▷ Pci express

В момента най-разпространеният тип слот за разширение, който се предлага, се нарича PCI Express. В тази статия ще научите всичко, което трябва да знаете за този тип връзка: неговите начала, начина на работа, версии, слотове и други.

От първия компютър, издаден през 1981 г., екипът има слотове за разширение, в които могат да бъдат инсталирани допълнителни карти, които да добавят функции, които не са налични в дънната платка на екипа. Преди да говорим за PCI Express порта, трябва да поговорим малко за историята на слотовете за разширение на PC и техните основни предизвикателства, така че можете да разберете какво прави PCI Express порта различен.

Индекс на съдържанието

Видове слотове за разширение

По-долу са изброени най-често срещаните видове слотове за разширение, които са били освободени за компютъра през цялата му история:

• ISA (стандартна индустриална архитектура) MCA (микроканална архитектура) EISA (разширена индустриална стандартна архитектура) VLB (VESA Local Bus) PCI (периферна компонентна връзка) PCI-X (разширен периферичен компонент), AGP (ускорен графичен порт) PCI Експрес (Експресно свързване на периферни компоненти)

По принцип новите типове слотове за разширение се освобождават, когато наличните типове слотове се показват твърде бавно за определени приложения. Например, оригиналният слот ISA, наличен на оригиналния IBM PC и на компютъра IBM XT и неговите клонове, има максимална теоретична скорост на трансфер (т.е. честотна лента) от само 4, 77 MB / s.

16-битовата версия на ISA, пусната с IBM PC AT през 1984 г., почти удвои наличната честотна лента до 8MB / s, но този брой беше изключително нисък дори по това време за приложения с висока честотна лента като видео., По-късно IBM пусна слота MCA за своята линия PS / 2 компютри и тъй като беше защитен от авторски права, други производители можеха да го използват само ако влязат в лицензионна схема с IBM, нещо, което направиха само пет компании (Tandy, Кайсия, Dell, Olivetti и изследователски машини).

Следователно, MCA слотовете бяха ограничени до няколко модела PC от тези марки. Девет производители на компютри се събраха, за да създадат слота EISA, но той бе неуспешен по две причини.

Първо, той поддържаше съвместимост с оригиналния слот ISA, така че неговата тактова честота беше същата като тази на 16-битовия ISA слот.

Второ, алиансът не включва производители на дънни платки, така че малко компании са имали достъп до този слот, точно както имаше и със слота MCA.

Първият истински високоскоростен слот, който беше освободен, беше VLB. Най-високата скорост беше постигната чрез свързване на слота към локалната CPU шина, тоест към външната шина на процесора.

По този начин слотът работи със същата скорост като външната шина на процесора, която е най-бързата шина, налична на компютъра.

Повечето процесори по това време използваха външна тактова честота от 33 MHz, но бяха налични и процесори с външни тактови скорости от 25 MHz и 40 MHz.

Проблемът с тази шина беше, че тя е разработена специално за локалната шина от процесори от клас 486. Когато Pentium процесорът се пусна, той беше несъвместим с него, тъй като използва локална шина с различни спецификации (външна тактова честота 66 MHz вместо 33 MHz и 64-битови трансфери на данни вместо 32-битови).

Първото решение за цялата индустрия се появява през 1992 г., когато Intel ръководи индустрията да създаде крайния слот за разширение - PCI.

По-късно в алианса се присъединяват и други компании, които днес са известни като PCI-SIG (PCI Special Interest Group). PCI-SIG е отговорен за стандартизацията на слотовете PCI, PCI-X и PCI Express.

Какво представляват PCI Express портовете

PCI Express, съкратен за PCI-E или PCIe, е най-новата еволюция на класическата PCI шина и позволява добавяне на разширителни карти към компютъра.

Това е локален сериен порт, за разлика от PCI, който е успореден и е разработен от Intel, която го представи за първи път през 2004 г., на чипсета 915P.

Можем да намерим шини PCI Express в различни версии; Има версии 1, 2, 4, 8, 12, 16 и 32 платна.

Например скоростта на трансфер на 8-лентова (x8) PCI Express система е 2 GB / s (250 x8). PCI Express позволява скорост на предаване на данни от 250MB / s до 8GB / s във версия 1.1. Версия 3.0 позволява 1 GB / s (всъщност 985 MB) на платно, докато 2.0 само 500 MB / s.

За какво са предназначени PCI Express портовете?

Тази нова шина се използва за свързване на разширителните карти към дънната платка и е предназначена да замени всички вътрешни разширителни шини на компютър, включително PCI и AGP (AGP напълно изчезна, но класическият PCI все още издържа),

PCI, PCI-X и PCI Express

BTW, някои потребители трудно различават PCI, PCI-X и PCI Express ("PCIe"). Въпреки че тези имена са подобни, те се отнасят до напълно различни технологии.

PCI е платформа, независима шина, която се свързва към системата чрез мост чип (мост, който е част от чипсета на дънната платка). Всеки път, когато се освободи нов процесор, можете да продължите да използвате същата PCI шина, като препроектирате моста чип, вместо да препроектирате шината, което беше норма преди създаването на PCI шината.

Въпреки че други конфигурации бяха теоретично възможни, най-честото изпълнение на PCI шината беше с тактова честота 33 MHz с 32-битов път на данни, което позволява пропускателна способност от 133 MB / s.

Портът PCI-X е версия на PCI шината, която работи с по-високи тактови честоти и с по-широки пътища за данни за дънни платки на сървъра, постигайки по-голяма честотна лента за устройства, които изискват повече скорост, като карти с памет. мрежови и RAID контролери от висок клас.

Когато PCI шината се оказа твърде бавна за видеокарти от висок клас, AGP слотът беше разработен. Този слот се използва изключително за видеокарти.

Накрая PCI-SIG разработи връзка, наречена PCI Express. Въпреки името си, PCI Express портът работи коренно различно от PCI шината.

Различни PCI Express автобуси

• PCI Express 1x с производителност 250Mb / s присъства в едно или две копия на всички текущи дънни платки. PCI Express 2x с производителност 500Mb / s е по-малко разширен, запазен за сървъри. PCI Express 4x с производителност 1000Mb / s също е запазено за сървъри. PCI Express 16x със скорост 4000Mb / s е много разпространен, присъства във всички съвременни графични карти и е стандартен формат на графичните карти. PCI Express 32x порт с производителност на 8000 Mb / s е същият формат като PCI Express 16x и често се използва на дънни платки от висок клас за захранване на шини SLI или Crossfire. Препратките към тези дънни платки често имат споменаването „32“. Това позволява два 16-лентови PCI Express порта, за разлика от конвенционалните SLI, свързани в 2 x 8 ленти или Basic Crossfire, свързани в 1 × 16 + 1 × 4 платна. Тези дънни платки се характеризират и с наличието на допълнителен южен мост, посветен само на 32x шината.

PCI-SIG обяви PCI Express в ревизия 4.0, предлагайки два пъти честотната лента на лента в сравнение с ревизия 3.0.

Този преглед включва граници на лентата, намалена латентност на системата, превъзходни RAS възможности, разширени етикети и кредити за сервизни устройства, мащабируемост на допълнителни ленти и честотна лента, интеграция на платформата и подобрена I / O виртуализация.

Разлики между PCI и PCI Express

• PCI е шина, докато PCI Express е серийна връзка от точка до точка, тоест свързва само две устройства; никое друго устройство не може да споделя тази връзка. Само за да поясня, на дънната платка, която използва стандартни PCI слотове, всички PCI устройства са свързани към PCI шината и споделят един и същи път на данни, така че може да се появи затруднение (т.е. намаляване на производителността, защото повече устройство иска да предава данни едновременно). На дънната платка с PCI Express слотове всеки PCI Express слот е свързан към чипсета на дънната платка с помощта на специална лента, не споделяне на тази лента (път на данни) с други PCI Express слотове. Също така устройства, вградени в дънната платка, като мрежови драйвери, SATA и USB, обикновено се свързват към чипсета на дънната платка, използвайки специализирани PCI Express връзки. PCI и всички други видове слотове за разширение използват паралелни комуникации, докато PCI Express разчита на високоскоростни серийни комуникации, PCI Express портът разчита на отделни платна, които могат да бъдат групирани заедно, за да създадат връзки с по-голяма честотна лента. „X“, който следва описанието на PCI Express връзка, се отнася до броя на лентите, които използва връзката.

По-долу е сравнителна таблица с основните спецификации на слотовете за разширение, съществуващи за компютъра.

жлеб	часовник	Брой битове	Данни за часовник цикъл	Ширина на лентата
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 (обикновено 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	2132 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	2133 MB / s
PCIe 1.0 x1	2.5 GHz	1	1	250 MB / s
PCIe 1.0 x4	2.5 GHz	4	1	1000 MB / s
PCIe 1.0 x8	2.5 GHz	8	1	2000 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	2000 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	1000 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

Прехвърляне на данни на PCI Express порта

Връзката PCI Express представлява изключителен напредък в начина, по който периферните устройства комуникират с компютъра.

Тя се различава от PCI шината по много начини, но най-важният е начинът, по който се прехвърлят данни.

Връзката PCI Express е друг пример за тенденцията за миграция на трансфера на данни от паралелна комуникация към серийна комуникация. Други често срещани интерфейси, които използват серийна комуникация, са USB, Ethernet (мрежа) и SATA и SAS (съхранение).

Преди PCI Express всички PC шини и слотове за разширение използваха паралелна комуникация. При паралелна комуникация няколко бита се прехвърлят в пътя на данните едновременно, паралелно.

При серийна комуникация само един бит се прехвърля в пътя на данните на тактовия цикъл. В началото това прави паралелната комуникация по-бърза от серийната комуникация, тъй като колкото по-голям е броят на предаваните битове наведнъж, толкова по-бърза ще бъде комуникацията.

Паралелната комуникация обаче страда от някои проблеми, които не позволяват на предаванията да достигнат по-висока тактова скорост. Колкото по-висок е часовникът, толкова по-големи са проблемите с електромагнитните смущения (EMI) и забавянето на разпространението.

Когато електрически ток тече през кабел, около него се създава електромагнитно поле. Това поле може да индуцира електрически ток в съседния кабел, като повреди информацията, предавана от него.

Както сме обсъждали преди, всеки бит за паралелна комуникация се предава по отделен кабел, но е почти невъзможно тези 32 кабела да бъдат с еднаква дължина на дънната платка. При по-висока тактова скорост данните, предавани по по-къси кабели, пристигат по-рано, отколкото данните, предавани по-дълги кабели.

Тоест битовете при паралелна комуникация могат да пристигнат късно. В резултат на това приемащото устройство трябва да изчака всички битове да пристигнат, за да обработи пълните данни, което представлява значителна загуба на производителност. Този проблем е известен като забавяне на разпространението и се изостря с увеличаване на тактовите честоти.

Проектът на шина, която използва серийна комуникация, е по-лесен за изпълнение от този на шина, която използва паралелна комуникация, тъй като са необходими по-малко кабели за предаване на данни.

При типична серийна комуникация са необходими четири кабела: два за предаване на данни и два за получаване, обикновено с техника на антиелектромагнитна смущения, наречена отмяна или диференциално предаване. В случай на отмяна, един и същ сигнал се предава по два кабела, докато вторият кабел предава „отразения“ сигнал (обърната полярност) в сравнение с оригиналния сигнал.

В допълнение към осигуряването на по-голям имунитет срещу електромагнитни смущения, серийните комуникации не страдат от забавяне на разпространението. По този начин те могат да постигнат по-високи тактови честоти по-лесно от паралелните комуникации.

Друга много важна разлика между паралелната комуникация и серийната комуникация е, че паралелната комуникация обикновено е наполовина дуплексна (същите кабели се използват за предаване и получаване на данни) поради големия брой кабели, необходими за нейното осъществяване.

Серийната комуникация е пълнодуплексна (има отделен набор от кабели за предаване на данни и друг набор от кабели за получаване на данни), защото се нуждаете само от два кабела във всяка посока. С полудуплексна комуникация две устройства не могат да говорят едно с друго едновременно; един или друг предава данни. С пълна дуплексна комуникация и двете устройства могат да предават данни едновременно.

Това са основните причини, поради които инженерите приеха серийна комуникация вместо паралелна комуникация с PCI Express порта.

По-бавна ли е серийната комуникация?

Зависи от това, което сравняваш. Ако сравните паралелна 33 MHz комуникация, която предава 32 бита на тактов цикъл, тя ще бъде 32 пъти по-бърза от серийна комуникация от 33 MHz, която предава само един бит наведнъж.

Ако обаче сравните една и съща паралелна комуникация със серийна комуникация, която работи на много по-висока тактова честота, серийната комуникация всъщност може да бъде много по-бърза.

Просто сравнете честотната лента на оригиналната PCI шина, която е 133MB / s (33MHz x 32bit), с най-ниската честотна лента, която може да бъде постигната с PCI Express връзка (250MB / s, 2, 5 GHz x 1 бит).

Идеята, че серийната комуникация винаги е по - бавна от паралелната комуникация, идва от по-стари компютри, които са имали портове, наречени „сериен порт“ и „паралелен порт“.

По това време паралелният порт беше много по-бърз от серийния порт. Това се дължи на начина, по който тези пристанища бяха внедрени. Това не означава, че серийните комуникации винаги са по-бавни от паралелните комуникации.

Слотове и графични карти

Спецификацията PCI Express позволява на слотовете да имат различни физически размери, в зависимост от броя на лентите, свързани към слота.

Това намалява размера на необходимото пространство на дънната платка. Например, ако е необходим слот с x1 връзка, производителят на дънната платка може да използва по-малък слот, спестявайки място на дънната платка.

Много дънни платки имат x16 слотове, които са свързани към x8, x4 или дори x1 релси. При по-големи канали е важно да се знае дали техните физически размери наистина съответстват на скоростите им. Също така, някои машини могат да забавят темпото, когато лентите им се споделят.

Най-често срещаният сценарий е на дънни платки с два или повече x16 слота. При множество дънни платки има само 16 платна, свързващи първите два x16 слота към PCI Express контролера. Това означава, че когато инсталирате една видеокарта, тя ще разполага с честотна ширина x16, но когато инсталирате две видеокарти, всяка видеокарта ще има x8 честотна лента всяка.

Ръководството за дънната платка трябва да предоставя тази информация. Но практичен съвет е да погледнете вътре в слота, за да видите колко контакти имате.

Ако видите контактите в PCI Express x16 слот, отрязани наполовина от това, което трябва да бъдат, това означава, че макар този слот да е физически слот x16, той всъщност има осем ленти (x8). Ако със същия този слот видите, че броят на контактите е намален до една четвърт от това, което трябва да има, виждате слот x16, който всъщност има само четири ленти (x4).

Важно е да се разбере, че не всички производители на дънни платки следват тази процедура; някои все още използват всички контакти, въпреки че слотът е свързан с по-малък брой платна. Най-добрият съвет е да проверите ръководството за дънната платка за точната информация.

За да се постигне максимално възможна производителност, както разширителната карта, така и PCI Express портът трябва да бъдат с една и съща версия. Ако имате видеокарта PCI Express 2.0 и я инсталирате в система с PCI Express 3.0 порт, ограничавате честотната лента до PCI Express 2.0. Същата видеокарта, инсталирана в по-стара система с PCI Express 1.0 контролер, ще бъде ограничена до честотната лента на PCI Express 1.0.

Употреби и ползи

С PCIe администраторите на центрове за данни могат да се възползват от високоскоростните мрежи на дънните платки на сървъра и да се свързват с Gigabit Ethernet, RAID и Infiniband мрежови технологии извън сървъра. PCIe шината също позволява връзки между клъстерирани компютри, използващи HyperTransport.

За лаптопи и мобилни устройства се използват PCI-e мини карти за свързване на адаптери за безжична мрежа, SSD диск за съхранение и други ускорители на производителността.

Препоръчваме ви да прочетете:

Външният PCI Express (ePCIe) ви позволява да свържете дънната платка към външен PCIe интерфейс. В повечето случаи дизайнерите използват ePCIe, когато компютърът изисква необичайно голям брой PCIe портове.