▷ Pci express

V současné době se nejběžnější typ rozšiřujícího slotu, který je k dispozici, nazývá PCI Express. V tomto článku se dozvíte vše, co potřebujete vědět o tomto typu připojení: jeho začátky, jak to funguje, verze, sloty a další.

Od prvního počítače, které bylo vydáno v roce 1981, má tým rozšiřující sloty, kde lze instalovat další karty, které přidávají funkce, které nejsou k dispozici na základní desce týmu. Než začneme mluvit o portu PCI Express, měli bychom si trochu promluvit o historii rozšiřovacích slotů pro PC a jejich hlavních výzvách, abyste pochopili, proč je port PCI Express odlišný.

Index obsahu

Typy rozšiřujících slotů

Níže jsou uvedeny nejběžnější typy rozšiřujících slotů, které byly pro PC vydány v celé historii:

• ISA (standardní průmyslová architektura) MCA (mikrokanálová architektura) EISA (rozšířená průmyslová standardní architektura) VLB (VESA lokální sběrnice) PCI (propojení periferních komponent) PCI-X (rozšířené propojení periferních komponent) AGP (zrychlený grafický port) PCI Express (Express Peripheral Component Interconnect)

Obecně se nové typy rozšiřovacích slotů uvolňují, když jsou dostupné typy slotů pro určité aplikace ukázány jako příliš pomalé. Například původní slot ISA dostupný na původním IBM PC a na IBM XT PC a jeho klonech měl maximální teoretickou přenosovou rychlost (tj. Šířku pásma) pouze 4, 77 MB / s.

16bitová verze ISA, vydaná s IBM PC AT v roce 1984, téměř zdvojnásobila dostupnou šířku pásma na 8 MB / s, ale toto číslo bylo extrémně nízké i v té době pro aplikace s velkou šířkou pásma, jako je video..

Později společnost IBM uvolnila slot MCA pro řadu počítačů PS / 2, a protože byla chráněna autorskými právy, ostatní výrobci ji mohli používat pouze tehdy, pokud s IBM uzavřeli licenční schéma, udělalo to pouze pět společností (Tandy), Meruňka, Dell, Olivetti a Research Machines).

Proto byly sloty MCA omezeny na několik modelů PC od těchto značek. Devět výrobců PC se spojilo a vytvořilo slot EISA, ale to bylo neúspěšné ze dvou důvodů.

Nejprve si zachovala kompatibilitu s původním slotem ISA, takže jeho taktovací frekvence byla stejná jako u 16bitového slotu ISA.

Za druhé, aliance nezahrnovala výrobce základních desek, takže jen málo společností mělo přístup k tomuto slotu, stejně jako tomu bylo u slotu MCA.

První skutečný vysokorychlostní slot, který byl propuštěn, byl VLB. Nejvyšší rychlosti bylo dosaženo propojením slotu s místní sběrnicí CPU, tj. S externí sběrnicí CPU.

Tímto způsobem běžel slot stejnou rychlostí jako externí sběrnice CPU, což je nejrychlejší sběrnice dostupná na PC.

Většina procesorů v té době používala externí hodinovou rychlost 33 MHz, ale byly k dispozici také procesory s externí hodinovou rychlostí 25 MHz a 40 MHz.

Problém s touto sběrnicí byl v tom, že byl speciálně navržen pro místní sběrnici procesorů třídy 486. Když byl procesor Pentium uvolněn, byl s ním nekompatibilní, protože používal místní sběrnici s různými specifikacemi (frekvence externích hodin 66 MHz namísto 33 MHz a 64bitový přenos dat namísto 32bitový).

První průmyslové řešení se objevilo v roce 1992, kdy Intel vedl toto odvětví k vytvoření konečného rozšiřujícího slotu PCI.

Později se k alianci připojily další společnosti, které se dnes nazývají PCI-SIG (PCI Special Interest Group). PCI-SIG odpovídá za standardizaci slotů PCI, PCI-X a PCI Express.

Co jsou porty PCI Express

PCI Express, zkratka pro PCI-E nebo PCIe, je nejnovějším vývojem klasické sběrnice PCI a umožňuje přidání rozšiřujících karet do počítače.

Je to místní sériový port, na rozdíl od PCI, který je paralelní a byl vyvinut společností Intel, který jej poprvé uvedl v roce 2004 na čipové sadě 915P.

Můžeme najít sběrnice PCI Express v různých verzích; Existují verze 1, 2, 4, 8, 12, 16 a 32 pruhů.

Například přenosová rychlost systému 8 PCI Express s 8 jízdními pruhy (x8) je 2 GB / s (250 x 8). PCI Express umožňuje datové rychlosti 250 MB / s až 8 GB / s ve verzi 1.1. Verze 3.0 umožňuje 1 GB / s (skutečně 985 MB) na pruh, zatímco 2, 0 pouze 500 MB / s.

K čemu jsou porty PCI Express?

Tato nová sběrnice se používá k připojení rozšiřujících karet k základní desce a je určena k nahrazení všech interních rozšiřujících sběrnic PC, včetně PCI a AGP (AGP zcela zmizela, ale klasické PCI stále odolává).

PCI, PCI-X a PCI Express

BTW, někteří uživatelé mají těžké rozlišovat mezi PCI, PCI-X a PCI Express („PCIe“). Přestože jsou tato jména podobná, odkazují na zcela odlišné technologie.

PCI je platforma nezávislá sběrnice, která se připojuje k systému přes mostový čip (most, který je součástí čipové sady základní desky). Pokaždé, když je uvolněn nový procesor, můžete pokračovat v používání stejné sběrnice PCI přepracováním můstkového čipu namísto přepracování sběrnice, což byla norma před vytvořením sběrnice PCI.

Ačkoliv byly teoreticky možné i jiné konfigurace, nejběžnější implementací sběrnice PCI byla s hodinami 33 MHz s 32bitovou datovou cestou, což umožnilo šířku pásma 133 MB / s.

Port PCI-X je verze sběrnice PCI, která pracuje s vyššími hodinovými kmitočty as širšími datovými cestami pro základní desky serveru, čímž se dosahuje vyšší šířky pásma pro zařízení, která vyžadují vyšší rychlost, například paměťové karty. špičkové síťové a RAID řadiče.

Když se ukázalo, že sběrnice PCI je příliš pomalá pro špičkové grafické karty, byl vyvinut slot AGP. Tento slot byl použit výhradně pro grafické karty.

Nakonec PCI-SIG vyvinul spojení zvané PCI Express. Port PCI Express pracuje i přes svůj název radikálně odlišně od sběrnice PCI.

Různé sběrnice PCI Express

• PCI Express 1x s výkonem 250Mb / s je přítomen v jedné nebo dvou kopiích na všech současných základních deskách. PCI Express 2x s výkonem 500Mb / s je méně rozšířen, vyhrazen pro servery. PCI Express 4x s výkonem 1000Mb / s je také vyhrazen pro servery. PCI Express 16x s rychlostí 4000Mb / s je velmi rozšířený, je přítomen ve všech moderních grafických kartách a je standardním formátem grafických karet. PCI Express 32x port s výkonem 8000 Mb / s je stejný formát jako PCI Express 16x a často se používá na základních deskách pro napájení SLI nebo Crossfire autobusů. Odkazy na tyto základní desky mají často zmínku „32“. To umožňuje dva 16pruhové PCI Express porty, na rozdíl od konvenčních SLI, zapojených do 2 x 8 pruhů nebo Basic Crossfire, zapojených do 1 × 16 + 1 × 4 pruhů. Tyto základní desky se také vyznačují přítomností dalšího jižního mostu, vyhrazeného pouze pro 32x autobus.

PCI-SIG oznámila PCI Express v revizi 4.0 a nabízí dvojnásobnou šířku pásma na jeden pruh ve srovnání s revizí 3.0.

Tato recenze zahrnuje okraje jízdních pruhů, sníženou latenci systému, vynikající možnosti RAS, rozšířené štítky a kredity pro servisní zařízení, škálovatelnost pro další pruhy a šířku pásma, integraci platformy a vylepšenou virtualizaci V / V.

Rozdíly mezi PCI a PCI Express

• PCI je sběrnice, zatímco PCI Express je sériové připojení point-to-point, to znamená, že připojuje pouze dvě zařízení; toto připojení nemůže sdílet žádné jiné zařízení. Abychom objasnili, na základní desce, která používá standardní PCI sloty, jsou všechna PCI zařízení připojena ke sběrnici PCI a sdílejí stejnou datovou cestu, takže může dojít k úzkému místu (tj. Snížení výkonu, protože více zařízení chce přenášet data současně). Na základní desce se sloty PCI Express je každý slot PCI Express připojen k čipové sadě na základní desce pomocí vyhrazeného pruhu, který tento pruh (datová cesta) nesdílí s jinými sloty PCI Express. Také zařízení zabudovaná do základní desky, jako jsou síťové ovladače, SATA a USB, se obvykle připojují k čipové sadě základní desky pomocí vyhrazených připojení PCI Express. PCI a všechny ostatní typy rozšiřujících slotů používají paralelní komunikaci, zatímco PCI Express se spoléhá na vysokorychlostní sériovou komunikaci, port PCI Express se spoléhá na jednotlivé pruhy, které lze seskupit, aby vytvořily připojení s větší šířkou pásma. „X“, které následuje po popisu připojení PCI Express, se týká počtu jízdních pruhů, které připojení používá.

Níže je uvedena srovnávací tabulka hlavních specifikací rozšiřujících slotů, které existovaly pro PC.

Groove	Hodiny	Počet bitů	Data za hodinový cyklus	Šířka 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 (obvykle 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

Přenos dat na portu PCI Express

Připojení PCI Express představuje mimořádný pokrok ve způsobu, jakým periferní zařízení komunikují s počítačem.

Liší se od sběrnice PCI mnoha způsoby, ale nejdůležitější je způsob přenosu dat.

Připojení PCI Express je dalším příkladem trendu přenosu dat z paralelní komunikace do sériové komunikace. Další běžná rozhraní používající sériovou komunikaci jsou USB, Ethernet (síť) a SATA a SAS (úložiště).

Před PCI Express používaly všechny PC sběrnice a rozšiřující sloty paralelní komunikaci. V paralelní komunikaci je několik bitů přenášeno v datové cestě současně, paralelně.

V sériové komunikaci se v datové cestě za hodinový cyklus přenáší pouze jeden bit. Nejprve to zrychlí paralelní komunikaci než sériová komunikace, protože čím vyšší je počet bitů přenášených najednou, tím rychlejší bude komunikace.

Paralelní komunikace však trpí některými problémy, které brání přenosu dosáhnout vyšších hodinových rychlostí. Čím vyšší jsou hodiny, tím větší jsou problémy s elektromagnetickým rušením (EMI) a zpožděním šíření.

Když elektrický proud protéká kabelem, kolem něj se vytvoří elektromagnetické pole. Toto pole může vyvolat elektrický proud v sousedním kabelu a poškodit jím přenášené informace.

Jak jsme již diskutovali, každý paralelní komunikační bit je přenášen na samostatném kabelu, ale je téměř nemožné vyrobit těchto 32 kabelů přesně stejnou délkou na základní desce. Při vyšších rychlostech hodin dorazí data přenášená přes kratší kabely dříve než data přenášená přes delší kabely.

To znamená, že bity v paralelní komunikaci mohou dorazit pozdě. V důsledku toho musí přijímací zařízení čekat, až dorazí všechny bity, aby mohla zpracovat kompletní data, což představuje významnou ztrátu výkonu. Tento problém se nazývá zpoždění šíření a zhoršuje se zvyšující se frekvencí hodin.

Projekt sběrnice, která používá sériovou komunikaci, se snadněji implementuje než projekt sběrnice, která používá paralelní komunikaci, protože k přenosu dat je zapotřebí méně kabelů.

Při typické sériové komunikaci jsou zapotřebí čtyři kabely: dva pro přenos dat a dva pro příjem, obvykle pomocí antimagnetické interferenční techniky zvané zrušení nebo diferenciální přenos. V případě zrušení je stejný signál vysílán na dvou kabelech, zatímco druhý kabel vysílá „odrazený“ signál (obrácená polarita) ve srovnání s původním signálem.

Kromě zajištění větší odolnosti vůči elektromagnetickému rušení netrpí sériová komunikace zpožděním šíření. Tímto způsobem mohou dosáhnout vyšších hodinových frekvencí snadněji než paralelní komunikace.

Dalším velmi důležitým rozdílem mezi paralelní komunikací a sériovou komunikací je to, že paralelní komunikace je obvykle poloviční duplex (stejné kabely se používají k přenosu a přijímání dat) kvůli vysokému počtu kabelů potřebných pro její implementaci.

Sériová komunikace je plně duplexní (existuje samostatná sada kabelů pro přenos dat a další sada kabelů pro příjem dat), protože v každém směru potřebujete pouze dva kabely. U poloduplexní komunikace nemohou dvě zařízení spolu mluvit současně; jeden nebo druhý přenáší data. Díky plně duplexní komunikaci mohou obě zařízení přenášet data současně.

To jsou hlavní důvody, proč technici místo sériové komunikace s portem PCI Express přijali sériovou komunikaci.

Je sériová komunikace pomalejší?

Záleží na tom, co porovnáváte. Pokud porovnáte paralelní 33 MHz komunikaci, která vysílá 32 bitů za hodinový cyklus, bude to 32krát rychlejší než 33 MHz sériová komunikace, která přenáší pouze jeden bit najednou.

Pokud však porovnáte stejnou paralelní komunikaci se sériovou komunikací, která běží na mnohem vyšší frekvenci hodin, sériová komunikace může být ve skutečnosti mnohem rychlejší.

Stačí porovnat šířku pásma původní sběrnice PCI, která je 133 MB / s (33 MHz x 32 bitů), s nejnižší šířkou pásma, kterou lze dosáhnout pomocí připojení PCI Express (250 MB / s, 2, 5 GHz x 1 bit).

Představa, že sériová komunikace je vždy pomalejší než paralelní komunikace, pochází ze starších počítačů, které měly porty nazývané „sériový port“ a „paralelní port“.

V té době byl paralelní port mnohem rychlejší než sériový port. Bylo to kvůli způsobu implementace těchto portů. To neznamená, že sériové komunikace jsou vždy pomalejší než paralelní komunikace.

Sloty a grafické karty

Specifikace PCI Express umožňuje, aby sloty měly různé fyzické velikosti, v závislosti na počtu jízdních pruhů připojených ke slotu.

Tím se zmenší velikost místa potřebného na základní desce. Například, pokud je vyžadován slot s připojením x1, může výrobce základní desky použít menší slot, což šetří místo na základní desce.

Mnoho základních desek má sloty x16, které jsou připojeny k kolejnicím x8, x4 nebo dokonce x1. U větších drážek je důležité vědět, zda jejich fyzické velikosti skutečně odpovídají jejich rychlosti. Také některé stroje mohou zpomalit, když jsou jejich pruhy sdíleny.

Nejběžnější scénář je na základních deskách se dvěma nebo více sloty x16. U několika základních desek existuje pouze 16 pruhů, které spojují první dva sloty x16 s řadičem PCI Express. To znamená, že při instalaci jedné grafické karty bude k dispozici šířka pásma x16, ale při instalaci dvou grafických karet bude mít každá grafická karta každou šířku pásma x8.

Tyto informace by měla poskytnout příručka k základní desce. Praktickým tipem je však podívat se dovnitř slotu a zjistit, kolik kontaktů máte.

Pokud vidíte, že kontakty ve slotu PCI Express x16 jsou zkráceny na polovinu, než by měly být, znamená to, že zatímco tento slot je fyzicky slot x16, má ve skutečnosti osm pruhů (x8). Pokud u tohoto stejného slotu vidíte, že počet kontaktů je snížen na čtvrtinu toho, co by mělo mít, uvidíte slot x16, který ve skutečnosti obsahuje pouze čtyři pruhy (x4).

Je důležité pochopit, že ne všichni výrobci základních desek se řídí tímto postupem; někteří stále používají všechny kontakty, i když je slot připojen k menšímu počtu jízdních pruhů. Nejlepším doporučením je zkontrolovat správné informace v příručce základní desky.

Pro dosažení maximálního možného výkonu musí být rozšiřující karta i port PCI Express stejné revize. Pokud máte grafickou kartu PCI Express 2.0 a instalujete ji do systému s portem PCI Express 3.0, omezujete šířku pásma na PCI Express 2.0. Stejná grafická karta nainstalovaná ve starším systému s řadičem PCI Express 1.0 bude omezena na šířku pásma PCI Express 1.0.

Použití a výhody

S PCIe mohou administrátoři datových center využívat vysokorychlostní sítě na základních deskách serverů a připojit se k síťovým technologiím Gigabit Ethernet, RAID a Infiniband mimo serverový stojan. Sběrnice PCIe také umožňuje spojení mezi klastrovanými počítači pomocí HyperTransportu.

U notebooků a mobilních zařízení se mini karty PCI-e používají k připojení bezdrátových síťových adaptérů, SSD diskových úložišť a dalších urychlovačů výkonu.

Doporučujeme si přečíst:

Externí PCI Express (ePCIe) umožňuje připojit základní desku k externímu rozhraní PCIe. Ve většině případů návrháři používají ePCIe, když počítač vyžaduje neobvykle velký počet portů PCIe.