▷ Pci express

Trenutno se najpogostejša razpoložljiva razširitvena reža imenuje PCI Express. V tem članku boste izvedeli vse, kar morate vedeti o tej vrsti povezave: njene začetke, kako deluje, različice, reže in še več.

Od prvega računalnika, ki je izšel leta 1981, je imela ekipa razširitvene reže, na katere je mogoče namestiti dodatne kartice za dodajanje funkcij, ki niso na voljo na matični plošči ekipe. Preden govorimo o vratih PCI Express, bi morali malo spregovoriti o zgodovini razširitvenih rež PC-ja in njihovih glavnih izzivih, tako da lahko razumete, kaj razlikuje vrata PCI Express.

Kazalo vsebine

Vrste razširitvenih rež

Spodaj so naštete najpogostejše vrste razširitvenih rež, ki so bile za PC izdane skozi njegovo zgodovino:

• ISA (standardna industrijska arhitektura) MCA (mikrokanalna arhitektura) EISA (razširjena industrijska standardna arhitektura) VLB (lokalna vodila VESA) PCI (povezava perifernih komponent) PCI-X (razširjena periferna komponenta) AGP (priključek za pospešen grafični portfelj) PCI Express (povezava ekspresnih perifernih komponent)

Na splošno se sprostijo nove vrste razširitvenih rež, ko se za nekatere aplikacije kaže, da so razpoložljive vrste reže prepočasne. Na primer, originalna reža ISA, ki je bila na voljo v izvirnem računalniku IBM in na računalniku IBM XT ter njegovih klonih, je imela največjo teoretično hitrost prenosa (tj. Pasovno širino) le 4, 77 MB / s.

16-bitna različica ISA, ki je bila izdana leta IBM PC AT leta 1984, je skoraj podvojila razpoložljivo pasovno širino na 8MB / s, vendar je bila ta številka že takrat izjemno nizka pasovna širina, kot je video..

Kasneje je IBM izdal režo MCA za svojo linijo računalnikov PS / 2, in ker je bila zaščitena z avtorskimi pravicami, so jo drugi proizvajalci lahko uporabljali le, če so z IBM-om vstopili v licenčno shemo, kar je storilo le pet podjetij (Tandy, Marelice, Dell, Olivetti in raziskovalni stroji).

Zato so bili MCA reže omejene na nekaj modelov osebnih računalnikov teh blagovnih znamk. Devet proizvajalcev osebnih računalnikov je skupaj ustvarilo režo EISA, vendar je bila neuspešna iz dveh razlogov.

Najprej je ohranil združljivost s prvotno režo ISA, tako da je bila njena ura enaka kot pri 16-bitni reži ISA.

Drugič, zveza ni vključevala proizvajalcev matičnih plošč, zato je le malo podjetij imelo dostop do tega reže, tako kot je bilo z režo MCA.

Prva prava reža za visoke hitrosti, ki je bila izdana, je bila VLB. Najvišjo hitrost smo dosegli s povezovanjem reže z lokalnim vodilom CPU, torej z zunanjim vodilnikom CPU-ja.

Na ta način je reža tekla z enako hitrostjo kot zunanja vodila CPU-ja, ki je najhitrejša vodila, ki je na voljo v računalniku.

Večina CPU-jev je takrat uporabljala zunanjo taktno frekvenco 33 MHz, na voljo pa so bili tudi procesorji z zunanjo taktno hitrostjo 25 MHz in 40 MHz.

Težava tega vodila je bila v tem, da je bil izdelan posebej za lokalni vodila procesorjev razreda 486. Ko se je sprožil procesor Pentium, je bil z njim nezdružljiv, saj je uporabljal lokalni vodnik z različnimi specifikacijami (zunanja taktna frekvenca 66 MHz namesto 33 MHz in 64-bitnih prenosov podatkov namesto 32-bitnih).

Prva rešitev v celotni panogi se je pojavila leta 1992, ko je Intel vodil industrijo, da je ustvaril končni razširitveni utor, PCI.

Kasneje so se zavezništvu pridružila še druga podjetja, ki jih danes poznamo kot PCI-SIG (PCI Special Interest Group). PCI-SIG je odgovoren za standardizacijo rež PCI, PCI-X in PCI Express.

Kaj so PCI Express vrata

PCI Express, ki je kratek za PCI-E ali PCIe, je najnovejši razvoj klasičnega vodila PCI in omogoča dodajanje razširitvenih kartic v računalnik.

To je lokalno serijsko pristanišče, za razliko od PCI, ki je vzporedno, razvil pa ga je Intel, ki ga je prvič predstavil leta 2004, na čipsetu 915P.

Avtobusi PCI Express lahko najdemo v različnih različicah; Obstajajo različice 1, 2, 4, 8, 12, 16 in 32 stez.

Na primer, hitrost prenosa 8-pasovnega (x8) PCI Express sistema znaša 2 GB / s (250 x8). PCI Express omogoča hitrost prenosa podatkov od 250 MB / s do 8 GB / s v različici 1.1. Različica 3.0 omogoča 1 GB / s (dejansko 985 MB) na voznem pasu, 2.0 pa le 500 MB / s.

Zakaj so namenjena vrata PCI Express?

Ta nov vodila se uporablja za povezovanje razširitvenih kartic na matično ploščo in je namenjen nadomestitvi vseh notranjih ekspanzijskih vodil PC-ja, vključno s PCI in AGP (AGP je popolnoma izginil, vendar klasični PCI še vedno upira).

PCI, PCI-X in PCI Express

BTW, nekateri uporabniki težko ločijo med PCI, PCI-X in PCI Express ("PCIe"). Čeprav sta si ta imena podobna, se nanašata na popolnoma različne tehnologije.

PCI je platforma neodvisna vodila, ki se na sistem poveže prek mostu čip (most, ki je del čipset matične plošče). Vsakič, ko je nov CPU izpuščen, lahko nadaljujete z uporabo istega vodila PCI tako, da preuredite mostni čip namesto s preoblikovanjem vodila, kar je bilo pravilo pred ustvarjanjem vodila PCI.

Čeprav so bile druge konfiguracije teoretično možne, je bila najpogostejša izvedba vodila PCI s taktom 33 MHz z 32-bitno podatkovno potjo, kar omogoča pasovno širino 133 MB / s.

Vrata PCI-X so različica vodila PCI, ki deluje pri višjih taktnih frekvencah in s širšimi podatkovnimi potmi za matične plošče strežnikov, saj dosega večjo pasovno širino za naprave, ki zahtevajo več hitrosti, na primer spominske kartice. omrežje in krmilniki RAID.

Ko se je izkazal, da je vodila PCI prepočasna za video kartice visokega cenovnega razreda, je bila razvita AGP reža. Ta reža se je uporabljala izključno za video kartice.

Končno je PCI-SIG razvil povezavo, imenovano PCI Express. Kljub svojemu imenu vrata PCI Express radikalno razlikujejo od vodila PCI.

Različni PCI Express avtobusi

• PCI Express 1x z zmogljivostjo 250Mb / s je prisoten v eni ali dveh izvodih na vseh trenutnih matičnih ploščah. PCI Express 2x z zmogljivostjo 500Mb / s je manj razširjen, rezerviran za strežnike. PCI Express 4x z zmogljivostjo 1000Mb / s je rezerviran tudi za strežnike. PCI Express 16x s hitrostjo 4000Mb / s je zelo razširjen, prisoten v vseh sodobnih grafičnih karticah in je standardni format grafičnih kartic. Vrata PCI Express 32x z zmogljivostjo 8000 Mb / s je enakega formata kot PCI Express 16x in se pogosto uporablja na matičnih ploščah višjega razreda za napajanje avtobusov SLI ali Crossfire. V referencah teh matičnih plošč je pogosto omenjena "32". To omogoča dva žična vrata PCI Express s 16 voznimi trakovi, za razliko od običajnih SLI-jev, ki so ožičeni v 2 x 8 pasovih ali Basic Crossfire, ožičeni v 1 × 16 + 1 × 4 pasovih. Za te matične plošče je značilna tudi prisotnost dodatnega južnega mostu, namenjenega samo 32x avtobusu.

PCI-SIG je v reviziji 4.0 napovedal PCI Express in ponudil dvakratno pasovno širino na vozni pas v primerjavi z revizijo 3.0.

Ta pregled vključuje robove voznega pasu, zmanjšano zakasnitev sistema, vrhunske zmogljivosti RAS, razširjene oznake in dobropise za storitvene naprave, razširljivost za dodatne pasove in pasovno širino, integracijo platforme in izboljšano virtualizacijo V / I.

Razlike med PCI in PCI Express

• PCI je vodila, medtem ko je PCI Express serijska povezava od točke do točke, torej povezuje le dve napravi; nobena druga naprava ne more deliti te povezave. Pojasnimo, da so na matični plošči, ki uporablja standardne reže za PCI, vse naprave PCI povezane na vodilo PCI in si delijo isto podatkovno pot, zato lahko pride do ozkega grla (tj. Zmanjšanja učinkovitosti, ker več naprava želi hkrati prenašati podatke). Na matični plošči z reže za PCI Express je vsaka reža PCI Express povezana s čipsetom na matični plošči z namenskim pasom, ki tega pasu (pot podatkov) ne deli z drugimi reže PCI Express. Naprave, vgrajene v matično ploščo, kot so krmilniki omrežja, SATA in USB, se običajno povežejo z čipsetom matične plošče s pomočjo namenskih povezav PCI Express. PCI in vse druge vrste razširitvenih rež uporabljajo vzporedne komunikacije, medtem ko se PCI Express opira na hitre serijske komunikacije, se vrata PCI Express opirajo na posamezne pasove, ki jih je mogoče združiti, da ustvarijo povezave z večjo pasovno širino. "X", ki sledi opisu PCI Express povezave, se nanaša na število pasov, ki jih povezava uporablja.

Spodaj je primerjalna tabela glavnih specifikacij razširitvenih rež, ki obstajajo za PC.

Groove	Ura	Število bitov	Podatki na taktni cikel	Širina traku
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 (običajno 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 podatkov na vrata PCI Express

Povezava PCI Express predstavlja izjemen napredek v načinu, kako obrobne naprave komunicirajo z računalnikom.

Od vodila PCI se v marsičem razlikuje, najpomembnejši pa je način prenosa podatkov.

Povezava PCI Express je še en primer trenda prehajanja prenosa podatkov iz vzporedne komunikacije v serijsko komunikacijo. Drugi pogosti vmesniki, ki uporabljajo serijsko komunikacijo, so USB, Ethernet (omrežje) in SATA in SAS (shramba).

Pred PCI Express so vsi PC-ji in razširitveni reži vzporedno komunicirali. V vzporedni komunikaciji se v podatkovni poti hkrati, vzporedno prenese več bitov.

Pri serijski komunikaciji se v poti podatkov na taktni cikel prenese samo en bit. Sprva je to vzporedna komunikacija hitrejša od serijske komunikacije, ker višje kot je število bitov, poslanih naenkrat, hitrejša bo komunikacija.

Vzporedna komunikacija pa trpi zaradi nekaterih težav, ki preprečujejo, da bi prenosi dosegali večje hitrosti takta. Višja kot je ura, večje so težave z elektromagnetnimi motnjami (EMI) in zamikom širjenja.

Ko električni tok teče skozi kabel, se okoli njega ustvari elektromagnetno polje. To polje lahko sproži električni tok v sosednjem kablu in poškoduje informacije, ki jih posreduje.

Kot smo že omenili, se vsak vzporedni komunikacijski bit prenaša na ločenem kablu, vendar je skoraj nemogoče teh 32 kablov narediti popolnoma enake dolžine na matični plošči. Pri višjih taktnih hitrostih podatki, ki se pošiljajo preko krajših kablov, prispejo prej kot podatki, poslani po daljših kablih.

To pomeni, da lahko biti v vzporedni komunikaciji prispejo pozno. Posledično mora sprejemna naprava počakati, da pridejo vsi biti, da obdelajo celotne podatke, kar predstavlja veliko izgubo zmogljivosti. Ta težava je znana kot zamuda pri razmnoževanju in se poslabša s povečanjem taktnih frekvenc.

Projekt vodila, ki uporablja serijsko komunikacijo, je lažje izvesti kot projekt vodila, ki uporablja vzporedno komunikacijo, saj je za prenos podatkov potrebnih manj kablov.

V običajni serijski komunikaciji so potrebni štirje kabli: dva za prenos podatkov in dva za sprejem, običajno s proti-elektromagnetno motnjo, imenovano odpoved ali diferencialni prenos. V primeru preklica se isti signal odda na dveh kablih, drugi kabel pa odda odsevni signal (obrnjena polarnost) v primerjavi s prvotnim signalom.

Poleg zagotavljanja večje odpornosti proti elektromagnetnim motnjam serijske komunikacije ne trpijo zaradi zakasnitve širjenja. Na ta način lažje dosegajo višje frekvence taktov kot vzporedne komunikacije.

Druga zelo pomembna razlika med vzporedno komunikacijo in serijsko komunikacijo je, da je vzporedna komunikacija ponavadi napol dupleksna (isti kabli se uporabljajo za prenos in sprejemanje podatkov) zaradi velikega števila kablov, potrebnih za njeno izvajanje.

Serijska komunikacija je full-duplex (obstaja ločen sklop kablov za prenos podatkov in še en niz kablov za sprejem podatkov), ker potrebujete samo dva kabla v vsako smer. S poldupleksno komunikacijo dve napravi ne moreta istočasno govoriti; eden ali drugi prenaša podatke. S polno dupleksno komunikacijo lahko obe napravi hkrati prenašata podatke.

To so glavni razlogi, zakaj so inženirji sprejeli serijsko komunikacijo namesto vzporedne komunikacije s priključkom PCI Express.

Ali je serijska komunikacija počasnejša?

Odvisno je od tega, s čim se primerjate. Če primerjate vzporedno komunikacijo 33 MHz, ki prenaša 32 bitov na takt, bo 32-krat hitrejša od zaporedne komunikacije 33 MHz, ki prenaša samo en bit hkrati.

Če pa isto vzporedno komunikacijo primerjate s serijsko komunikacijo, ki deluje na veliko višji taktni frekvenci, je lahko serijska komunikacija dejansko veliko hitrejša.

Samo primerjajte pasovno širino originalnega vodila PCI, ki je 133 MB / s (33 MHz x 32 bitov), ​​z najnižjo pasovno širino, ki jo je mogoče doseči s povezavo PCI Express (250 MB / s, 2, 5 GHz x 1 bit).

Pojem, da je serijska komunikacija vedno počasnejša od vzporedne komunikacije, prihaja iz starejših računalnikov, ki so imeli vrata, imenovana "serijska vrata" in "vzporedna vrata."

V tistem času je bilo vzporedno vrata veliko hitrejše od serijskih vrat. To je bilo posledica načina izvajanja teh pristanišč. To ne pomeni, da so serijske komunikacije vedno počasnejše od vzporednih komunikacij.

Reže in grafične kartice

Specifikacija PCI Express omogoča, da imajo reže različne fizične velikosti, odvisno od števila pasov, povezanih z režo.

S tem se zmanjša velikost prostora, potrebnega na matični plošči. Na primer, če je potrebna reža s povezavo x1, lahko proizvajalec matične plošče uporabi manjšo režo, s čimer prihrani prostor na matični plošči.

Mnoge matične plošče imajo reže x16, ki so povezane na tirnice x8, x4 ali celo x1. Pri večjih utorih je pomembno vedeti, ali se njihove fizične velikosti resnično ujemajo z njihovimi hitrostmi. Tudi nekateri stroji se lahko upočasnijo, ko se delijo njihovi pasovi.

Najpogostejši scenarij je na matičnih ploščah z dvema ali več reže x16. Z več matičnimi ploščami je samo 16 voznih pasov, ki povezujejo prvi dve reži x16 na krmilnik PCI Express. To pomeni, da bo imela ob namestitvi ene video kartice na voljo pasovno širino x16, ko pa namestite dve video kartici, bo imela vsaka video kartica x8 pasovno širino.

Te informacije naj bi vseboval priročnik za matično ploščo. Prakten nasvet pa je, da pogledate v notranjost reže, da vidite, koliko stikov imate.

Če vidite stike v reži PCI Express x16, ki je zarezana polovica tistega, kar bi morali biti, to pomeni, da ima ta reža fizično režo x16, vendar ima v resnici osem pasov (x8). Če pri tej isti reži vidite, da se število stikov zmanjša na četrtino tistega, kar bi moralo imeti, vidite x16 režo, ki ima dejansko le štiri pasove (x4).

Pomembno je razumeti, da vsi proizvajalci matičnih plošč ne upoštevajo tega postopka; nekateri še vedno uporabljajo vse stike, čeprav je reža povezana z manjšim številom stez. Najboljši nasvet je, da v priročniku za matično ploščo preverite pravilne informacije.

Da bi dosegli največjo možno zmogljivost, morata biti razširitvena kartica in vrata PCI Express enaka reviziji. Če imate video kartico PCI Express 2.0 in jo namestite v sistem s vrata PCI Express 3.0, boste pasovno širino omejili na PCI Express 2.0. Ista video kartica, nameščena v starejšem sistemu s krmilnikom PCI Express 1.0, bo omejena na pasovno širino PCI Express 1.0.

Uporaba in koristi

S PCIe lahko skrbniki podatkovnih centrov izkoristijo hitro omrežje na matičnih ploščah strežnikov in se povežejo z omrežnimi tehnologijami Gigabit Ethernet, RAID in Infiniband zunaj strežnika. Vodilo PCIe omogoča tudi povezave med gručami, ki so v gruči, s HyperTransportom.

Za prenosne računalnike in mobilne naprave se PCI-e mini kartice uporabljajo za povezovanje adapterjev brezžičnega omrežja, shranjevanje diskov SSD in drugih pospeševalnikov zmogljivosti.

Priporočamo branje:

Zunanji PCI Express (ePCIe) omogoča povezavo matične plošče z zunanjim PCIe vmesnikom. V večini primerov oblikovalci uporabljajo ePCIe, kadar računalnik potrebuje nenavadno veliko število PCIe vrat.