▷ Pci expres

În prezent, cel mai comun tip de slot de expansiune disponibil este numit PCI Express. În acest articol, veți afla tot ce trebuie să știți despre acest tip de conexiune: începuturile sale, modul în care funcționează, versiunile, sloturile și multe altele.

De la primul PC, lansat în 1981, echipa a avut sloturi de expansiune unde pot fi instalate carduri suplimentare pentru a adăuga funcții care nu sunt disponibile pe placa de bază a echipei. Înainte de a vorbi despre portul PCI Express, ar trebui să vorbim puțin despre istoricul sloturilor de expansiune pentru PC și principalele provocări ale acestora, astfel încât să înțelegeți ce face diferit portul PCI Express.

Indice de conținut

Tipuri de sloturi de expansiune

Mai jos sunt prezentate cele mai comune tipuri de sloturi de expansiune care au fost lansate pentru computer de-a lungul istoriei sale:

• ISA (Arhitectură Industrială Standardă) MCA (Arhitectură Microcanală) EISA (Arhitectură Industrială Standardă Extinsă) VLB (VESA Local Bus) PCI (Interconectare cu Componente Periferice) PCI-X (Interconectare Componentă Periferică Extinsă) AGP (Portul Grafic Accelerat) PCI Express (interconectare componentă periferică Express)

În general, noi tipuri de sloturi de expansiune sunt lansate atunci când se arată că tipurile de slot disponibile sunt prea lente pentru anumite aplicații. De exemplu, slotul ISA original disponibil pe computerul original IBM și pe PC-ul IBM XT și clonele sale au avut o rată de transfer teoretică maximă (adică lățimea de bandă) de doar 4, 77 MB / s.

Versiunea ISA pe 16 biți, lansată cu IBM PC AT în 1984, a dublat aproape lățimea de bandă disponibilă până la 8 MB / s, dar acest număr a fost extrem de scăzut chiar la vremea respectivă pentru aplicații cu lățime mare de bandă, cum ar fi video..

Ulterior, IBM a lansat slotul MCA pentru linia sa de computere PS / 2 și, deoarece a fost protejat de drepturi de autor, alți producători nu l-ar putea folosi decât dacă au intrat într-o schemă de licență cu IBM, ceva doar cinci companii (Tandy), Caise, Dell, Olivetti și mașini de cercetare).

Prin urmare, sloturile MCA erau limitate la câteva modele de PC de la aceste mărci. Nouă producători de PC-uri s-au reunit pentru a crea slotul EISA, dar nu a avut succes din două motive.

În primul rând, a menținut compatibilitatea cu slotul ISA inițial, deci rata de ceas a fost aceeași cu cea a slotului ISA pe 16 biți.

În al doilea rând, alianța nu a inclus producători de plăci de bază, așa că puține companii au avut acces la acest slot, la fel ca în cazul slotului MCA.

Primul slot real de mare viteză lansat a fost VLB. Cea mai mare viteză a fost obținută prin conectarea slotului la magistrala CPU locală, adică la magistrala externă a procesorului.

În acest fel, slotul a rulat cu aceeași viteză cu bus-ul extern al procesorului, care este cel mai rapid autobuz disponibil pe PC.

Majoritatea procesoarelor din acea vreme foloseau o viteză externă de ceas de 33 MHz, dar erau disponibile și procesoare cu viteze externe de ceas de 25 MHz și 40 MHz.

Problema cu acest autobuz a fost că a fost conceput special pentru autobuzul local al procesoarelor clasa 486. Când a fost lansat procesorul Pentium, acesta a fost incompatibil cu acesta, deoarece a folosit un autobuz local cu specificații diferite (frecvența de ceas externă de 66 MHz) în loc de 33 MHz și transferuri de 64 biți în loc de 32 biți).

Prima soluție din întreaga industrie a apărut în 1992, când Intel a condus industria să creeze slotul de expansiune final, PCI.

Ulterior, alte companii s-au alăturat alianței, care astăzi este cunoscută sub numele de PCI-SIG (PCI Special Interest Group). PCI-SIG este responsabil pentru standardizarea sloturilor PCI, PCI-X și PCI Express.

Care sunt porturile PCI Express

PCI Express, scurt pentru PCI-E sau PCIe, este cea mai recentă evoluție a magistralei PCI clasice și permite adăugarea cardurilor de expansiune la computer.

Este un port serial local, spre deosebire de PCI, care este paralel și a fost dezvoltat de Intel, care l-a introdus pentru prima dată în 2004, pe chipsetul 915P.

Putem găsi autobuze PCI Express în diferite versiuni; Există versiuni 1, 2, 4, 8, 12, 16 și 32 de benzi.

De exemplu, viteza de transfer a unui sistem PCI Express cu 8 benzi (x8) este de 2 GB / s (250 x8). PCI Express permite rate de date de la 250 MB / s la 8 GB / s în versiunea 1.1. Versiunea 3.0 permite 1 GB / s (985 MB de fapt) pe banda, în timp ce 2.0 doar 500 MB / s.

Pentru ce sunt porturile PCI Express?

Acest nou autobuz este utilizat pentru conectarea cardurilor de expansiune la placa de bază și este destinat să înlocuiască toate autobuzele de expansiune internă ale unui PC, inclusiv PCI și AGP (AGP a dispărut complet, dar PCI-ul clasic încă rezistă).

PCI, PCI-X și PCI Express

BTW, unii utilizatori au timp dificil să distingă între PCI, PCI-X și PCI Express („PCIe”). Deși aceste nume sunt similare, se referă la tehnologii complet diferite.

PCI este un autobuz independent de platformă care se conectează la sistem printr-un cip (pod, care face parte din chipsetul plăcii de bază). De fiecare dată când este lansat un nou procesor, puteți continua să utilizați același bus PCI prin reproiectarea cipului bridge în loc să reproiectați autobuzul, care a fost norma înainte de crearea magistralei PCI.

Deși teoretic alte configurații au fost posibile, cea mai comună implementare a magistralei PCI a fost cu un ceas de 33 MHz cu o cale de date pe 32 de biți, permițând o lățime de bandă de 133 MB / s.

Portul PCI-X este o versiune a magistralei PCI care funcționează la frecvențe mai mari de ceas și cu căi de date mai largi pentru placi de bază ale serverului, obținând o lățime de bandă mai mare pentru dispozitivele care necesită mai multă viteză, cum ar fi cardurile de memorie. controlatoare de rețea de înaltă calitate și RAID.

Când magistrala PCI s-a dovedit a fi prea lentă pentru plăci video high-end, slotul AGP a fost dezvoltat. Acest slot a fost utilizat exclusiv pentru plăci video.

În cele din urmă, PCI-SIG a dezvoltat o conexiune numită PCI Express. În ciuda numelui său, portul PCI Express funcționează radical diferit de magistrala PCI.

Diferite autobuze PCI Express

• PCI Express 1x cu o performanță de 250Mb / s este prezent într-una sau două copii pe toate plăcile de bază curente. / s este de asemenea rezervat serverelor PCI Express 16x cu o viteză de 4000Mb / s este foarte răspândit, prezent în toate plăcile grafice moderne și este formatul standard al plăcilor grafice.Portul PCI Express 32x cu performanța de 8000 Mb / s este același format ca PCI Express 16x și este adesea utilizat pe plăci de bază high-end pentru a alimenta autobuzele SLI sau Crossfire. Referințele acestor plăci de bază au adesea mențiunea „32”. Acest lucru permite două porturi PCI Express cu 16 benzi, spre deosebire de SLI-urile convenționale, cu fir pe 2 x 8 benzi sau Basic Crossfire, cu 1 × 16 + 1 × 4 benzi. Aceste plăci de bază sunt caracterizate și prin prezența unui pod suplimentar sud, dedicat doar autobuzului 32x.

PCI-SIG a anunțat PCI Express în revizuirea 4.0, oferind de două ori lățimea de bandă pe banda în comparație cu revizia 3.0.

Această revizuire include marjele de bandă, latența redusă a sistemului, capacități RAS superioare, etichete extinse și credite pentru dispozitivele de servicii, scalabilitatea pentru benzile și lățimea de bandă suplimentare, integrarea platformei și virtualizarea I / O îmbunătățită.

Diferențele dintre PCI și PCI Express

• PCI este un autobuz, în timp ce PCI Express este o conexiune serie la punct, adică conectează doar două dispozitive; niciun alt dispozitiv nu poate partaja această conexiune. Doar pentru a clarifica, pe o placă de bază care folosește sloturi PCI standard, toate dispozitivele PCI sunt conectate la magistrala PCI și au aceeași cale de date, astfel încât poate apărea un blocaj (adică o scădere a performanței, deoarece mai mult dispozitivul dorește să transmită date în același timp). Pe o placă de bază cu sloturi PCI Express, fiecare slot PCI Express este conectat la chipsetul de pe placa de bază folosind o bandă dedicată, nepartând această bandă (calea de date) cu alte sloturi PCI Express. De asemenea, dispozitivele încorporate în placa de bază, cum ar fi driverele de rețea, SATA și USB, se conectează de obicei la chipset-ul plăcii de bază utilizând conexiuni dedicate PCI Express. PCI și toate celelalte tipuri de sloturi de expansiune utilizează comunicații paralele, în timp ce PCI Express se bazează pe comunicații seriale de mare viteză, portul PCI Express se bazează pe benzi individuale, care pot fi grupate pentru a crea conexiuni cu lățime de bandă mai mare. „X” care urmează descrierea unei conexiuni PCI Express se referă la numărul de benzi pe care le folosește conexiunea.

Mai jos este prezentat un tabel comparativ cu principalele specificații ale sloturilor de expansiune care au existat pentru computer.

canelură	ceas	Număr de biți	Date pe ciclu de ceas	Lățimea benzii
ISA	4, 77 MHz	8	1	4, 77 MB / s
ISA	8 MHz	16	0.5	8 MB / s
MCA	5 MHz	16	1	10 MB / s
MCA	5 MHz	32	1	20 MB / s
EISA	8, 33 MHz	32	1	33, 3 MB / s (de obicei 16, 7 MB / s)
VLB	33 MHz	32	1	133 MB / s
PCI	33 MHz	32	1	133 MB / s
PCI-X 66	66 MHz	64	1	533 MB / s
PCI-X 133	133 MHz	64	1	1.066 MB / s
PCI-X 266	133 MHz	64	2	2.132 MB / s
PCI-X 533	133 MHz	64	4	4.266 MB / s
AGP x1	66 MHz	32	1	266 MB / s
AGP x2	66 MHz	32	2	533 MB / s
AGP x4	66 MHz	32	4	1.066 MB / s
AGP x8	66 MHz	32	8	2.133 MB / s
PCIe 1.0 x1	2, 5 GHz	1	1	250 MB / s
PCIe 1.0 x4	2, 5 GHz	4	1	1.000 MB / s
PCIe 1.0 x8	2, 5 GHz	8	1	2.000 MB / s
PCIe 1.0 x16	2, 5 GHz	16	1	4.000 MB / s
PCIe 2.0 x1	5 GHz	1	1	500 MB / s
PCIe 2.0 x4	5 GHz	4	1	2.000 MB / s
PCIe 2.0 x8	5 GHz	8	1	4.000 MB / s
PCIe 2.0 x16	5 GHz	16	1	8.000 MB / s
PCIe 3.0 x1	8 GHz	1	1	1.000 MB / s
PCIe 3.0 x4	8 GHz	4	1	4.000 MB / s
PCIe 3.0 x8	8 GHz	8	1	8.000 MB / s
PCIe 3.0 x16	8 GHz	16	1	16.000 MB / s

Transfer de date în portul PCI Express

Conexiunea PCI Express reprezintă un avans extraordinar în modul în care dispozitivele periferice comunică cu computerul.

Difera de magistrala PCI în multe moduri, dar cel mai important este modul în care se transferă datele.

Conexiunea PCI Express este un alt exemplu de tendință de migrare a transferului de date de la comunicare paralelă la comunicare în serie. Alte interfețe comune care utilizează comunicații seriale sunt USB, Ethernet (rețea) și SATA și SAS (stocare).

Înainte de PCI Express, toate autobuzele PC și sloturile de expansiune foloseau comunicații paralele. În comunicare paralelă, mai mulți biți sunt transferați în calea de date în același timp, în paralel.

În comunicarea în serie, un singur bit este transferat în calea de date pe ciclu de ceas. La început, aceasta face ca comunicarea paralelă să fie mai rapidă decât comunicarea în serie, cu cât numărul de biți este mai mare simultan, cu atât comunicarea va fi mai rapidă.

O comunicare paralelă, însă, suferă de unele probleme care împiedică transmisia să atingă viteze mai mari de ceas. Cu cât este mai mare ceasul, cu atât sunt mai mari problemele cu interferențe electromagnetice (EMI) și întârzierea propagării.

Când curentul electric curge printr-un cablu, în jurul lui este creat un câmp electromagnetic. Acest câmp poate induce curent electric în cablul adiacent, corupând informațiile transmise de acesta.

După cum am discutat anterior, fiecare bit de comunicație paralel este transmis pe un cablu separat, dar este aproape imposibil să faci acele 32 de cabluri exact la aceeași lungime pe o placă de bază. La viteze mai mari de ceas, datele transmise prin cabluri mai scurte ajung mai devreme decât datele transmise pe cabluri mai lungi.

Adică biții în comunicare paralelă pot ajunge târziu. În consecință, dispozitivul receptor trebuie să aștepte sosirea tuturor biților pentru a prelucra datele complete, ceea ce reprezintă o pierdere semnificativă a performanței. Această problemă este cunoscută sub numele de întârziere de propagare și se agravează odată cu creșterea frecvențelor de ceas.

Proiectul unui autobuz care utilizează comunicații în serie este mai ușor de implementat decât cel al unui autobuz care utilizează comunicații paralele, deoarece sunt necesare mai puține cabluri pentru a transmite date.

Într-o comunicare în serie tipică, sunt necesare patru cabluri: două pentru a transmite date și două pentru a primi, de obicei cu o tehnică de interferență anti-electromagnetică numită anulare sau transmisie diferențială. În caz de anulare, același semnal este transmis pe două cabluri, în timp ce al doilea cablu transmite semnalul „reflectat” (polaritate inversă) în comparație cu semnalul inițial.

Pe lângă faptul că asigură o imunitate mai mare la interferențele electromagnetice, comunicațiile în serie nu suferă de întârzieri de propagare. În acest fel, pot realiza frecvențe de ceas mai înalte mai ușor decât comunicațiile paralele.

O altă diferență foarte importantă între comunicarea paralelă și comunicarea în serie este că comunicarea paralelă este de obicei pe jumătate duplex (aceleași cabluri sunt utilizate pentru a transmite și primi date) datorită numărului mare de cabluri necesare pentru implementarea ei.

Comunicarea în serie este full-duplex (există un set separat de cabluri pentru a transmite date și un alt set de cabluri pentru a primi date), deoarece aveți nevoie de doar două cabluri în fiecare direcție. Cu o comunicare semi-duplex, două dispozitive nu se pot vorbi în același timp; una sau alta transmite date. Cu o comunicare full-duplex, ambele dispozitive pot transmite date în același timp.

Acestea sunt principalele motive pentru care inginerii au adoptat comunicarea în serie în loc de comunicarea paralelă cu portul PCI Express.

Comunicarea în serie este mai lentă?

Depinde de ceea ce compari. Dacă comparați o comunicare paralelă de 33 MHz care transmite 32 de biți pe ciclu de ceas, aceasta va fi de 32 de ori mai rapidă decât o comunicare serială de 33 MHz care transmite un singur bit la un moment dat.

Cu toate acestea, dacă comparați aceeași comunicare paralelă cu o comunicare în serie care rulează cu o frecvență de ceas mult mai mare, comunicarea în serie poate fi de fapt mult mai rapidă.

Comparați doar lățimea de bandă a magistralei PCI originale, care este de 133 MB / s (33 MHz x 32 biți), cu cea mai mică lățime de bandă care se poate realiza cu o conexiune PCI Express (250 MB / s, 2, 5 GHz x 1 bit).

Noțiunea că comunicarea în serie este întotdeauna mai lentă decât comunicarea paralelă provine de la computere mai vechi care aveau porturi numite „port serial” și „port paralel”.

În acel moment, portul paralel era mult mai rapid decât portul serial. Acest lucru s-a datorat modului în care aceste porturi au fost implementate. Aceasta nu înseamnă că comunicațiile seriale sunt întotdeauna mai lente decât comunicațiile paralele.

Sloturi și carduri grafice

Specificația PCI Express permite ca sloturile să aibă dimensiuni fizice diferite, în funcție de numărul de benzi conectate la slot.

Aceasta reduce dimensiunea spațiului necesar pe placa de bază. De exemplu, dacă este necesar un slot cu conexiune x1, producătorul plăcii de bază poate utiliza un slot mai mic, economisind spațiu pe placa de bază.

Multe plăci de bază au sloturi x16 conectate la șinele x8, x4 sau chiar x1. Cu caneluri mai mari, este important să știm dacă dimensiunile lor fizice se potrivesc cu adevărat cu viteza lor. De asemenea, unele mașini pot încetini atunci când benzile lor sunt partajate.

Cel mai frecvent scenariu este pe plăci de bază cu două sau mai multe sloturi x16. Cu mai multe plăci de bază, există doar 16 benzi care conectează primele două sloturi x16 la controlerul PCI Express. Acest lucru înseamnă că atunci când instalați o singură placă video, aceasta va avea lățimea de bandă x16 disponibilă, dar când instalați două plăci video, fiecare placă video va avea o lățime de bandă x8 fiecare.

Manualul plăcii de bază ar trebui să ofere aceste informații. Dar un sfat practic este să te uiți în interiorul slotului pentru a vedea câte contacte ai.

Dacă vedeți contactele dintr-un slot PCI Express x16 tăiate jumătate din ceea ce ar trebui să fie, acest lucru înseamnă că, în timp ce acest slot este fizic un slot x16, acesta are de fapt opt ​​benzi (x8). Dacă cu același slot vedeți că numărul de contacte este redus la un sfert din ceea ce ar trebui să aibă, vedeți un slot x16 care are de fapt doar patru benzi (x4).

Este important să înțelegem că nu toți producătorii de plăci de bază respectă această procedură; unii folosesc încă toate contactele, chiar dacă slotul este conectat la un număr mai mic de benzi. Cel mai bun sfat este să verificați informațiile corecte din manualul de bază.

Pentru a obține performanțele maxime posibile, atât cardul de expansiune, cât și portul PCI Express trebuie să fie de aceeași revizuire. Dacă aveți o placă video PCI Express 2.0 și o instalați pe un sistem cu port PCI Express 3.0, limitați lățimea de bandă la PCI Express 2.0. Aceeași placă video instalată într-un sistem mai vechi cu un controler PCI Express 1.0 va fi limitată la lățimea de bandă a PCI Express 1.0.

Utilizări și beneficii

Cu PCIe, administratorii centrelor de date pot profita de rețelele de mare viteză pe plăcile de bază ale serverului și se pot conecta la tehnologiile de rețea Gigabit Ethernet, RAID și Infiniband în afara rack-ului serverului. Magistrala PCIe permite, de asemenea, conexiunile între computere grupate utilizând HyperTransport.

Pentru laptopuri și dispozitive mobile, cardurile mini PCI-e sunt utilizate pentru a conecta adaptoarele de rețea wireless, stocarea discului SSD și alte acceleratoare de performanță.

Vă recomandăm să citiți:

PCI Express extern (ePCIe) vă permite să conectați placa de bază la o interfață PCIe externă. În cele mai multe cazuri, designerii utilizează ePCIe atunci când computerul necesită un număr neobișnuit de mare de porturi PCIe.