▷ Pci expressz

Jelenleg a rendelkezésre álló leggyakoribb bővítőhelyt PCI Expressnek hívják. Ebben a cikkben mindent megtudhat, amit tudnia kell az ilyen típusú kapcsolatokról: a kezdetekről, a működésről, a verziókról, a bővítőhelyekről és egyebekről.

Az első, 1981-ben kiadott számítógép óta a csapat bővítőhelyekkel rendelkezik, ahol további kártyák telepíthetők olyan funkciók hozzáadására, amelyek a csapat alaplapján nem állnak rendelkezésre. Mielőtt a PCI Express portról beszélnénk, beszéljünk egy kicsit a PC bővítőhelyének történetéről és azok főbb kihívásairól, hogy megértsük, mi teszi a PCI Express portot eltérővé.

Tartalom index

A bővítőhelyek típusai

Az alábbiakban felsoroljuk azokat a leggyakoribb bővítőhely-típusokat, amelyeket a történelem folyamán kiadtak a számítógép számára:

• ISA (szabványos ipari architektúra) MCA (mikrocsatorna-architektúra) EISA (kiterjesztett ipari szabványos architektúra) VLB (VESA helyi busz) PCI (perifériás összetevők összekapcsolása) PCI-X (kiterjesztett perifériás összekapcsolás) AGP (gyorsított grafikus port) PCI Express (Express perifériás összekapcsolás)

Általánosságban elmondható, hogy új típusú bővítőhelyek szabadulnak fel, ha a rendelkezésre álló réstípusok bizonyos alkalmazásokhoz túl lassúnak bizonyulnak. Például az eredeti IBM PC-n és az IBM XT PC-n és annak klónjain elérhető eredeti ISA-bővítőhely maximális elméleti átviteli sebessége (azaz sávszélesség) csak 4, 77 MB / s volt.

Az ISA 16 bites verziója, amelyet 1984-ben adtak ki az IBM PC AT-vel, majdnem megduplázta a rendelkezésre álló sávszélességet 8 MB / s-ra, ám ez a szám rendkívül alacsony még akkor is, ha nagy sávszélességű alkalmazások, például videó..

Később az IBM kiadta az MCA nyílást a PS / 2 számítógépek sorozatához, és mivel szerzői jogi védelemben részesültek, más gyártók csak akkor használhatják fel, ha licencszerződést kötöttek az IBM-szel, amit csak öt vállalat tett (Tandy), Sárgabarack, Dell, Olivetti és kutatógépek).

Ezért az MCA nyílások ezeknek a márkáknak néhány PC-modelljére korlátozódtak. Kilenc számítógépgyártó jött össze az EISA bővítőhely létrehozására, de ez két okból sikertelen volt.

Először is fenntartotta az kompatibilitást az eredeti ISA bővítőhellyel, tehát az órajele megegyezett a 16 bites ISA bővítőhelyével.

Másodszor, a szövetség nem foglalta magában az alaplap gyártóit, így kevés vállalat férhetett hozzá ehhez a nyíláshoz, csakúgy, mint az MCA nyíláshoz.

Az első valódi nagy sebességű slot, amelyet kiadtak, a VLB volt. A legnagyobb sebességet a résnek a helyi CPU-busszal, azaz a külső CPU-busszal való összekapcsolásával érik el.

Ilyen módon a nyílás ugyanolyan sebességgel futott, mint a CPU külső buszja, amely a PC-n elérhető leggyorsabb busz.

A legtöbb CPU akkoriban 33 MHz-es külső órajel-sebességet használt, de a 25 MHz-es és 40 MHz-es külső órajel-sebességű CPU-k szintén rendelkezésre álltak.

Ennek a busznak az a problémája, hogy azt kifejezetten a 486. osztályú processzorok helyi buszjára fejlesztették ki. A Pentium processzor kiadásakor ez nem volt kompatibilis, mivel külön specifikációval rendelkező helyi buszt használt (külső órafrekvencia 66 MHz). 33 MHz helyett, és 64 bites adatátvitel a 32 bites helyett).

Az első ipari szintű megoldás 1992-ben jelent meg, amikor az Intel az iparág vezetésével létrehozta a végső bővítőhelyet, a PCI-t.

Később más társaságok csatlakoztak a szövetséghez, amely ma PCI-SIG néven ismert (PCI Különleges Érdeklődési Csoport). A PCI-SIG felel a PCI, PCI-X és PCI Express bővítőhelyek szabványosításáért.

Mik a PCI Express portok?

A PCI Express, rövidítve a PCI-E vagy a PCIe, a klasszikus PCI busz legújabb fejlesztése, és lehetővé teszi a bővítőkártyák hozzáadását a számítógéphez.

Ez egy helyi soros port, ellentétben a PCI-vel, amely párhuzamos, és az Intel fejlesztette ki, amely először vezette be 2004-ben, a 915P lapkakészleten.

A PCI Express buszok különféle verziókban találhatók; Vannak 1, 2, 4, 8, 12, 16 és 32 verziók.

Például egy 8 sávos (x8) PCI Express rendszer átviteli sebessége 2 GB / s (250 x8). A PCI Express lehetővé teszi az adatátviteli sebességet 250 MB / s - 8 GB / s az 1.1 verzióban. A 3.0 verzió sávonként 1 GB / s (ténylegesen 985 MB), míg a 2.0 csak 500 MB / s sebességet tesz lehetővé.

Mire használják a PCI Express portokat?

Ez az új busz a bővítőkártyák csatlakoztatására szolgál az alaplaphoz, és célja a PC összes belső bővítő buszjának kicserélése, ideértve a PCI-t és az AGP-t is (az AGP teljesen eltűnt, de a klasszikus PCI továbbra is ellenáll).

PCI, PCI-X és PCI Express

BTW, néhány felhasználónak nehezen tud megkülönböztetni a PCI, a PCI-X és a PCI Express („PCIe”). Bár ezek a nevek hasonlóak, teljesen más technológiákra utalnak.

A PCI egy platformfüggetlen busz, amely híd chip-en keresztül kapcsolódik a rendszerhez (híd, amely az alaplap chipset része). Minden alkalommal, amikor egy új CPU kerül kiadásra, folytathatja ugyanazon PCI busz használatát a híd chip átalakításával, a busz újratervezése helyett, ami a PCI busz létrehozása előtt volt a norma.

Bár elméletileg más konfigurációk is lehetségesek voltak, a PCI busz leggyakoribb megvalósítása egy 33 MHz-es órával történt, 32 bites adatútvonallal, amely 133 MB / s sávszélességet tesz lehetővé.

A PCI-X port a PCI busz olyan verziója, amely magasabb órafrekvencián és szélesebb adatútvonalakkal működik a kiszolgáló alaplapjai számára, és nagyobb sávszélességet ér el a nagyobb sebességet igénylő eszközöknél, például a memóriakártyáknál. csúcskategóriás hálózati és RAID vezérlők.

Amikor a PCI busz túl lassúnak bizonyult a csúcskategóriás videokártyák számára, kifejlesztették az AGP nyílást. Ezt a nyílást kizárólag videokártyákhoz használták.

Végül a PCI-SIG kifejlesztett egy kapcsolatot, melynek neve PCI Express. Neve ellenére a PCI Express port radikálisan különbözik a PCI busztól.

Különböző PCI Express buszok

• A 250 MB / s teljesítményű PCI Express 1x egy vagy két példányban van jelen az összes jelenlegi alaplapon. A 500 MB / s teljesítményű PCI Express 2x kevésbé van kibővítve, kiszolgálók számára fenntartva. A PCI Express 4x 1000 MB teljesítményű. A PCI Express 16x 4000Mb / s sebességgel nagyon elterjedt, minden modern grafikus kártyán megtalálható, és a grafikus kártyák szabványos formátuma. A PCI Express 32x port a A 8000 Mb / s azonos formátumú, mint a PCI Express 16x, és gyakran használják csúcskategóriás alaplapokon az SLI vagy a Crossfire buszok táplálására. Ezen alaplapok hivatkozásai gyakran tartalmazzák a "32" -et. Ez lehetővé teszi a két 16 sávos vezetékes PCI Express portot, a hagyományos SLI-kkel ellentétben, 2 x 8 sávban vagy Basic Crossfire-ben, 1 × 16 + 1 × 4 sávban vezetve. Ezeket az alaplapokat egy további déli híd jelenléte jellemzi, amelyet csak a 32x busznak szenteltek.

A PCI-SIG bejelentette a PCI Express verziót a 4.0 verzióban, sávonkénti sávszélességet kétszer kínálva a 3.0 verzióhoz képest.

Ez az áttekintés magában foglalja a sávhatárokat, a csökkentett rendszer késleltetést, a jobb RAS képességeket, a kibővített címkéket és jóváírásokat a szolgáltató eszközök számára, a további sávok méretezhetőségét és a sávszélességet, a platformok integrációját és a továbbfejlesztett I / O virtualizációt.

Különbségek a PCI és a PCI Express között

• A PCI egy busz, míg a PCI Express egy soros pont-pont kapcsolat, vagyis csak két eszközt összeköt; senki más eszköz nem oszthatja meg ezt a kapcsolatot. Csak tisztázásként, a szokásos PCI-bővítőhelyeket használó alaplapon az összes PCI-eszköz csatlakozik a PCI-buszhoz, és ugyanazzal az adat-útvonallal rendelkezik, így szűk keresztmetszet léphet fel (azaz a teljesítmény csökkenése, mert több az eszköz egyidejűleg adatokat kíván továbbítani). A PCI Express bővítőhelyekkel rendelkező alaplapon minden PCI Express nyílás egy külön sáv segítségével kapcsolódik az alaplap chipsetjéhez, és nem osztja meg ezt a sávot (adatút) más PCI Express bővítőhelyekkel. Az alaplapba beépített eszközök, mint például a hálózati illesztőprogramok, a SATA és az USB, általában az alaplap chipsetjéhez kapcsolódnak dedikált PCI Express kapcsolatokkal. A PCI és az összes többi bővítőhely párhuzamos kommunikációt használ, Míg a PCI Express nagysebességű soros kommunikációra támaszkodik, a PCI Express port különálló sávokra támaszkodik, amelyeket össze lehet csoportosítani nagyobb sávszélességű kapcsolatok létrehozása érdekében. A PCI Express kapcsolat leírását követő „x” a sávok számára utal, amelyet a kapcsolat használ.

Az alábbiakban összehasonlító táblázat található a PC-n létező bővítőhelyek főbb specifikációiról.

barázda	karóra	Bitek száma	Adatok per óra ciklus	Sávszélesség
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 (tipikusan 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	1000 MB / s
PCIe 1, 0 x8	2, 5 GHz	8	1	2000 MB / s
PCIe 1.0 x16	2, 5 GHz	16	1	4000 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	4000 MB / s
PCIe 2.0 x16	5 GHz	16	1	8000 MB / s
PCIe 3.0 x1	8 GHz	1	1	1000 MB / s
PCIe 3.0 x4	8 GHz	4	1	4000 MB / s
PCIe 3.0 x8	8 GHz	8	1	8000 MB / s
PCIe 3.0 x16	8 GHz	16	1	16 000 MB / s

Adatátvitel a PCI Express porton

A PCI Express kapcsolat rendkívüli előrelépést jelent a perifériák kommunikációjában a számítógéppel.

Sok szempontból különbözik a PCI-busztól, de a legfontosabb az adatátvitel módja.

A PCI Express kapcsolat egy másik példa arra az tendenciára, hogy az adatátvitelt a párhuzamos kommunikációról a soros kommunikációra kell áttérni. Egyéb, a soros kommunikációt használó interfészek az USB, az Ethernet (hálózat) és a SATA és SAS (tároló).

A PCI Express előtt minden PC-busz és bővítőhely párhuzamos kommunikációt használt. Párhuzamos kommunikációval több bitet továbbítunk az adatútvonalba egyszerre, párhuzamosan.

A soros kommunikáció során csak egy bit kerül átvitelre az adatútvonalon óránként. Először ez a párhuzamos kommunikációt gyorsabbá teszi, mint a soros kommunikációt, mivel minél nagyobb az egyszerre továbbított bitszám, annál gyorsabb lesz a kommunikáció.

A párhuzamos kommunikáció azonban olyan problémákat szenved, amelyek megakadályozzák, hogy az átvitel magasabb órasebességet érjen el. Minél magasabb az óra, annál nagyobb az elektromágneses interferencia (EMI) és a terjedési késleltetés problémája.

Ha az elektromos áram egy kábelen keresztül áramlik, körülötte elektromágneses mező jön létre. Ez a mező elektromos áramot indukálhat a szomszédos kábelben, megrontva az által továbbított információkat.

Mint korábban már tárgyaltunk, minden párhuzamos kommunikációs bit külön kábellel kerül továbbításra, de szinte lehetetlen ezeket a 32 kábelt pontosan ugyanolyan hosszúságúvá tenni az alaplapon. Nagyobb órasebességen a rövidebb kábeleken továbbított adatok korábban érkeznek, mint a hosszabb kábeleken továbbított adatok.

Vagyis a párhuzamos kommunikáció bitjei későn érkezhetnek be. Következésképpen a fogadó készüléknek várnia kell az összes bit érkezését a teljes adatok feldolgozása érdekében, ami jelentős teljesítményvesztést jelent. Ezt a problémát terjedési késleltetésnek hívják, és az órafrekvenciák növekedésével még súlyosbodik.

A soros kommunikációt használó busz projektet könnyebb megvalósítani, mint a párhuzamos kommunikációt használó busz projektjét, mivel kevesebb kábelre van szükség az adatok továbbításához.

Egy tipikus soros kommunikáció során négy kábelre van szükség: kettőre az adatok továbbítására és a kettőre a vételhez, általában anti-elektromágneses interferencia-technikával, amelyet elnevezésnek vagy differenciális átvitelnek hívnak. Törlés esetén ugyanazt a jelet két kábel továbbítja, míg a második kábel továbbítja a „visszavert” jelet (fordított polaritás) az eredeti jelhez viszonyítva.

Az elektromágneses zavarok elleni nagyobb immunitás mellett a soros kommunikáció nem szenved továbbterjesztési késleltetéstől. Ily módon könnyebben érhetnek el magasabb órafrekvenciákat, mint a párhuzamos kommunikáció.

Egy másik nagyon fontos különbség a párhuzamos kommunikáció és a soros kommunikáció között az, hogy a párhuzamos kommunikáció általában félduplex (ugyanazokat a kábeleket használják az adatok továbbítására és fogadására), mivel a végrehajtásához nagyszámú kábel szükséges.

A soros kommunikáció teljes duplex (az adatátvitelhez külön kábelkészlet és az adatok fogadásához egy másik kábelkészlet tartozik), mivel mindkét irányban csak két kábelre van szüksége. A félduplex kommunikációval két eszköz nem beszélhet egymással egyszerre; az egyik vagy a másik adatot továbbít. A teljes duplex kommunikációval mindkét eszköz egyszerre képes adatátvitelre.

Ez a fő oka annak, hogy a mérnökök a PCI Express porttal párhuzamos kommunikáció helyett soros kommunikációt fogadtak el.

A soros kommunikáció lassabb?

Attól függ, hogy mit hasonlít össze. Ha összehasonlítunk egy párhuzamos 33 MHz-es kommunikációt, amely óránként 32 bitet továbbít, akkor 32-szer gyorsabb lesz, mint egy 33 MHz-es soros kommunikáció, amely egyszerre csak egy bitet továbbít.

Ha azonban összehasonlítja ugyanazt a párhuzamos kommunikációt egy soros kommunikációval, amely sokkal magasabb órajel-frekvencián működik, a soros kommunikáció valójában sokkal gyorsabb lehet.

Csak hasonlítsa össze az eredeti PCI busz sávszélességét, amely 133 MB / s (33 MHz x 32 bit), és a lehető legkisebb sávszélességet (250 MB / s, 2, 5 GHz x 1 bit).

Az a felfogás, hogy a soros kommunikáció mindig lassabb, mint a párhuzamos kommunikáció, olyan régebbi számítógépektől származik, amelyek portjainak neve „soros port” és „párhuzamos port” volt.

Abban az időben a párhuzamos port sokkal gyorsabb volt, mint a soros port. Ennek oka a kikötők végrehajtásának módja volt. Ez nem azt jelenti, hogy a soros kommunikáció mindig lassabb, mint a párhuzamos kommunikáció.

Slots és grafikus kártyák

A PCI Express specifikáció lehetővé teszi, hogy a résidők fizikai mérete eltérő legyen, attól függően, hogy hány sáv csatlakozik a réshez.

Ez csökkenti az alaplapon igényelt terület méretét. Például, ha x1 csatlakozással rendelkező nyílásra van szükség, az alaplap gyártója egy kisebb nyílást is használhat, ezzel helyet takarítva meg az alaplapon.

Sok alaplapnak vannak x16 nyílásai, amelyek x8, x4 vagy akár x1 sínhez vannak csatlakoztatva. Nagyobb hornyoknál fontos tudni, hogy fizikai méreteik valóban megfelelnek-e a sebességüknek. Ezenkívül néhány gép lelassíthatja a sávok megosztását.

A leggyakoribb forgatókönyv két vagy több x16 nyílással rendelkező alaplapokon. Több alaplapon csak 16 sáv található, amely az első két x16 nyílást összeköti a PCI Express vezérlővel. Ez azt jelenti, hogy egyetlen videokártya telepítésekor annak x16 sávszélessége lesz elérhető, de ha két videokártyát telepít, az egyes videokártyák mindegyikének x8 sávszélessége lesz.

Az alaplap kézikönyvének megadnia kell ezt az információt. De egy praktikus tipp az, hogy nézze meg a nyílást, hogy megnézze, hány névjegyed van.

Ha látja, hogy a PCI Express x16 nyílásban az érintkezők felére vannak vágva, amiknek kellene lenniük, ez azt jelenti, hogy bár ez a nyílás fizikailag x16 nyílás, valójában nyolc sávval rendelkezik (x8). Ha ugyanabban a nyílásban látja, hogy az érintkezők száma annak negyedere csökken, mint amilyennek lennie kellene, akkor lát egy x16 nyílást, amelynek valójában csak négy sávja van (x4).

Fontos megérteni, hogy nem minden alaplap gyártója követi ezt az eljárást; egyesek még mindig használják az összes érintkezőt, annak ellenére, hogy a nyílás kisebb számú sávhoz csatlakozik. A legjobb tanács az, ha ellenőrizze az alaplap kézikönyvét a helyes információkért.

A lehető legnagyobb teljesítmény elérése érdekében mind a bővítőkártyának, mind a PCI Express portnak ugyanazon verziónak kell lennie. Ha van PCI Express 2.0 videokártya, és a PCI Express 3.0 porttal rendelkező rendszerre telepíti, akkor a sávszélességet a PCI Express 2.0-ra korlátozza. Ugyanazt a videokártyát, amelyet egy régebbi rendszerbe telepítettek egy PCI Express 1.0 vezérlővel, a PCI Express 1.0 sávszélessége korlátozza.

Felhasználások és előnyök

A PCIe-vel az adatközpontok rendszergazdái kihasználhatják a nagysebességű hálózatépítést a szerver alaplapjain, és csatlakozhatnak a Gigabit Ethernet, RAID és Infiniband hálózati technológiákhoz a kiszolgálóállványon kívül. A PCIe busz lehetővé teszi a fürtözött számítógépek közötti kapcsolatot a HyperTransport használatával is.

A laptopok és a mobil eszközök esetében a PCI-e mini kártyákat vezeték nélküli hálózati adapterek, SSD lemeztároló és egyéb teljesítménygyorsítók csatlakoztatására használják.

Azt javasoljuk, hogy olvassa el:

A Külső PCI Express (ePCIe) lehetővé teszi az alaplap csatlakoztatását egy külső PCIe interfészhez. A legtöbb esetben a tervezők az ePCIe-t használják, amikor a számítógéphez szokatlanul sok PCIe-port szükséges.