▷ Pci express

В даний час найпоширеніший тип доступних слотів для розширення називається PCI Express. У цій статті ви дізнаєтесь все, що вам потрібно знати про цей тип підключення: його початки, спосіб його роботи, версії, слоти тощо.

Починаючи з першого ПК, випущеного в 1981 році, у команди були слоти для розширення, де можна встановити додаткові картки для додавання функцій, недоступних на материнській платі команди. Перш ніж говорити про порт PCI Express, ми повинні трохи поговорити про історію слотів розширення ПК та їх основні проблеми, щоб ви могли зрозуміти, чим відрізняється порт PCI Express.

Зміст індексу

Типи слотів розширення

Нижче перераховані найпоширеніші типи слотів для розширення, які були випущені для ПК протягом усієї його історії:

• ISA (стандартна архітектурна промисловість) MCA (мікроканальна архітектура) EISA (розширена промислова стандартна архітектура) VLB (локальна шина VESA) PCI (периферичний компонентний взаємозв'язок) PCI-X (розширений периферичний компонент), AGP (прискорений графічний порт) PCI Експрес (Експрес-з'єднання периферійних компонентів)

Як правило, нові типи слотів для розширення вивільняються, коли наявні типи слотів виявляються занадто повільними для певних програм. Наприклад, оригінальний слот ISA, доступний на оригінальному комп'ютері IBM та на ПК IBM XT, та його клони мали максимальну теоретичну швидкість передачі (тобто пропускну здатність) лише 4, 77 Мб / с.

16-розрядна версія ISA, випущена разом із IBM PC AT у 1984 році, майже подвоїла доступну пропускну здатність до 8 Мб / с, але це число було надзвичайно низьким навіть у той час для додатків із високою пропускною здатністю, таких як відео..

Пізніше IBM випустила слот MCA для своєї лінійки комп'ютерів PS / 2, і оскільки він був захищений авторським правом, інші виробники могли використовувати його лише в тому випадку, якщо вони вступили в ліцензійну схему з IBM, що зробили лише п'ять компаній (Tandy, Абрикоси, Dell, Olivetti та дослідницькі машини).

Тому слоти MCA були обмежені кількома моделями ПК від цих брендів. Дев'ять виробників ПК зібралися разом, щоб створити слот EISA, але це було невдало з двох причин.

По-перше, він підтримував сумісність з оригінальним слотом ISA, тому його тактова частота була такою ж, як у 16-бітного слота ISA.

По-друге, альянс не включав виробників материнських плат, тому мало хто з компаній мав доступ до цього слота, як і в слоті MCA.

Першим справжнім швидкісним слотом, який був випущений, був VLB. Найвища швидкість була досягнута шляхом з'єднання слота з локальною шиною процесора, тобто із зовнішньою шиною процесора.

Таким чином слот працював з тією ж швидкістю, що і зовнішня шина процесора, яка є найшвидшою шиною, доступною на ПК.

Більшість процесорів у той час використовували зовнішню тактову частоту 33 МГц, але також були доступні процесори із зовнішніми тактовими частотами 25 МГц і 40 МГц.

Проблема цієї шини полягала в тому, що вона була спеціально розроблена для локальної шини процесорів класу 486. Коли вийшов процесор Pentium, він був несумісний з ним, оскільки використовував локальну шину з різними специфікаціями (зовнішня тактова частота 66 МГц замість 33 МГц і 64-розрядні передачі даних замість 32-бітних).

Перше загальнорозробне рішення з'явилося в 1992 році, коли Intel очолила цю галузь для створення остаточного слота розширення - PCI.

Пізніше до альянсу вступили інші компанії, які сьогодні відомі як PCI-SIG (PCI Special Interest Group). PCI-SIG відповідає за стандартизацію слотів PCI, PCI-X та PCI Express.

Що таке порти PCI Express

PCI Express, короткий для PCI-E або PCIe, є останньою еволюцією класичної шини PCI і дозволяє додавати до комп'ютера карт розширення.

Це локальний послідовний порт, на відміну від PCI, який є паралельним, і був розроблений Intel, яка вперше представила його в 2004 році, на чіпсеті 915P.

Ми можемо знайти шини PCI Express у різних версіях; Існують версії 1, 2, 4, 8, 12, 16 та 32 смуги.

Наприклад, швидкість передачі 8-смугової (x8) системи PCI Express становить 2 ГБ / с (250 х8). PCI Express дозволяє швидкості передачі даних від 250 Мб / с до 8 Гб / с у версії 1.1. Версія 3.0 дозволяє 1 ГБ / с (фактично 985 МБ) на смугу руху, тоді як 2, 0 лише 500 МБ / с.

Для чого потрібні порти PCI Express?

Ця нова шина використовується для підключення карт розширення до материнської плати і призначена для заміни всіх внутрішніх шин розширення ПК, включаючи PCI і AGP (AGP повністю зник, але класичний PCI все ще чинить опір).

PCI, PCI-X і PCI Express

До речі, деякі користувачі важко розрізняють PCI, PCI-X і PCI Express ("PCIe"). Хоча ці назви схожі, вони стосуються абсолютно різних технологій.

PCI - це платформа, незалежна від шини, яка підключається до системи за допомогою мікросхема моста (bridge, який є частиною чіпсета материнської плати). Щоразу, коли випускається новий процесор, ви можете продовжувати використовувати ту саму шину PCI, переробляючи мікросхему замість перепроектування шини, що було нормою до створення шини PCI.

Хоча теоретично можливі й інші конфігурації, найбільш поширеною реалізацією шини PCI була тактова частота 33 МГц із 32-бітовим трактом передачі даних, що дозволяє пропускну здатність 133 Мб / с.

Порт PCI-X - це версія шини PCI, яка працює на більш високих тактових частотах і з більш широкими шляхами передачі даних для материнських плат сервера, досягаючи більшої пропускної здатності для пристроїв, які вимагають більшої швидкості, наприклад, карт пам'яті. мережеві та RAID-контролери високого класу.

Коли шина PCI виявилася занадто повільною для відеокарт високого класу, слот AGP був розроблений. Цей слот використовувався виключно для відеокарт.

Нарешті, PCI-SIG розробив з'єднання під назвою PCI Express. Незважаючи на свою назву, порт PCI Express працює кардинально відрізняється від шини PCI.

Різні шини PCI Express

• PCI Express 1x зі швидкістю 250 Мбіт / с присутній в одній або двох копіях на всіх поточних материнських платах PCI Express 2x з продуктивністю 500Mb / s менш розширений, зарезервований для серверів. PCI Express 4x з продуктивністю 1000Mb. / s також зарезервовано для серверів. PCI Express 16x зі швидкістю 4000 Мбіт / с є дуже поширеним, присутній у всіх сучасних відеокартах і є стандартним форматом відеокарт. Порт PCI Express 32x з продуктивністю 8000 Мб / с - це той же формат, що і PCI Express 16x, і часто використовується на материнських платах високого класу для живлення шин SLI або Crossfire. У посиланнях на ці материнські плати часто є згадка "32". Це дозволяє два провідних порти PCI Express на 16 смуг, на відміну від звичайних SLI, провідних у 2 х 8 смугах або Basic Crossfire, підключених у смугах 1 × 16 + 1 × 4. Для цих материнських плат характерна також наявність додаткового південного мосту, присвяченого лише шині 32x.

PCI-SIG оголосив PCI Express у версії 4.0, пропонуючи вдвічі більше пропускної здатності на смугу руху порівняно з версією 3.0.

Цей огляд включає в себе межі смуги руху, зменшену затримку системи, чудові можливості RAS, розширені мітки та кредити для сервісних пристроїв, масштабованість додаткових смуг та пропускної здатності, інтеграцію платформи та покращену віртуалізацію вводу / виводу.

Відмінності між PCI та PCI Express

• PCI - це шина, тоді як PCI Express - це послідовне з'єднання "точка-точка", тобто воно з'єднує лише два пристрої; жоден інший пристрій не може поділитися цим з’єднанням. Для уточнення, на материнській платі, яка використовує стандартні слоти PCI, всі пристрої PCI підключені до шини PCI і мають однаковий шлях передачі даних, тому може виникнути вузьке місце (тобто зниження продуктивності, оскільки більше пристрій хоче одночасно передавати дані). На материнській платі з слотами PCI Express кожен слот PCI Express підключається до чіпсету на материнській платі за допомогою виділеної смуги, не поділяючи цю смугу (шлях даних) з іншими слотами PCI Express. Також пристрої, вбудовані в материнську плату, такі як мережеві, контролери SATA та USB, як правило, підключаються до чіпсету материнської плати за допомогою виділених підключень PCI Express. PCI та всі інші типи слотів розширення використовують паралельні комунікації, в той час як PCI Express покладається на високошвидкісні послідовні комунікації, порт PCI Express покладається на окремі смуги, які можна об'єднати для створення більш високих пропускних можливостей. "X", який слідує за описом з'єднання PCI Express, відноситься до кількості смуг, які використовує з'єднання.

Нижче наведена порівняльна таблиця основних специфікацій слотів розширення, які існували для ПК.

Борозенка	Годинник	Кількість біт	Дані за тактовий цикл	Ширина смуги
ISA	4, 77 МГц	8	1	4, 77 Мб / с
ISA	8 МГц	16	0, 5	8 Мб / с
MCA	5 МГц	16	1	10 Мб / с
MCA	5 МГц	32	1	20 Мб / с
EISA	8, 33 МГц	32	1	33, 3 Мб / с (зазвичай 16, 7 Мб / с)
VLB	33 МГц	32	1	133 Мб / с
PCI	33 МГц	32	1	133 Мб / с
PCI-X 66	66 МГц	64	1	533 Мб / с
PCI-X 133	133 МГц	64	1	1, 066 Мб / с
PCI-X 266	133 МГц	64	2	2132 Мб / с
PCI-X 533	133 МГц	64	4	4, 266 Мб / с
AGP x1	66 МГц	32	1	266 Мб / с
AGP x2	66 МГц	32	2	533 Мб / с
AGP x4	66 МГц	32	4	1, 066 Мб / с
AGP x8	66 МГц	32	8	2133 Мб / с
PCIe 1.0 x1	2, 5 ГГц	1	1	250 Мб / с
PCIe 1.0 x4	2, 5 ГГц	4	1	1000 Мб / с
PCIe 1.0 x8	2, 5 ГГц	8	1	2000 Мб / с
PCIe 1.0 x16	2, 5 ГГц	16	1	4000 Мб / с
PCIe 2.0 x1	5 ГГц	1	1	500 Мб / с
PCIe 2.0 x4	5 ГГц	4	1	2000 Мб / с
PCIe 2.0 x8	5 ГГц	8	1	4000 Мб / с
PCIe 2.0 x16	5 ГГц	16	1	8 000 Мб / с
PCIe 3.0 x1	8 ГГц	1	1	1000 Мб / с
PCIe 3.0 x4	8 ГГц	4	1	4000 Мб / с
PCIe 3.0 x8	8 ГГц	8	1	8 000 Мб / с
PCIe 3.0 x16	8 ГГц	16	1	16 000 Мб / с

Передача даних через порт PCI Express

З'єднання PCI Express представляє надзвичайний прогрес у взаємодії периферійних пристроїв з комп'ютером.

Він багато в чому відрізняється від шини PCI, але найважливішим є спосіб передачі даних.

З'єднання PCI Express - ще один приклад тенденції переходу передачі даних з паралельного зв'язку в послідовний зв'язок. Інші поширені інтерфейси, які використовують послідовний зв’язок, це USB, Ethernet (мережа) та SATA та SAS (зберігання).

До PCI Express усі шини ПК та слоти розширення використовували паралельний зв'язок. При паралельному спілкуванні декілька біт передаються в тракт даних одночасно, паралельно.

У послідовній передачі даних лише один біт передається в тракт даних за тактовий цикл. Спочатку це робить паралельне спілкування швидшим, ніж послідовне спілкування, оскільки чим більша кількість переданих бітів одночасно, тим швидше буде зв’язок.

Однак паралельне спілкування страждає від деяких проблем, які не дозволяють передачам досягти більшої тактової швидкості. Чим більше годинник, тим більше проблем з електромагнітними перешкодами (EMI) та затримкою поширення.

Коли електричний струм протікає по кабелю, навколо нього створюється електромагнітне поле. Це поле може викликати електричний струм у сусідньому кабелі, пошкоджуючи передану ним інформацію.

Як ми вже говорили раніше, кожен паралельний біт зв'язку передається окремим кабелем, але зробити ці 32 кабелі на материнській платі практично неможливо. При більших тактових швидкостях дані, передані по коротших кабелях, надходять раніше, ніж дані, передані по більш тривалих кабелях.

Тобто, біти при паралельному спілкуванні можуть надходити пізно. Як наслідок, приймаючий пристрій повинен чекати, коли всі біти надійдуть, щоб обробити цілісні дані, що представляє значну втрату продуктивності. Ця проблема відома як затримка розповсюдження і посилюється із збільшенням тактової частоти.

Проект шини, яка використовує послідовний зв'язок, легше здійснити, ніж шини, яка використовує паралельний зв'язок, оскільки для передачі даних потрібно менше кабелів.

У типовому послідовному зв'язку потрібні чотири кабелі: два для передачі даних та два для прийому, як правило, із застосуванням методу протиелектромагнітних перешкод, що називається скасуванням або диференціальною передачею. У разі скасування один і той же сигнал передається на два кабелі, тоді як другий кабель передає "відбитий" сигнал (зворотна полярність) порівняно з вихідним сигналом.

Крім забезпечення більшого імунітету до електромагнітних перешкод, послідовний зв’язок не страждає від затримок поширення. Таким чином вони можуть досягти більш високих тактових частот легше, ніж паралельне спілкування.

Ще одна дуже важлива відмінність між паралельним і послідовним зв’язком полягає в тому, що паралельний зв'язок зазвичай є наполовину дуплексним (ті ж кабелі використовуються для передачі та прийому даних) через велику кількість кабелів, необхідних для його здійснення.

Послідовний зв'язок є повнодуплексним (існує окремий набір кабелів для передачі даних та інший набір кабелів для прийому даних), оскільки вам потрібні лише два кабелі в кожному напрямку. За допомогою дуплексного зв'язку два пристрої не можуть говорити один одному; той чи інший передає дані. За допомогою дуплексного зв'язку обидва пристрої можуть одночасно передавати дані.

Це основні причини, через які інженери взяли послідовний зв'язок замість паралельного зв'язку з портом PCI Express.

Чи відбувається серійне спілкування повільніше?

Це залежить від того, з чим ви порівнюєте. Якщо порівнювати паралельний зв’язок 33 МГц, який передає 32 біти на тактовий цикл, це буде в 32 рази швидше, ніж послідовний зв'язок 33 МГц, який передає лише один біт за один раз.

Однак якщо порівнювати той самий паралельний зв'язок із послідовним зв’язком, який працює на набагато більшій тактовій частоті, послідовний зв’язок насправді може бути набагато швидшим.

Просто порівняйте пропускну здатність оригінальної шини PCI, що становить 133 МБ / с (33 МГц x 32 біт), з найнижчою пропускною здатністю, яку можна досягти за допомогою з'єднання PCI Express (250 МБ / с, 2, 5 ГГц х 1 біт).

Поняття, що послідовне спілкування завжди повільніше, ніж паралельне спілкування, походить від старих комп'ютерів, які мали порти, що називаються "послідовний порт" і "паралельний порт".

У той час паралельний порт був набагато швидшим, ніж послідовний порт. Це було пов'язано із способом реалізації цих портів. Це не означає, що послідовний зв’язок завжди повільніше, ніж паралельний зв’язок.

Слоти та відеокарти

Специфікація PCI Express дозволяє слотам мати різні фізичні розміри, залежно від кількості смуг, підключених до слота.

Це зменшує розмір місця, необхідного на материнській платі. Наприклад, якщо потрібен слот із з'єднанням x1, виробник материнської плати може використовувати менший слот, економлячи місце на материнській платі.

Багато материнських плат мають слоти x16, підключені до рейок x8, x4 або навіть x1. З більшими канавками важливо знати, чи дійсно їхні фізичні розміри відповідають їх швидкостям. Крім того, деякі машини можуть сповільнюватись при спільному користуванні їх смугами.

Найпоширеніший сценарій - це на материнських платах з двома і більше x16 слотами. У кількох материнських плат є лише 16 доріжок, які з'єднують перші два слоти x16 до контролера PCI Express. Це означає, що при встановленні однієї відеокарти вона матиме пропускну здатність x16, але при встановленні двох відеокарт кожна відеокарта матиме пропускну здатність x8 кожна.

Ця інформація повинна містити посібник з материнської плати. Але практична порада - заглянути все в слот, щоб побачити, скільки у вас контактів.

Якщо ви бачите контакти в слоті PCI Express x16, скороченому наполовину від того, яким вони повинні бути, це означає, що, хоча цей слот фізично є слотом x16, він фактично має вісім смуг (x8). Якщо в цьому ж слоті ви побачите, що кількість контактів зменшується до чверті тієї, що повинна мати, ви бачите слот x16, який фактично має лише чотири смуги (x4).

Важливо розуміти, що не всі виробники материнських плат дотримуються цієї процедури; деякі все ще використовують усі контакти, хоча слот підключений до меншої кількості смуг. Найкраща порада - перевірити правильність інформації в посібнику з материнської плати.

Для досягнення максимально можливої ​​продуктивності картка розширення та порт PCI Express повинні бути однаково переглянуті. Якщо у вас є відеокарта PCI Express 2.0 та встановите її в систему з портом PCI Express 3.0, ви обмежуєте пропускну здатність до PCI Express 2.0. Ця ж відеокарта, встановлена ​​в старій системі з контролером PCI Express 1.0, буде обмежена пропускною здатністю PCI Express 1.0.

Використання та переваги

За допомогою PCIe адміністратори центрів обробки даних можуть скористатися швидкісними мережами на материнських платах сервера та підключитися до мережевих технологій Gigabit Ethernet, RAID та Infiniband за межами серверної стійки. Шина PCIe також дозволяє з'єднання між кластеризованими комп'ютерами за допомогою HyperTransport.

Для ноутбуків та мобільних пристроїв використовуються міні-карти PCI-e для підключення адаптерів бездротової мережі, зберігання SSD-дисків та інших прискорювачів продуктивності.

Рекомендуємо прочитати:

Зовнішній PCI Express (ePCIe) дозволяє підключити материнську плату до зовнішнього інтерфейсу PCIe. У більшості випадків дизайнери використовують ePCIe, коли комп'ютер вимагає незвично великої кількості портів PCIe.