Express Pci экспресс

В настоящее время наиболее распространенный тип доступных слотов расширения называется PCI Express. В этой статье вы узнаете все, что вам нужно знать об этом типе соединения: его начало, как оно работает, версии, слоты и многое другое.

Начиная с первого ПК, выпущенного в 1981 году, команда имела слоты расширения, в которые можно устанавливать дополнительные карты для добавления функций, недоступных на материнской плате команды. Прежде чем говорить о порте PCI Express, немного поговорим об истории слотов расширения для ПК и их основных проблемах, чтобы вы могли понять, чем отличается порт PCI Express.

Указатель содержания

Типы слотов расширения

Ниже перечислены наиболее распространенные типы слотов расширения, которые выпускались для ПК на протяжении всей его истории:

• ISA (стандартная промышленная архитектура) MCA (микроканальная архитектура) EISA (расширенная промышленная стандартная архитектура) VLB (локальная шина VESA) PCI (межкомпонентное межкомпонентное соединение) PCI-X (межсоединение расширенного периферийного компонента) AGP (порт ускоренной графики) PCI Экспресс (Экспресс периферийное соединение компонентов)

В общем, новые типы слотов расширения высвобождаются, когда показано, что доступные типы слотов слишком медленны для определенных приложений. Например, исходный слот ISA, доступный на исходном ПК IBM и на ПК IBM XT и его клонах, имел максимальную теоретическую скорость передачи (то есть пропускную способность) всего 4, 77 МБ / с.

16-разрядная версия ISA, выпущенная вместе с IBM PC AT в 1984 году, почти удвоила доступную пропускную способность до 8 МБ / с, но это число было крайне низким даже в то время для приложений с высокой пропускной способностью, таких как видео., Позже IBM выпустила слот MCA для своей линейки компьютеров PS / 2, и, поскольку он был защищен авторским правом, другие производители могли использовать его, только если они вступили в лицензионную схему с IBM, что сделали только пять компаний (Тэнди)., Абрикос, Делл, Оливетти и исследовательские машины).

Поэтому слоты MCA были ограничены несколькими моделями ПК этих брендов. Девять производителей ПК собрались вместе, чтобы создать слот EISA, но это оказалось неудачным по двум причинам.

Во-первых, он поддерживал совместимость с оригинальным слотом ISA, поэтому его тактовая частота была такой же, как у 16-битного слота ISA.

Во-вторых, в альянс не входили производители материнских плат, поэтому лишь немногие компании имели доступ к этому слоту, как это было со слотом MCA.

Первый настоящий высокоскоростной слот, который был выпущен, был VLB. Наивысшая скорость была достигнута путем подключения слота к локальной шине ЦП, то есть к внешней шине ЦП.

Таким образом, слот работал на той же скорости, что и внешняя шина ЦП, которая является самой быстрой шиной на ПК.

Большинство процессоров в то время использовали внешнюю тактовую частоту 33 МГц, но также были доступны процессоры с внешними тактовыми частотами 25 МГц и 40 МГц.

Проблема с этой шиной заключалась в том, что она была специально разработана для локальной шины процессоров класса 486. Когда был выпущен процессор Pentium, он был несовместим с ним, поскольку он использовал локальную шину с другими характеристиками (внешняя тактовая частота 66 МГц). вместо 33 МГц и 64-битной передачи данных вместо 32-битной).

Первое общеотраслевое решение появилось в 1992 году, когда Intel вынудила индустрию создать идеальный слот расширения PCI.

Позже другие компании присоединились к альянсу, который сегодня известен как PCI-SIG (PCI Special Interest Group). PCI-SIG отвечает за стандартизацию слотов PCI, PCI-X и PCI Express.

Что такое порты PCI Express

PCI Express, сокращение от PCI-E или PCIe, является последним развитием классической шины PCI и позволяет добавлять карты расширения в компьютер.

Это локальный последовательный порт, в отличие от PCI, который является параллельным, и был разработан Intel, которая впервые представила его в 2004 году на чипсете 915P.

Мы можем найти шины PCI Express в различных версиях; Существуют версии 1, 2, 4, 8, 12, 16 и 32 полосы.

Например, скорость передачи системы PCI Express с 8 линиями (x8) составляет 2 ГБ / с (250 x8). PCI Express поддерживает скорость передачи данных от 250 МБ / с до 8 ГБ / с в версии 1.1. Версия 3.0 допускает 1 ГБ / с (на самом деле 985 МБ) на линию, а 2.0 - только 500 МБ / с.

Для чего нужны порты PCI Express?

Эта новая шина используется для подключения плат расширения к материнской плате и предназначена для замены всех внутренних шин расширения ПК, включая PCI и AGP (AGP полностью исчез, но классический PCI по-прежнему сопротивляется),

PCI, PCI-X и PCI Express

Кстати, некоторым пользователям трудно различать PCI, PCI-X и PCI Express («PCIe»). Хотя эти имена похожи, они относятся к совершенно разным технологиям.

PCI - это независимая от платформы шина, которая подключается к системе через мостовой чип (мост, который является частью чипсета материнской платы). Каждый раз, когда выпускается новый процессор, вы можете продолжать использовать одну и ту же шину PCI, перепроектировав чип моста вместо того, чтобы перепроектировать шину, что было нормой до создания шины PCI.

Хотя теоретически возможны и другие конфигурации, наиболее распространенной реализацией шины PCI была тактовая частота 33 МГц с 32-битным трактом передачи данных, что позволяет использовать полосу пропускания 133 МБ / с.

Порт PCI-X - это версия шины PCI, которая работает на более высоких тактовых частотах и ​​с более широкими путями передачи данных для материнских плат серверов, обеспечивая более высокую пропускную способность для устройств, которые требуют большей скорости, таких как карты памяти. высококачественные сетевые и RAID-контроллеры.

Когда шина PCI оказалась слишком медленной для высококачественных видеокарт, был разработан слот AGP. Этот слот использовался исключительно для видеокарт.

Наконец, PCI-SIG разработал соединение под названием PCI Express. Несмотря на свое название, порт PCI Express работает радикально отличается от шины PCI.

Разные шины PCI Express

• PCI Express 1x с производительностью 250 Мбит / с присутствует в одной или двух копиях на всех существующих материнских платах. PCI Express 2x с производительностью 500 Мбит / с менее расширен, зарезервирован для серверов. PCI Express 4x с производительностью 1000 МБ / s также зарезервирован для серверов. PCI Express 16x со скоростью 4000 Мбит / с очень широко распространен, присутствует во всех современных графических картах и ​​является стандартным форматом графических карт. Порт PCI Express 32x с производительностью 8000 Мбит / с - это тот же формат, что и PCI Express 16x, и часто используется на материнских платах высшего класса для питания шин SLI или Crossfire. Ссылки на эти материнские платы часто упоминаются как «32». Это позволяет использовать два 16-полосных проводных порта PCI Express, в отличие от обычных SLI, проводных в 2 × 8 полос или Basic Crossfire, соединенных в 1 × 16 + 1 × 4 полос. Эти материнские платы также характеризуются наличием дополнительного южного моста, предназначенного только для шины 32х.

PCI-SIG анонсировала PCI Express в версии 4.0, предлагая вдвое большую пропускную способность на линию, по сравнению с версией 3.0.

Этот обзор включает в себя запасы по полосам, уменьшенную задержку системы, превосходные возможности RAS, расширенные метки и кредиты для сервисных устройств, масштабируемость для дополнительных полос и пропускной способности, интеграцию платформы и улучшенную виртуализацию ввода-вывода.

Различия между PCI и PCI Express

• PCI - это шина, в то время как PCI Express - это последовательное соединение точка-точка, то есть оно соединяет только два устройства; никакое другое устройство не может поделиться этим соединением. Просто для пояснения: на материнской плате, которая использует стандартные слоты PCI, все устройства PCI подключены к шине PCI и совместно используют один и тот же канал передачи данных, поэтому может возникнуть узкое место (то есть снижение производительности, поскольку более устройство хочет передавать данные одновременно). На материнской плате со слотами PCI Express каждый слот PCI Express подключается к чипсету на материнской плате с помощью выделенной линии, не разделяя эту линию (путь данных) с другими слотами PCI Express. Кроме того, устройства, встроенные в материнскую плату, такие как сетевые контроллеры, SATA и USB, обычно подключаются к чипсету материнской платы с помощью выделенных соединений PCI Express. PCI и все другие типы слотов расширения используют параллельную связь, в то время как PCI Express использует высокоскоростную последовательную связь, порт PCI Express использует отдельные линии, которые можно сгруппировать для создания соединений с более высокой пропускной способностью. «X», который следует за описанием соединения PCI Express, относится к числу линий, которые использует соединение.

Ниже приведена сравнительная таблица основных спецификаций слотов расширения, которые существовали для ПК.

паз	часы	Количество бит	Данные за такт	Ширина полосы
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 (обычно 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	4266 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	8000 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	8000 МБ / с
PCIe 3.0 x16	8 ГГц	16	1	16 000 МБ / с

Передача данных на порт PCI Express

Соединение PCI Express представляет собой выдающееся усовершенствование взаимодействия периферийных устройств с компьютером.

Он во многом отличается от шины PCI, но наиболее важным является способ передачи данных.

Соединение PCI Express - еще один пример тенденции переноса передачи данных из параллельной связи в последовательную связь. Другими распространенными интерфейсами, использующими последовательную связь, являются USB, Ethernet (сеть) и SATA и SAS (хранилище).

До PCI Express все шины ПК и слоты расширения использовали параллельную связь. При параллельной связи несколько битов передаются в тракте данных одновременно, параллельно.

В последовательной связи только один бит передается в тракте данных за такт. Во-первых, это делает параллельную связь быстрее, чем последовательную, поскольку чем больше количество битов передается одновременно, тем быстрее будет связь.

Параллельная связь, однако, страдает от некоторых проблем, которые не позволяют передачам достигать более высоких тактовых частот. Чем выше тактовая частота, тем больше проблемы с электромагнитными помехами (EMI) и задержкой распространения.

Когда электрический ток течет по кабелю, вокруг него создается электромагнитное поле. Это поле может индуцировать электрический ток в соседнем кабеле, портя передаваемую им информацию.

Как мы уже говорили, каждый параллельный бит передачи передается по отдельному кабелю, но практически невозможно сделать эти 32 кабеля одинаковой длины на материнской плате. При более высоких тактовых частотах данные, передаваемые по более коротким кабелям, поступают раньше, чем данные, передаваемые по более длинным кабелям.

То есть биты в параллельной связи могут поступать с опозданием. Как следствие, приемное устройство должно ожидать поступления всех битов, чтобы обработать полные данные, что представляет собой значительную потерю производительности. Эта проблема известна как задержка распространения и усугубляется с увеличением тактовых частот.

Проект шины, использующей последовательную связь, проще реализовать, чем проект шины, использующей параллельную связь, поскольку для передачи данных требуется меньше кабелей.

При обычной последовательной связи необходимы четыре кабеля: два для передачи данных и два для приема, обычно с использованием метода анти-электромагнитных помех, называемого подавлением или дифференциальной передачей. В случае отмены один и тот же сигнал передается по двум кабелям, а второй кабель передает «отраженный» сигнал (с обратной полярностью) по сравнению с исходным сигналом.

Помимо обеспечения большей устойчивости к электромагнитным помехам, последовательная связь не страдает от задержек распространения. Таким образом, они могут достичь более высоких тактовых частот легче, чем параллельная связь.

Другое очень важное различие между параллельной связью и последовательной связью состоит в том, что параллельная связь обычно является полудуплексной (одни и те же кабели используются для передачи и приема данных) из-за большого количества кабелей, необходимых для ее реализации.

Последовательная связь является полнодуплексной (есть отдельный набор кабелей для передачи данных и другой набор кабелей для приема данных), потому что вам нужно только два кабеля в каждом направлении. При полудуплексной связи два устройства не могут разговаривать друг с другом одновременно; один или другой передает данные. При полнодуплексной связи оба устройства могут передавать данные одновременно.

Это основные причины, по которым инженеры приняли последовательную связь вместо параллельной связи с портом PCI Express.

Последовательная связь медленнее?

Это зависит от того, что вы сравниваете. Если сравнить параллельную связь 33 МГц, которая передает 32 бита за такт, она будет в 32 раза быстрее, чем последовательная связь 33 МГц, которая передает только один бит за раз.

Однако если вы сравните ту же параллельную связь с последовательной связью, которая работает на гораздо более высокой тактовой частоте, последовательная связь может фактически быть намного быстрее.

Просто сравните пропускную способность исходной шины PCI, которая составляет 133 МБ / с (33 МГц x 32 бита), с наименьшей пропускной способностью, которая может быть достигнута при соединении PCI Express (250 МБ / с, 2, 5 ГГц х 1 бит).

Представление о том, что последовательная связь всегда медленнее, чем параллельная, происходит от старых компьютеров, у которых были порты, называемые «последовательный порт» и «параллельный порт».

В то время параллельный порт был намного быстрее, чем последовательный порт. Это было связано с тем, как эти порты были реализованы. Это не означает, что последовательная связь всегда медленнее, чем параллельная связь.

Слоты и видеокарты

Спецификация PCI Express позволяет слотам иметь разные физические размеры, в зависимости от количества линий, подключенных к слоту.

Это уменьшает размер места, необходимого на материнской плате. Например, если требуется слот с подключением x1, производитель материнской платы может использовать меньший слот, экономя место на материнской плате.

Многие материнские платы имеют слоты x16, которые подключены к шинам x8, x4 или даже x1. Для больших канавок важно знать, соответствуют ли их физические размеры их скоростям. Кроме того, некоторые машины могут замедляться, когда их дорожки используются совместно.

Наиболее распространенный сценарий - на материнских платах с двумя или более слотами x16. С несколькими материнскими платами есть только 16 линий, соединяющих первые два слота x16 с контроллером PCI Express. Это означает, что при установке одной видеокарты она будет иметь доступную пропускную способность x16, но при установке двух видеокарт каждая видеокарта будет иметь пропускную способность x8 каждая.

Руководство по материнской плате должно предоставить эту информацию. Но практический совет - заглянуть внутрь слота, чтобы увидеть, сколько у вас контактов.

Если вы видите, что контакты в слоте PCI Express x16 обрезают половину того, что они должны быть, это означает, что хотя этот слот физически является слотом x16, на самом деле он имеет восемь полос (x8). Если с этим же слотом вы видите, что количество контактов уменьшено до четверти от того, что должно быть, вы видите слот x16, который на самом деле имеет только четыре полосы (x4).

Важно понимать, что не все производители материнских плат следуют этой процедуре; некоторые все еще используют все контакты, даже если слот подключен к меньшему количеству дорожек. Лучший совет - проверить правильность информации в руководстве к материнской плате.

Для достижения максимально возможной производительности карта расширения и порт PCI Express должны быть одной и той же версии. Если у вас есть видеокарта PCI Express 2.0 и вы устанавливаете ее в системе с портом PCI Express 3.0, вы ограничиваете пропускную способность PCI Express 2.0. Та же видеокарта, установленная в более старой системе с контроллером PCI Express 1.0, будет ограничена пропускной способностью PCI Express 1.0.

Использование и преимущества

С помощью PCIe администраторы центров обработки данных могут воспользоваться преимуществами высокоскоростной сети на материнских платах серверов и подключиться к сетевым технологиям Gigabit Ethernet, RAID и Infiniband за пределами серверной стойки. Шина PCIe также позволяет устанавливать соединения между кластерными компьютерами с помощью HyperTransport.

Для ноутбуков и мобильных устройств мини-карты PCI-e используются для подключения беспроводных сетевых адаптеров, дискового накопителя SSD и других ускорителей производительности.

Рекомендуем прочитать:

Внешний PCI Express (ePCIe) позволяет подключить материнскую плату к внешнему интерфейсу PCIe. В большинстве случаев разработчики используют ePCIe, когда компьютеру требуется необычно большое количество портов PCIe.