік берді. Кейбір құрылғылар, ең бастысы Gigabit Ethernet карталары, SCSI контроллерлері (Fibre Channel және Ultra320) және кластерлік өзара байланыстар PCI шинасының 133 МБ/с жолақтығын өздігінен толыққанды пайдалана алатын. 66 МГц-қа дейін екі еселенген шина жылдамдығы және 64 битке дейін екі еселенген шина ені (пиндер саны 124-тен 184-ке дейін артты), жеке немесе біріктіріліп қолданылды. Бұл кеңейтулер PCI 2.x стандарттарының міндетті емес бөліктері ретінде қолдау таба бастады, бірақ негізгі 133 МБ/с-тан асып түсетін құрылғылардың үйлесімділігі қиын болып қала берді. Дамушылар ақырында 64 биттік және 66 МГц кеңейтуді негіз ретінде пайдаланды және болашақ қажеттіліктерді ескере отырып, тиісінше 532 МБ/с және 1064 МБ/с ең жоғары жолақтығы бар 66 МГц және 133 МГц нұсқаларын құрды. Бірлескен нәтиже PCI X ретінде PCI Special Interest Group (Association for Computing Machinery-нің арнайы қызығушылық тобы) ұсынылды. Кейінгі мақұлдау оны барлық компьютер жасаушылар қолдана алатын ашық стандартқа айналдырды. PCI SIG PCI X үшін техникалық қолдауды, оқытуды және сәйкестік сынағын бақылайды. IBM, Intel, Microelectronics және Mylex қолдаушы чипсеттерді әзірлеуге міндетті болды. 3Com және Adaptec үйлесімді шеткі құрылғыларды әзірлеуге міндетті болды. PCI X-ті индустрияда кеңінен қабылдауды жеделдету үшін Compaq өз веб-сайтында PCI X әзірлеу құралдарын ұсынды.

PCI-X 1.0

PCI X стандартын IBM, HP және Compaq бірлесіп әзірледі және 1998 жылы мақұлдауға ұсынды. Бұл PCI жергілікті шинасындағы меншік серверлік кеңейтімдерді реттеуге, PCI-дегі бірнеше кемшіліктерді жоюға, Gigabit Ethernet, Fibre Channel және Ultra3 SCSI карталары сияқты жоғары өткізгіштік құрылғыларының өнімділігін арттыруға, сондай-ақ процессорларды кластерлерде өзара байланыстыруға бағытталған күш-жігер болды. Intel компаниясы PCI X-ті шартты түрде ғана құптады, келесі буын шинасының «негізінен жаңа архитектура» болуы керектігін баса айтты. Intel-дің қолдауы болмағандықтан, PCI X компьютерлерде қабылдауға айналмады. EE Times басылымының Рик Мерриттің сөзіне сәйкес, «PCI SIG және үдетілген графикалық портты дамытуға жетекшілік еткен Intel өзара байланыс дизайнері арасындағы келіспеушілік Intel-дің бастапқы PCI X жобасынан бас тартуына әкелді». Дегенмен, PCI X интерфейсі Apple компаниясы тарапынан Power Macintosh G5-тің алғашқы бірнеше буындары үшін қысқа мерзімге қолданылды. Бірінші PCI X өнімдері 1998 жылы шығарылды, мысалы Adaptec AHA 3950U2B екі еселі Ultra2 Wide SCSI контроллері, бірақ сол кезде PCI X коннекторы қаптамада тек «64 биттік PCI» деп аталды, болашақтағы үйлесімділікке ишара жасады. Нақты PCI X бренді кейінірек, PCI X қолдауы бар негізгі платалар кеңінен қолжетімді болған кезде ғана стандартқа айналды. 2001 жылдың тамызында PCI Express туралы толыққанды мәліметтер жарияланған кезде PCI SIG төрағасы Роджер Типли «PCI X серверлерде мәңгі болады, себебі ол белгілі бір деңгейде функционалдықты қамтамасыз етеді және бұл функционалдық үшін 3GIO [PCI Express] -ке ауысудың қажеті болмауы мүмкін. Біз ISA-дан арылуға тырысқанда осыны түсіндік. ISA көптеген жүйелердің болуына байланысты ұзақ уақыт сақталды, олар жоғары көлемді бөліктер емес еді» деді. Типли сондай-ақ (сол кезде) PCI SIG PCI Express және PCI X 2.0-ны бірлескен жұмысқа біріктіруді жоспарлап отырғанын хабарлады, бірақ бұл атау ақырында дәстүрлі PCI-нің салыстырмалы түрде шағын өзгеруіне қолданылды.

PCI-X 2.0

2003 жылы PCI SIG PCI X 2.0 стандартын бекітті. Ол 266 МГц және 533 МГц нұсқаларын қосты, бұл шамамен 2,132 МБ/с және 4,266 МБ/с өнімділікке мүмкіндік берді. PCI X 2.0 жүйе тұрақтылығын жақсартуға бағытталған қосымша хаттамалық өзгерістер енгізеді және деректерді қайта жіберу қажеттілігін болдырмау үшін шинаға қателерді түзету кодтарын қосады. PCI X форма факторының ең көп таралған кемшіліктерінің бірі – 184 контактілі қосылыс болғандықтан, тығыз орынға ие құрылғыларда PCI X-ті пайдалануға мүмкіндік беретін 16 биттік порттар әзірленді. PCI Express сияқты, PtP функциялары да қосылды, бұл шинадағы құрылғылардың процессорға (CPU) немесе шина контроллеріне жүктеме салмай, бір-бірімен байланысуына мүмкіндік берді. PCI X 2.0-ның әртүрлі теориялық артықшылықтарына және PCI X және PCI құрылғыларымен артқа қарай үйлесімділігіне қарамастан, ол кеңінен қолданылмады (2008 жылға дейін). Бұл іске асырылмауының басты себебі – аппараттық өндірушілердің PCI Express технологиясын таңдауы болды. IBM өзінің System i5 Model 515, 520 және 525 модельдерінде PCI X 2.0 (266 МГц) қолдауын ұсынған аз ғана өндірушілердің бірі болды; IBM осы слоттарды 10 Gigabit Ethernet адаптерлері үшін қолайлы деп жарнамалады, оларды да ұсынды. HP кейбір ProLiant және Integrity серверлерінде PCI X 2.0 ұсынды және 266 МГц жылдамдықпен жұмыс істейтін екі портты 4 Гбит/с Fibre Channel адаптерлерін ұсынды. AMD өзінің 8132 Hypertransport to PCI X 2.0 туннельдік чипі арқылы PCI X 2.0 (266 МГц) қолдауын көрсетті. ServerWorks, әсіресе басшысы Раджу Вегесна арқылы, PCI X 2.0-ны белсенді түрде қолдады (бірінші буын PCI Express есебінен), бірақ ол Broadcom басшылығымен жол картасы бойынша келіспеушіліктерге байланысты қысқа уақыттан кейін жұмыстан босатылды. 2003 жылы Dell PCI X 2.0-дан бас тартып, PCI Express шешімдерін жылдам қабылдауды жөн көрді. PC Magazine хабарлағандай, Intel 2004 жылғы жоспарында PCI X-ті PCI Express пайдасына ысырып, соңғысы жүйедегі жауап беру уақыты және қуат тұтыну тұрғысынан маңызды артықшылықтарға ие екенін айтты, бұл олардың Tumwater чипсетіндегі "1000 контактілі апатты" болдырмау үшін жасалған қадам болды.

PCI-Express-пен салыстыру

PCI X жиі PCI Express-пен шатастырылады, бірақ карталардың өзі мүлдем үйлесімсіз және әртүрлі көрінеді. Олардың екеуі де ішкі перифериялық құрылғылар үшін жоғары жылдамдықты компьютерлік шиналар болғанымен, көптеген жағынан ерекшеленеді. Біріншісі – PCI X 64 биттік параллель интерфейс, ол 32 биттік PCI құрылғыларымен кері үйлесімді. PCIe – бұл PCI және PCI X-ты алмастыруға арналған, өзгеше физикалық интерфейсі бар сериялық, нүктеден нүктеге қосылыс. PCI X және стандартты PCI шиналары PCIe көпірінде жұмыс істей алады, бұл кейбір компьютерлерде ISA шиналары стандартты PCI шиналарында жұмыс істегеніне ұқсас. PCIe сондай-ақ PCI X және тіпті PCI X 2.0 максималды өткізу қабілеті бойынша сәйкес келеді. PCIe 1.0 x1 әр бағытта (жолақта) 250 МБ/с ұсынады, ал қазіргі уақытта әр бағытта 16 жолаққа дейін (x16) толық дуплексте қолдау көрсетіледі, бұл әр бағытта 4 ГБ/с өткізу қабілетін береді. PCI X 2.0 (максималды 64 биттік 533 МГц нұсқасында) 4266 МБ/с (≈4,3 ГБ/с) ең жоғары өткізу қабілетін ұсынады, бірақ тек жартылай дуплексте. PCI X, PCI Express-ке қарағанда технологиялық және экономикалық кемшіліктеріне ие. 64 биттік параллель интерфейсге сигналдардың бір уақытта немесе өте қысқа уақыт аралығында келуін қамтамасыз етуді қажет ететін күрделі трасса жүргізу талап етіледі, ал жақын слоттардағы шулар кедергі тудыруы мүмкін. PCIe-нің сериялық интерфейсі мұндай проблемалардан азырақ зардап шегеді, сондықтан оған мұндай күрделі және қымбат дизайн қажет емес. PCI X шиналары, стандартты PCI сияқты, жартылай дуплекс екі бағытты, ал PCIe шиналары толық дуплекс екі бағытты. PCI X шиналары тек ең баяу құрылғының жылдамдығымен жұмыс істейді, ал PCIe құрылғылары шина жылдамдығын тәуелсіз түрде келісе алады. Сонымен қатар, PCI X слоттары PCIe 1x-тен PCIe 16x-ке дейін ұзағырақ, бұл PCI X үшін қысқа карталарды жасауды мүмкін емес етеді. PCI X слоттары аналық платаларда көп орын алады, бұл ATX және кіші форматты факторлар үшін мәселе тудыруы мүмкін.