Tìm hiểu Bus PCI Express

Tìm hiểu Bus PCI Express
BÀI TẬP LỚN
MÔN: Thiết bị ngoại vi và kỹ thuật ghép nối
Giảng viên hướng dẫn : Thầy Phan Trung Kiên
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hồng Thái
Phạm Ngọc Toàn
Phạm Thị Bích Hồng
Đinh Thị Hiền
Lê Thị Mơ
Đinh Thị Hải
Nguyễn Văn Quý
Lớp K48 ĐHSP Tin
Nhóm 4 - 1 -
Tìm hiểu Bus PCI Express
Tìm hiểu Bus PCI Express
I. 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 PCI
PCI ( 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 triển
PCI 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 2002
Nhóm 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 2010
Các kiểu bus PCI
PCI 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 Mbps
Những 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 Express
Khe cắm mở rộng PCI 33Mhz, 32 bit màu trắng (bên phải) loại thông dụng
thường thấy trên các máy tính cá nhân
Nhóm 4 - 4 -
Tìm hiểu Bus PCI Express
Hình minh hoạ vị trí bus PCI trong bo mạch chủ
Đặc điểm
Chuẩn 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 1993
Được chọn làm chuẩn giao tiếp của hầu hết card thiết bị ngoại vi
Đáp ứng được yêu cầu về chuẩn bus tốc độ cao
Ngay 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 PCI
Ban 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 hành
Đặc 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 lý
Hoạt 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 Express
clock. Do đó, bus PCI hầu như được lấp đầy bởi dữ liệu. Tốc độ truyền tối đa trong
kiều cụm có thể lên đến 120MBps
Nhược 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 Express
Cách 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 Express
còn 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 thông
Hiện 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 -