PCI & PCI-X Peripheral Component Interconnect

1. PCI & PCI-X Peripheral Component Interconnect

2. ประวัติและความเป็นมาของ PCI ระบบ PCI หรือ Peripheral Component Interconnect เป็น Local Bus อีกแบบหนึ่ง ที่พัฒนาขึ้นโดย Intel ในเดือนกรกฎาคม ปี 1992 แรกเริ่มที่เปิดตัวนั้น PCI จะเป็นระบบบัสแบบ 32 Bit ที่ทำงานด้วยความเร็ว 33 MHz ซึ่งสามารถให้อัตราเร็วในการส่งผ่านข้อมูลถึง 133 M/s ต่อมา เมื่อ Intel เปิดตัว CPU ใน Generation ที่ 5 ของตน Intel Pentium ซึ่งเป็น CPU ขนาด 64 Bit ทาง Intel ก็ได้ทำการกำหนดมาตรฐาน ของ PCI เสียใหม่ เป็น PCI 2.0 ในเดือนพฤษภาคม ปี 1993 ซึ่ง PCI 2.0 นี้ก็จะมีความกว้างของเส้นทางข้อมูลถึง 64 Bit ซึ่งหากใช้งานกับ Card 64 Bit แล้ว ก็จะสามารถให้อัตราเร็วในการส่งผ่านที่สูงสุดถึง 266 M/s แม้ว่าทาง Intel จะเปิดตัวมาตรฐาน PCI ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1992 แต่ก็ยังไม่มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายมากนัก จนกระทั่งทาง Microsoft ทำการเปลี่ยนแปลงระบบปฏิบัติการหลัก จาก DOS มาเป็น ระบบปฏิบัติการแบบ Windows อย่างเต็มตัวในปี ค.ศ. 1995 ก็คือ Windows95 ที่มีรหัสว่า Chicago นั่นเองทำให้ PCI ได้เป็นที่รู้จักกันมากขึ้น ก็เพราะระบบปฏิบัติการ Windows95 นั้น รองรับคุณสมบัติพิเศษที่เรียกว่า Plug and Play ( PnP ) ด้วยนั่นเอง

3. PCI Slot คืออะไร..?? PCI หรือ Peripheral Component Interconnection เป็น Local Bus แบบหนึ่งที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันหลาย ๆ คนอาจจะไม่คุ้นเคยกับคำว่า Local Bus ซึ่งจริง ๆ แล้วมันหมายถึงระบบบัสที่มีเส้นสายสัญญาณที่เชื่อมต่อกันโดยตรงระหว่างบัสของไมโครโปรเซสเซอร์ (System Bus) กับ Local Bus ซึ่งทำให้อัตราความเร็วและขนาดของบิตข้อมูลเท่ากับตัวซีพียู แต่ในระบบ PCI Bus จริง ๆ แล้วไม่ได้เชื่อมต่อกับ System Bus แต่จะเชื่อมต่อผ่านกับชุดระบบ PCI Chip Set ซึ่งจะมีข้อดีที่ว่า จะไม่ใช้กระแสไฟจากสัญญาณของ System Bus ทำให้สามารถมีจำนวนของ PCI Slot ได้มาก ส่วนขนาดของบิตข้อมูลที่ใช้ติดต่อกันระหว่าง PCI I/O Card กับซีพียูจะมีขนาด 32 บิต ซึ่งจะทำให้ไม่เกิดปัญหาคอขวด แต่จะมีปัญหาอยู่ที่ความเร็วการทำงานที่ 33.3 MHz อัตราความเร็วในการรับส่งข้อมูลบน PCI Bus เป็นดังนี้33 MHz x 32 Bit = 1,056 Mbit/Sec หรือ 132 MB/Sec ซึ่งหาเป็นระบบ PCI Bus ขนาด 64 บิต เราจะได้ความเร็วที่เพิ่มขึ้นกว่าเท่าตัว หรือประมาณ 264MB/Sec ซึ่งจะเหมาะสมกับงาน Graphics ขนาดใหญ่ต่าง ๆ

4. รูปแบบของระบบ PCI Bus • PCI Bus มีอยู่ 2 แบบ คือแบบ 32 บิต และ 64 บิต • มีการแบบใช้แรงดันไฟ +3.3v และ +5v สำหรับระบบบนเครื่อง PC ทั่วไปที่เป็นขนาด 32 บิต จะใช้ +3.3v • - สามารถถ่ายเทข้อมูลแบบ Burst Mode ที่มีขนาดของข้อมูลที่ส่งถ่ายกันมีขนาดไม่แน่นอน- เป็นระบบ Plug n Play หรือ PnP ที่คุ้นเคย ซึ่ง PnP ก็คือสามารถจัดตั้งค่า Configuration ในทางฮาร์ดแวร์โดยอัตโนมัติ ซึ่งสามารถตั้งค่าที่จะไม่ให้เกิดการอินเทอร์รัพต์ระหว่างกัน- สามารถทำงานแบบ Concurrent Bus PCI ได้ ซึ่งก็แปลว่า card ที่ติดตั้งต่าง ๆ สามารถทำงานได้พร้อมกันได้- PCI Bus มีระบบตรวจสอบความผิดพลาดและรายงานขณะส่งถ่ายข้อมูล- เป็นระบบ Bus ที่ไม่ขึ้นกับ Processor ใด ๆ อีกทั้งยังสามารถ Configuration โดยผ่านทาง Bios Setup - อุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ติดตั้งอยู่บน PCI Bus จะใช้เวลาการเข้าถึง (Access) ต่ำ (Low Latency) ซึ่งจะลดเวลาในการร้องขอในการทำงานในระบบ- มีระบบ Write Posting และ Read Prefetchingซึ่งก็คือการเตรียมเขียนข้อมูลคำสั่งไว้ล่วงหน้า และการเตรียมการอ่านข้อมูลคำสั่งไว้ล่วงหน้า เพื่อเป็นการประหยัดเวลาที่ใช้เตรียมอ่าน เขียนคำสั่งต่อไป

5. รูปแบบของระบบ PCI Bus Card ที่ใช้งานกับ Slot PCIนั้น จะใช้เป็นแบบ 47 Pin แต่ถ้าเป็น Mastering Cardซึ่งไม่จำเป็นต้องอาศัยการควบคุมภายนอกอื่นๆ จากทาง CPU เลย จะใช้ Card แบบ 49 Pin แต่อย่างไรก็ตามแม้จะมีใช้งานถึง 47 Pin แต่ระบบ PCIบัสนั้น ก็สามารถทำงานได้ แม้จะใช้งาน Pin ไม่ถึง 47 Pin ซึ่งอาจจะใช้เพียงแค่ 10 Pin ก็สามารถทำงานได้ ขึ้นอยู่กับ ทวิกำลัง หรือ Multiplexingของอุปกรณ์นั้นๆ

6. ตารางเปรียบเทียบ PCI Bus กับชนิดบัสชนิดต่างๆ -

7. รูปแสดงการเปรียบเทียบ Slot PCI ชนิดต่างๆ

8. มาตรฐานต่าง ๆ ของ PCI ในปัจจุบัน • - PCI 2.0 ทำงานที่ความเร็ว 30-33 MHz - PCI 2.1 สนับสนุนการทำงานที่ความเร็ว 66 MHz - PCI 2.2 สนับสนุน slot ได้สูงถึง 5 slot และยังรองรับ PCI card แบบ Bus Master • PCI 2.3 สนับสนุนการทำงานที่ความเร็ว 33-66 MHz • PCI Express พัฒนามาจาก PCI ธรรมดาเหมือนแต่ทำให้ความเร็วสูงขึ้น • - PCI-X (extended)

9. PCI Express PCI-Express ได้รับความเห็นชอบให้เป็นมาตรฐานเมื่อวันที่ 17 เมษายน ปี 2002 โดยเป็นการวิวัฒนาการต่อจากบัส PCI ที่มีอยู่ ดังนั้นจึงยังคงเข้ากันได้ทางด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์กับอุปกรณ์ PCI ล่าสุดทั้งหมดอย่างสมบูรณ์ แต่กระนั้นก็ดี PCI-Express เป็นบางสิ่งบางอย่างที่ใหม่ถอดด้าม เทคโนโลยีสำหรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต โดยเฉพาะกราฟิกการ์ด มีแบนด์วิธกว้างกว่าและความเร็วสูงกว่ามาตรฐาน PCI ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน มาตรฐาน PCI จะมีความเร็วในการส่งผ่านข้อมูลสูงสุดที่ 133 เมกะไบต์ต่อวินาที (MBps) และเป็นการส่งผ่านแบบทิศทางเดียว เทียบกับ 250 MBps ต่อทิศทางของ PCI Express และเป็นการส่งผ่านข้อมูลแบบ 2 ทิศทาง รวมเป็นแบนด์วิธทั้งสิ้น 500MBps นั่นหมายถึงความเร็วโดยรวมของระบบที่สูงขึ้น และประสิทธิภาพในการใช้งานเครือข่ายกิกะบิตที่สูงขึ้ น ซึ่งปกติจะเกิดปัญหาคอขวด ทั้งยังเป็นการปูทางสำหรับเทคโนโลยีที่จะเกิดขึ้นในอ นาคต เช่น HDTV (High-Definition TV) และกราฟิกเทคโนโลยีระดับแอดวานซ์ ด้วย

10. PCI Express PCIExpressนั้นเป็นบัสที่ทำงานแบบ Serial และสามารถเลือกใช้ความเร็วมากน้อยตามต้องการได้ โดยแบ่งออกเป็นช่องสัญญาณ (channel) หรือ lane ของ PCIซึ่งจะมีความเร็วในการรับส่งข้อมูลแต่ละทิศทาง 250 MB/sec และรวมสองทาง (Full-Duplex) สูงถึง 500 MB/sec ซึ่งขั้นต่ำสุดเรียกว่า PCIExpress x1 ถูกออกแบบให้มาแทนที่ PCI Bus แบบเดิม ประกอบด้วย 1 lane สล็อตก็จะสั้นหน่อย ส่วนขั้นถัดไปจะมีความเร็วเพิ่มขึ้นเป็น 2, 4, 8 และ 16 เท่าตามลำดับ ก็จะประกอบด้วย 2, 4, 8 และ 16 lane ที่รับส่งข้อมูลพร้อมกัน สล็อตก็จะยาวขึ้น (มีขั้วต่อมากขึ้น) เรียกว่าเป็น PCIExpress x2, x4, x8 และสูงสุดคือ PCIExpress x16 ที่เร็วถึง 8 GB/sec ซึ่งจะมาแทนที่สล็อตแบบ AGP 8x ที่ใช้กันอยู่ นอกจากนี้ด้วยข้อจำกัดที่มีมานมนาน เมนบอร์ดส่วนใหญ่จะสามารถมีสล็อต AGP ได้เพียงสล็อตเดียวเท่านั้น แต่สำหรับมาตรฐานใหม่อย่าง PCIExpress x16 ที่จะมาแทนที่สล็อต AGP แบบเดิมนั้นจะสามารถมีได้มากกว่า 1 ช่องบนเมนบอร์ดเดียวกัน รูป Slot เทียบระหว่างบน PCI แบบเดิม กับ ล่าง PCI Express x16 164-pin

11. PCI Express

12. PCI-X Slot คืออะไร ? PCI-X เป็น Technology Bus ที่ใช้ใน PC โดยให้ Chip นั้นแลกเปลี่ยนข้อมูลได้เร็วกว่า PCI แบบเก่า PCI-X ในปัจจุบันมี 2 version PCI-X 1.0 และ PCI-X 2.0 โดย Version 1.0 รองรับในระดับความเร็วตั้งแต่ PCI-X66 ถึง PCI-X133 ส่วนใน Version 2.0 จะรองรับที่ PCI-X 66 ถึง PCI-X 533 ซึ่งจะสามารถส่งข้อมูลได้ถึง 4.2 GB/S โดยตัวเลขที่ต่อท้าย X นั้นระบุถึงค่า MHz ของ clock โดย BUS สำหรับ PCI-X อยู่ที่ 64 Bit PCI-X Slot คือ PCI slot ที่ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับการทำงานของ 64bit architecture และมีความเร็วสูงถึง 133MHz ปัจจุบันจะพบเห็นได้เฉพาะกับเครื่องพีซีที่เป็นเซอร์ฟเวอร์รุ่นใหม่ๆ เท่านั้น จุดเด่นของมันคือ1. รองรับการเคลื่อนที่ของข้อมูล (Transfer) ได้มากกว่า 1 Gigabyte per second เหมาะกับการส่งผ่านข้อมูลเร็วๆ เช่นการ์ดตัดต่อวิดีโอ, กิกะบิตอีเทอร์เน็ต2. ช่วยลดคอขวดของข้อมูล ทำให้ CPU ทำงานน้อยลง3. สามารถรองรับ และสนับสนุนอุปกรณ์การ์ด PCI รุ่นเก่าด้วย4. อุปกรณ์ PCI เก่าๆ ที่เป็น 33MHz หรือ 66MHz จะมีประสิทธิภาพมากขึ้น อาจถึง 25% เมื่อใช้ใน PCI-X5. ในแต่ละ PCI-X BUS สามารถใช้สปีดของการ์ดที่แตกต่างกันอย่างอิสระ ลดปัญหาขัดแย้งกันกับ Bus speed

13. ข้อแตกต่างของ PCI-X 2.0 กับ PCI-X 1.0? PCI-X 2.0 นั้นเป็นมาตรฐานใหม่ที่ทั้งเร็วและมีความกว้างของสัญญาณกว่ามาตรฐาน PCI ที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้มาก โดยในรุ่น 2.0 นี้ จะรองรับถึงระดับความเร็ว 533 MHz ต่างจากในรุ่น 1.0 ที่จะมีด้วยกัน 2 แบบ คือ PCI-X 66 และ PCI-X 133 ที่ให้อัตราการรับส่งข้อมูลในแบบ 64 Bit เกินกว่า 1 GB/s ส่วนในรุ่น 2.0 นี้ ก็จะมาด้วยกัน 2 แบบเช่นกัน คือ PCI-X 266 และ PCI-X 533 ซึ่งจะให้อัตราการรับส่งข้อมูลสูงถึง 4.3 GB/s ที่สูงกว่ามาตรฐาน PCI ในปัจจุบัน ถึง 32 เท่า โดยนอกเหนือจากเรื่องของความเร็วแล้ว ก็ยังมีเรื่องของความเชื่อถือได้ของข้อมูล ซึ่ง PCI-X 2.0 นี้ จะรองรับมาตรฐาน ECC ซึ่งช่วยตรวจสอบความผิดพลาดและช่วยแก้ไขข้อผิดพลาดของข้อมูลได้อีกด้วย

14. ตารางเปรียบเทียบ PCI ชนิดต่างๆ

15. แนวโน้มการพัฒนาในอนาคตแนวโน้มการพัฒนาในอนาคต PCI Express 3.0 เตรียมตัวพบกับ PCIExpressความเร็วสูง 8 กิกะทรานเฟอร์ต่อวินาที ในคอมพิวเตอร์ใกล้ตัวคุณ ใน อีก 3 ปี กลุ่ม PCI-SIG ได้ประกาศถึงนวัตกรรมใหม่ของระบบบัสแบบ PCIExpressในเครื่องคอมพิวเตอร์ โดยจะเรียกว่า PCIExpress 3.0 นั้นจะเพิ่มความเร็วจาก PCIe 2.0 เดิมถึง 2 เท่าโดยการออกแบบนั้นจะเน้นเพิ่มประสิทธิภาพแต่ขณะเดียวกันยังคงมีความเข้ากันได้กับระบบเดิม นั่นหมายถึงสามารถใช้ได้กับ PCIe 1.0 และ PCIe 2.0 ด้วย PCIe 3.0 ยังคงอยู่ในระหว่างการพัฒนา และจะยังไม่ออกมาให้เราเห็นกระทั่งปี 2009 ที่จะถึงนี้ ทางกลุ่มก็คาดหวังว่าอุตสาหกรรมจะเปลี่ยนมาใช้ระบบใหม่นี้ในอีกราว 2 ปี คือ 2010-2011 แม้ว่าตอนนี้ทางกลุ่มก็ยังไม่แน่ใจว่าจะมีบริษัทใดบ้างที่จะให้การสนับสนุน PCIe 3.0 แต่ก็มีแนวโน้มว่ากว่า 900 บริษัทที่เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มนี้ ยังคงให้การผลักดัน “กราฟิกนั้นเป็นส่วนสำคัญของการเติบโตของ PCIExpressและมันเป็นส่วนสำคัญในการสร้างความเปลี่ยนแปลงให้กับตัวเทคโนโลยีเอง” ท้ายสุดเทคโนโลยีจะต้องเดินหน้าต่อไป ไม่หยุดนิ่ง และบริษัทต่างๆต้องให้การสนับสนุนระบบ PCIe 3.0 อย่างแน่นอน มีข่าวเพิ่มเติมมาว่า PCIe อาจจะเปลี่ยนโปรโตคอลใหม่สำหรับการขยับขยายไปเป็นเวอร์ชั่นใหม่ในครั้งนี้อีกด้วย ทั้งนี้เพื่อการใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

16. คำถาม • อัตราความเร็วในการรับส่งข้อมูลบน PCI Bus ที่เหมาะสมกับงาน Graphics มีความเร็วเท่าไร • ทำงานแบบ Concurrent Bus PCI คือการทำงานแบบใด • PCI-X ใช้ทำงานกับเครื่องแบบใด • การส่งผ่าข้อมูลของ PCI Express เป็นการส่งข้อมูลแบบกี่ทิศทาง • ระบบ PCI ถูกพัฒนาขึ้นโดยบริษัทอะไร ในปี ค.ศ.อะไร