▷ Pci express

V súčasnosti sa najbežnejší typ rozširujúceho slotu, ktorý je k dispozícii, nazýva PCI Express. V tomto článku sa dozviete všetko, čo potrebujete vedieť o tomto type pripojenia: jeho začiatky, ako to funguje, verzie, sloty a ďalšie.

Od prvého počítača, ktoré bolo uvedené na trh v roku 1981, má tím rozširujúce sloty, v ktorých je možné nainštalovať ďalšie karty na pridanie funkcií, ktoré nie sú dostupné na základnej doske tímu. Predtým, ako sa porozprávame o porte PCI Express, mali by sme sa trochu porozprávať o histórii rozširujúcich slotov pre PC a ich hlavných výzvach, aby ste pochopili, čo robí port PCI Express odlišným.

Index obsahu

Typy rozširujúcich slotov

Nižšie sú uvedené najbežnejšie typy rozširujúcich slotov, ktoré boli vydané pre PC v celej jeho histórii:

• ISA (štandardná priemyselná architektúra) MCA (mikrokanálová architektúra) EISA (rozšírená priemyselná štandardná architektúra) VLB (VESA lokálna zbernica) PCI (prepojenie periférnych komponentov) PCI-X (rozšírené pripojenie periférnych komponentov) AGP (zrýchlený grafický port) PCI Express (expresné prepojenie periférnych komponentov)

Všeobecne sa nové typy rozširujúcich slotov uvoľňujú, keď sa dostupné typy slotov ukážu ako príliš pomalé pre určité aplikácie. Napríklad pôvodný slot ISA dostupný na pôvodnom počítači IBM a na počítači IBM XT a jeho klonoch mal maximálnu teoretickú prenosovú rýchlosť (t. J. Šírku pásma) iba 4, 77 MB / s.

16-bitová verzia ISA, ktorá bola vydaná s IBM PC AT v roku 1984, takmer zdvojnásobila dostupnú šírku pásma na 8 MB / s, ale toto číslo bolo extrémne nízke dokonca v tom čase pre aplikácie s vysokou šírkou pásma, ako je video., Neskôr spoločnosť IBM vydala slot MCA pre svoju radu počítačov PS / 2, a pretože bola chránená autorskými právami, ostatní výrobcovia ju mohli používať, iba ak vstúpili do licenčnej schémy so spoločnosťou IBM, niečo len päť spoločností (Tandy), Apricot, Dell, Olivetti and Research Machines).

Preto boli sloty MCA obmedzené na niekoľko modelov počítačov od týchto značiek. Deväť výrobcov počítačov sa spojilo a vytvorilo slot EISA, ale to bolo neúspešné z dvoch dôvodov.

Najprv si zachovala kompatibilitu s pôvodným slotom ISA, takže jeho taktovacia frekvencia bola rovnaká ako pri 16-bitovom slote ISA.

Po druhé, aliancia nezahŕňala výrobcov základných dosiek, takže len málo spoločností malo prístup k tomuto slotu, rovnako ako to bolo v prípade slotu MCA.

Prvý skutočný vysokorýchlostný slot, ktorý bol prepustený, bol VLB. Najvyššia rýchlosť sa dosiahla spojením slotu s miestnou zbernicou CPU, to znamená s externou zbernicou CPU.

Týmto spôsobom slot bežal rovnakou rýchlosťou ako externá zbernica CPU, čo je najrýchlejšia zbernica dostupná na PC.

Väčšina CPU v tom čase používala rýchlosť externých hodín 33 MHz, ale boli k dispozícii aj CPU s rýchlosťou externých hodín 25 MHz a 40 MHz.

Problém s touto zbernicou bol v tom, že bol špeciálne navrhnutý pre miestnu zbernicu procesorov triedy 486. Keď bol procesor Pentium uvoľnený, bol s ním nekompatibilný, pretože používal miestnu zbernicu s rôznymi špecifikáciami (externá hodinová frekvencia 66 MHz namiesto 33 MHz a 64-bitové dátové prenosy namiesto 32-bitových).

Prvé odvetvové riešenie sa objavilo v roku 1992, keď spoločnosť Intel viedla tento priemysel k vytvoreniu konečného rozširujúceho slotu PCI.

Neskôr sa k aliancii pripojili ďalšie spoločnosti, ktoré sa dnes nazývajú PCI-SIG (PCI Special Interest Group). PCI-SIG je zodpovedný za štandardizáciu slotov PCI, PCI-X a PCI Express.

Čo sú porty PCI Express

PCI Express, skratka pre PCI-E alebo PCIe, je najnovším vývojom klasickej zbernice PCI a umožňuje pridať do počítača rozširujúce karty.

Je to lokálny sériový port, na rozdiel od PCI, ktorý je paralelný a bol vyvinutý spoločnosťou Intel, ktorá ho prvýkrát uviedla v roku 2004 na čipovej sade 915P.

Autobusy PCI Express nájdeme v rôznych verziách; K dispozícii sú verzie 1, 2, 4, 8, 12, 16 a 32 jazdných pruhov.

Napríklad prenosová rýchlosť systému PCI Express s 8 jazdnými pruhmi (x8) je 2 GB / s (250 x8). PCI Express umožňuje prenosové rýchlosti od 250 MB / s do 8 GB / s vo verzii 1.1. Verzia 3.0 umožňuje 1 GB / s (skutočne 985 MB) na jeden pruh, zatiaľ čo 2, 0 iba 500 MB / s.

Na čo sú porty PCI Express?

Táto nová zbernica sa používa na pripojenie rozširujúcich kariet k základnej doske a je určená na nahradenie všetkých interných rozširujúcich zberníc PC vrátane PCI a AGP (AGP úplne zmizla, ale klasické PCI stále odoláva),

PCI, PCI-X a PCI Express

BTW, niektorí používatelia majú ťažké rozlíšiť medzi PCI, PCI-X a PCI Express („PCIe“). Hoci sú tieto názvy podobné, vzťahujú sa na úplne odlišné technológie.

PCI je platforma nezávislá zbernica, ktorá sa pripája k systému cez mostový čip (most, ktorý je súčasťou čipovej sady základnej dosky). Zakaždým, keď sa uvoľní nový procesor, môžete pokračovať v používaní rovnakej zbernice PCI prepracovaním mostíkového čipu namiesto prepracovania zbernice, čo bolo normou pred vytvorením zbernice PCI.

Aj keď boli teoreticky možné ďalšie konfigurácie, najbežnejšia implementácia zbernice PCI bola s hodinami 33 MHz s 32-bitovou dátovou cestou, umožňujúcou šírku pásma 133 MB / s.

Port PCI-X je verzia zbernice PCI, ktorá pracuje pri vyšších frekvenciách hodín a so širšími dátovými cestami pre základné dosky serverov, čím sa dosahuje vyššia šírka pásma pre zariadenia, ktoré vyžadujú vyššiu rýchlosť, napríklad pamäťové karty. špičkové sieťové a RAID radiče.

Keď sa ukázalo, že zbernica PCI je príliš pomalá pre grafické karty vyššej kategórie, bol vyvinutý slot AGP. Tento slot sa používal výhradne pre grafické karty.

Nakoniec PCI-SIG vyvinul spojenie s názvom PCI Express. Port PCI Express napriek svojmu názvu radikálne funguje od zbernice PCI.

Rôzne zbernice PCI Express

• PCI Express 1x s výkonom 250Mb / s je na všetkých súčasných základných doskách prítomný v jednej alebo dvoch kópiách PCI Express 2x s výkonom 500Mb / s je menej rozšírený, vyhradený pre servery. PCI Express 4x s výkonom 1000Mb / s je tiež vyhradený pre servery. PCI Express 16x s rýchlosťou 4000 Mb / s je veľmi rozšírený, je prítomný vo všetkých moderných grafických kartách a je štandardným formátom grafických kariet. PCI Express 32x port s výkonom 8000 Mb / s je rovnaký formát ako PCI Express 16x a často sa používa na základných doskách na napájanie SLI alebo Crossfire autobusov. Odkazy na tieto základné dosky často obsahujú zmienku „32“. To umožňuje dva 16-jazdné káblové PCI Express porty, na rozdiel od konvenčných SLI, zapojené v 2 x 8 jazdných pruhoch alebo v Basic Crossfire, zapojené v 1 × 16 + 1 × 4 jazdných pruhoch. Tieto základné dosky sa vyznačujú aj prítomnosťou ďalšieho južného mosta vyhradeného iba pre 32x autobus.

PCI-SIG oznámila PCI Express v revízii 4.0 a ponúka dvojnásobnú šírku pásma na jeden jazdný pruh v porovnaní s verziou 3.0.

Táto kontrola zahŕňa okraje jazdného pruhu, zníženú latenciu systému, vynikajúce možnosti RAS, rozšírené štítky a kredity pre servisné zariadenia, škálovateľnosť pre ďalšie pruhy a šírku pásma, integráciu platformy a vylepšenú virtualizáciu V / V.

Rozdiely medzi PCI a PCI Express

• PCI je zbernica, zatiaľ čo PCI Express je sériové spojenie point-to-point, to znamená, že pripája iba dve zariadenia; toto pripojenie nemôže zdieľať žiadne iné zariadenie. Len na objasnenie, na základnej doske, ktorá používa štandardné sloty PCI, sú všetky zariadenia PCI pripojené k zbernici PCI a zdieľajú rovnakú dátovú cestu, takže môže dôjsť k úzkemu miestu (t. zariadenie chce súčasne prenášať údaje). Na základnej doske s slotmi PCI Express je každý slot PCI Express spojený s čipovou sadou na základnej doske pomocou vyhradeného pruhu, ktorý nezdieľa tento pruh (dátová cesta) s ostatnými slotmi PCI Express. Zariadenia zabudované do základnej dosky, ako sú sieťové, SATA a USB radiče, sa zvyčajne pripájajú k čipovej sade základnej dosky pomocou vyhradených pripojení PCI Express. PCI a všetky ďalšie typy rozširujúcich slotov používajú paralelnú komunikáciu, zatiaľ čo PCI Express sa spolieha na vysokorýchlostnú sériovú komunikáciu, port PCI Express sa spolieha na jednotlivé jazdné pruhy, ktoré môžu byť zoskupené, aby vytvorili pripojenia so zvýšenou šírkou pásma. „X“, ktoré nasleduje po popise pripojenia PCI Express, sa vzťahuje na počet jazdných pruhov, ktoré pripojenie používa.

Nižšie je porovnávacia tabuľka hlavných špecifikácií rozširujúcich slotov, ktoré existujú pre PC.

drážka	hodinky	Počet bitov	Údaje za cyklus hodín	Šírka pásma
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 (zvyčajne 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

Prenos údajov na porte PCI Express

Spojenie PCI Express predstavuje mimoriadny pokrok v spôsobe, akým periférne zariadenia komunikujú s počítačom.

Od zbernice PCI sa líši mnohými spôsobmi, ale najdôležitejší je spôsob prenosu údajov.

Pripojenie PCI Express je ďalším príkladom trendu migrácie prenosu dát z paralelnej na sériovú komunikáciu. Ďalšími bežnými rozhraniami, ktoré používajú sériovú komunikáciu, sú USB, Ethernet (sieť) a SATA a SAS (úložisko).

Pred programom PCI Express používali všetky zbernice PC a rozširujúce sloty paralelnú komunikáciu. Pri paralelnej komunikácii sa v dátovej ceste súčasne prenáša niekoľko bitov súčasne.

V sériovej komunikácii sa v dátovej ceste za hodinový cyklus prenáša iba jeden bit. Spočiatku to robí paralelnú komunikáciu rýchlejšou ako sériová komunikácia, pretože čím väčší počet bitov sa prenáša naraz, tým rýchlejšia bude komunikácia.

Paralelná komunikácia však trpí niektorými problémami, ktoré bránia prenosu dosiahnuť vyššiu rýchlosť hodín. Čím vyššie hodiny, tým väčšie sú problémy s elektromagnetickým rušením (EMI) a oneskorením šírenia.

Keď elektrický prúd tečie cez kábel, okolo neho sa vytvára elektromagnetické pole. Toto pole môže indukovať elektrický prúd v susednom kábli a poškodiť ním prenášané informácie.

Ako sme už diskutovali, každý paralelný komunikačný bit sa vysiela na samostatnom kábli, ale je takmer nemožné urobiť z týchto 32 káblov rovnakú dĺžku na základnej doske. Pri vyšších rýchlostiach hodín prichádzajú údaje prenášané cez kratšie káble skôr ako dáta prenášané cez dlhšie káble.

To znamená, že bity v paralelnej komunikácii môžu prísť neskoro. V dôsledku toho musí prijímacie zariadenie čakať na príchod všetkých bitov, aby mohli spracovať úplné údaje, čo predstavuje významnú stratu výkonu. Tento problém sa nazýva oneskorenie šírenia a zhoršuje sa zvyšujúcimi sa hodinovými frekvenciami.

Projekt zbernice, ktorá používa sériovú komunikáciu, sa ľahšie realizuje ako projekt zbernice, ktorá používa paralelnú komunikáciu, pretože na prenos údajov je potrebných menej káblov.

Pri typickej sériovej komunikácii sú potrebné štyri káble: dva na prenos údajov a dva na príjem, zvyčajne pomocou antimagnetickej interferenčnej techniky nazývanej zrušenie alebo diferenciálny prenos. V prípade zrušenia sa ten istý signál prenáša na dva káble, zatiaľ čo druhý kábel vysiela „odrazený“ signál (obrátená polarita) v porovnaní s pôvodným signálom.

Okrem poskytnutia väčšej imunity proti elektromagnetickému rušeniu nie sú sériové komunikácie vystavené oneskoreniu v šírení. Týmto spôsobom môžu dosiahnuť vyššie frekvencie hodín ľahšie ako paralelná komunikácia.

Ďalším veľmi dôležitým rozdielom medzi paralelnou a sériovou komunikáciou je to, že paralelná komunikácia je zvyčajne polovične duplexná (rovnaké káble sa používajú na prenos a príjem údajov) kvôli vysokému počtu káblov potrebných na jej implementáciu.

Sériová komunikácia je plne duplexná (existuje samostatný súbor káblov na prenos údajov a ďalší súbor káblov na príjem údajov), pretože v každom smere potrebujete iba dva káble. Pri poloduplexnej komunikácii nemôžu dve zariadenia spolu hovoriť spolu; jeden alebo druhý vysiela údaje. Pri plne duplexnej komunikácii môžu obe zariadenia prenášať údaje súčasne.

Toto sú hlavné dôvody, prečo inžinieri namiesto paralelnej komunikácie s portom PCI Express prijali sériovú komunikáciu.

Je sériová komunikácia pomalšia?

Závisí to od toho, čo porovnávate. Ak porovnáte paralelnú 33 MHz komunikáciu, ktorá prenáša 32 bitov za hodinový cyklus, bude to 32-krát rýchlejšie ako sériová komunikácia 33 MHz, ktorá prenáša iba jeden bit súčasne.

Ak však porovnáte rovnakú paralelnú komunikáciu so sériovou komunikáciou, ktorá pracuje pri oveľa vyššej frekvencii hodín, sériová komunikácia môže byť v skutočnosti oveľa rýchlejšia.

Stačí porovnať šírku pásma pôvodnej zbernice PCI, ktorá je 133 MB / s (33 MHz x 32 bitov), ​​s najnižšou šírkou pásma, ktorú je možné dosiahnuť pomocou pripojenia PCI Express (250 MB / s, 2, 5 GHz x 1 bit).

Predstava, že sériová komunikácia je vždy pomalšia ako paralelná komunikácia, pochádza zo starších počítačov, ktoré mali porty nazývané „sériový port“ a „paralelný port“.

V tom čase bol paralelný port oveľa rýchlejší ako sériový port. Bolo to kvôli spôsobu, akým boli tieto porty implementované. To neznamená, že sériová komunikácia je vždy pomalšia ako paralelná komunikácia.

Sloty a grafické karty

Špecifikácia PCI Express umožňuje, aby sloty mali rôzne fyzické veľkosti, v závislosti od počtu jazdných pruhov pripojených k slotu.

To zmenšuje veľkosť miesta potrebného na základnej doske. Napríklad, ak sa vyžaduje slot s pripojením x1, výrobca základnej dosky môže použiť menší slot, čo šetrí miesto na základnej doske.

Mnoho základných dosiek má sloty x16, ktoré sú spojené s koľajnicami x8, x4 alebo dokonca x1. Pri väčších drážkach je dôležité vedieť, či sa ich fyzické veľkosti skutočne zhodujú s ich rýchlosťami. Niektoré stroje môžu spomaliť aj zdieľanie jazdných pruhov.

Najbežnejší scenár je na základných doskách s dvoma alebo viacerými slotmi x16. S viacerými základnými doskami existuje iba 16 jazdných pruhov spájajúcich prvé dva sloty x16 s radičom PCI Express. To znamená, že keď nainštalujete jednu grafickú kartu, bude mať k dispozícii šírku pásma x16, ale pri inštalácii dvoch grafických kariet bude mať každá grafická karta každú šírku pásma x8.

Tieto informácie by mala poskytnúť príručka k základnej doske. Praktickým tipom je pozrieť sa do otvoru a zistiť, koľko kontaktov máte.

Ak vidíte kontakty v slote PCI Express x16 orezané polovicu toho, čo by malo byť, znamená to, že zatiaľ čo tento slot je fyzicky slot x16, v skutočnosti má osem jazdných pruhov (x8). Ak pri tomto rovnakom slote vidíte, že počet kontaktov je znížený na štvrtinu toho, čo by malo mať, vidíte slot x16, ktorý má v skutočnosti iba štyri jazdné pruhy (x4).

Je dôležité pochopiť, že nie všetci výrobcovia základných dosiek sa riadia týmto postupom; niektoré stále používajú všetky kontakty, aj keď je slot pripojený k menšiemu počtu jazdných pruhov. Najlepšie odporúčame skontrolovať správne informácie v príručke k základnej doske.

Aby sa dosiahol maximálny možný výkon, musí mať rozširujúca karta aj port PCI Express rovnakú revíziu. Ak máte grafickú kartu PCI Express 2.0 a nainštalujete ju do systému s portom PCI Express 3.0, obmedzujete šírku pásma na PCI Express 2.0. Rovnaká grafická karta nainštalovaná v staršom systéme s radičom PCI Express 1.0 bude obmedzená na šírku pásma programu PCI Express 1.0.

Použitie a výhody

S PCIe môžu správcovia dátových centier využívať vysokorýchlostné sieťové pripojenie na základných doskách serverov a pripájať sa k sieťovým technológiám Gigabit Ethernet, RAID a Infiniband mimo stojanu na server. Zbernica PCIe tiež umožňuje spojenia medzi klastrovanými počítačmi pomocou programu HyperTransport.

V prípade notebookov a mobilných zariadení sa mini karty PCI-e používajú na pripojenie bezdrôtových sieťových adaptérov, SSD diskových úložísk a ďalších urýchľovačov výkonu.

Odporúčame prečítať si:

Externé PCI Express (ePCIe) vám umožňuje pripojiť základnú dosku k externému rozhraniu PCIe. Návrhári vo väčšine prípadov používajú ePCIe, keď počítač vyžaduje nezvyčajne veľký počet portov PCIe.