Применение PCI и PCIe в картах видеозахвата

Интерфейс материнской платы, предназначенный для подключения карт видеозахвата.

Есть два основных типа слотов для карт видеозахвата на материнских платах: PCIe и USB. PCIe-слот находится внутри компьютера. У каждого такого слота есть своя пропускная способность, поэтому он хорошо подходит для одновременной записи нескольких видеопотоков. USB-слот проще в использовании, так как он находится снаружи компьютера, но его максимальная скорость передачи меньше, чем у PCIe. Эта статья в основном о PCIe и о том, как его используют в картах видеозахвата.

История и применение PCI и PCIe

PCI был разработан Intel в 1991 как стандарт шины PCI Local Bus, после чего стал основным стандартом шин. Впервые он использовался в серверах, затем начал появляться на персональных компьютерах. Сейчас производители материнских плат почти не устанавливают слоты PCI, вместо них они используют PCIe. Поэтому, кроме некоторых старых или бюджетных моделей, почти все современные карты видеозахвата используют слоты PCIe.

PCI Express, официальное сокращение - PCIe, представляет собой новое поколение стандарта шины. В начале 2001 года Intel предложила заменить шину PCI новой технологией 3G I/O, которая представляет собой архитектуру шины и внутреннее соединение нескольких чипов. К концу 2001 года более 20 ведущих компаний, включая Intel, AMD, DELL и IBM, начали разрабатывать спецификацию новой технологии, завершив ее в 2002 году. Она была официально названа PCI Express, сокращенно PCIe. В дополнение к использованию в карты видеозахвата, интерфейсы PCIe также широко применяются в SSD, сетевых картах, видеокартах и звуковых картах.

Преимущество PCIe перед PCI

1. По сравнению с PCI, PCIe предлагает гораздо более высокую скорость передачи данных по каждой линии.
2. Будучи последовательной шиной, линии PCIe могут использовать свои собственные выделенные полосы пропускания без влияния друг на друга, в отличие от параллельной шины PCI, общая пропускная способность которой фиксирована и может снижаться при добавлении дополнительных устройств. Таким образом, при использовании карт PCIe добавление дополнительной карты не повлияет на скорость передачи данных, тогда как при использовании PCI это может привести к снижению скорости.
3. PCIe использует двухточечную передачу, которая упрощает конструкцию и снижает затраты на разработку системы.

Скорость передачи данных, требуемая для захвата видео и скорости передачи PCIe

Захват видео требует значительного объема данных, в особенности при захвате видео в высоком разрешении HD или ультравысоком разрешении Ultra-HD. Далее представлены типичные значения разрешения источников видеосигнала и соответствующие требования к полосе пропускания. Вот некоторые примеры:

Наиболее распространенные типы интерфейсов PCIe включают PCIe x1, PCIe x4, PCIe x8 и PCIe x16. Чем больше число после “x”, тем больше выделенных полос пропускания имеет интерфейс. Например, PCIe x1 имеет одну полосу пропускания и может передавать данные со скоростью до 250 мегабайт в секунду, в то время как PCIe x4 имеет четыре полосы пропускания и способен передавать данные со скоростью около 1 гигабайта в секунду. PCIe x16 имеет шестнадцать полос пропускания и позволяет передавать данные со скоростью 4 гигабайта в секунду. Однако, реальная скорость передачи зависит от множества факторов, таких как характеристики материнской платы, чипсета, BIOS и других компонентов. Например, карта видеозахвата с интерфейсом PCIe x1 обычно обеспечивает скорость передачи около 200 мегабайт в секунду.

PCIe-интерфейс, слот и “установка нескольких плат в одном компьютере”.

Материнская плата компьютера имеет слоты PCIe разных размеров - x1, x4, x8, x16 и т.д. Когда пользователь хочет подключить карту к компьютеру через PCIe, он просто вставляет ее в соответствующий слот. Например, в слот x1 можно вставить карту x1. Если карта имеет размер, превышающий физический размер слота, ее можно вставить в больший слот, например, карту x1 можно вставить в слоты x4, x8 или x16. Это позволяет решить проблему недостатка слотов на материнской плате. Благодаря этой функции, на одну материнскую плату можно установить несколько плат с интерфейсами PCIe и они будут работать одновременно. Эта функция называется “установка нескольких карт на одном компьютере”. При захвате видео, установка нескольких плат на один компьютер позволяет вести запись видео одновременно с использованием нескольких карт Magewell.

PCIe 1.x, 2.x, 3.x

В настоящее время уже доступны пять версий интерфейса PCIe: PCIe 1.x, PCIe 2.x и последняя версия PCIe 5.x. PCIe 2.x увеличивает скорость передачи данных в два раза по сравнению с PCIe 1.x, в то время как PCIe 3.x удваивает скорость передачи данных PCIe 2.x. и т.д. Карты, совместимые с PCIe 2.x, могут быть установлены в слоты PCIe 1.x, однако скорость передачи данных ограничена скоростью PCIe 1.x. На рынке все еще популярны устройства, работающие на основе PCIe 1.x, и теперь появляются устройства, использующие PCIe 2.x. Хотя PCIe 1.x полностью удовлетворяет потребности в захвате стандартного видео, для захвата видео в формате HD или Ultra-HD пользователи могут наслаждаться более высокой скоростью и плавностью захвата видео с использованием устройств PCIe 2.x.

Mini PCIe

Помимо описанных стандартных интерфейсов PCIe, существует также Mini PCIe, который использует ту же технологию. По характеристикам он не отличается от стандартного PCIe, за исключением меньшего размера. Обычно он используется в терминалах и цифровых дисплеях. Устройства Mini PCIe могут быть установлены в ноутбуки и настольные компьютеры со слотами для Mini PCIe.