▷ Pci express

För närvarande kallas den vanligaste typen av utbyggnadsplats som finns tillgängligt PCI Express. I den här artikeln lär du dig allt du behöver veta om den här typen av anslutning: dess början, hur det fungerar, versioner, slots och mer.

Sedan den första datorn, som släpptes 1981, har teamet haft expansionsplatser där ytterligare kort kan installeras för att lägga till funktioner som inte finns på lagets moderkort. Innan vi pratar om PCI Express- porten bör vi prata lite om historien för PC- expansionsplatser och deras viktigaste utmaningar, så att du kan förstå vad som gör PCI Express-porten annorlunda.

Innehållsindex

Typer av expansionsplatser

Nedan listas de vanligaste typerna av expansionsplatser som har släppts för datorn under dess historia:

• ISA (Standard Industrial Architecture) MCA (Microchannel Architecture) EISA (Extended Industrial Standard Architecture) VLB (VESA Local Bus) PCI (Peripheral Component Interconnect) PCI-X (Extended Peripheral Component Interconnect) AGP (Accelerated Graphics Port) PCI Express (Express Peripheral Component Interconnect)

I allmänhet släpps nya typer av expansionsspår när tillgängliga spaltyper visas för att vara för långsamma för vissa applikationer. Till exempel hade den ursprungliga ISA-platsen som var tillgänglig på den ursprungliga IBM PC och på IBM XT PC och dess kloner en maximal teoretisk överföringshastighet (dvs. bandbredd) på endast 4, 77 MB / s.

Den 16-bitarsversionen av ISA, som släpptes med IBM PC AT 1984, fördubblade nästan den tillgängliga bandbredden till 8 MB / s, men detta antal var extremt lågt även vid tidpunkten för applikationer med hög bandbredd som video..

Senare släppte IBM MCA-kortplatsen för sin serie PS / 2-datorer, och eftersom den var skyddad av upphovsrätt, kunde andra tillverkare bara använda den om de ingick ett licenssystem med IBM, något som bara fem företag gjorde (Tandy, Aprikos, Dell, Olivetti och forskningsmaskiner).

Därför var MCA-kortplatser begränsade till några få PC-modeller från dessa märken. Nio PC-tillverkare samlades för att skapa EISA-kortplatsen, men det lyckades inte av två skäl.

Först upprätthöll den kompatibiliteten med den ursprungliga ISA-kortplatsen, så dess klockfrekvens var densamma som den för 16-bitars ISA-kortplatsen.

För det andra inkluderade inte alliansen moderkortstillverkare, så få företag hade tillgång till denna plats, precis som med MCA-kortplatsen.

Den första riktiga höghastighetsplatsen som släpptes var VLB. Den högsta hastigheten uppnåddes genom att koppla luckan till den lokala CPU-bussen, det vill säga till den externa CPU-bussen.

På det här sättet gick facket med samma hastighet som CPU: s externa buss, som är den snabbaste buss som finns på datorn.

De flesta processorer vid den tiden använde en extern klockhastighet på 33 MHz, men CPU: er med externa klockhastigheter på 25 MHz och 40 MHz var också tillgängliga.

Problemet med denna buss var att den var specifikt utformad för lokalbussen för processorer i klass 486. När Pentium-processorn släpptes var den oförenlig med den, eftersom den använde en lokalbuss med olika specifikationer (extern klockfrekvens på 66 MHz istället för 33 MHz och 64-bitars dataöverföringar istället för 32-bitars).

Den första branschövergripande lösningen dök upp 1992, då Intel ledde branschen att skapa den ultimata expansionsplatsen, PCI.

Senare anslöt sig andra företag till alliansen, som idag kallas PCI-SIG (PCI Special Interest Group). PCI-SIG ansvarar för standardisering av PCI-, PCI-X- och PCI Express-kortplatserna.

Vad är PCI Express-portar

PCI Express, förkortning för PCI-E eller PCIe, är den senaste utvecklingen av den klassiska PCI-bussen och gör det möjligt att lägga till expansionskort till datorn.

Det är en lokal seriell port, till skillnad från PCI, som är parallell, och utvecklades av Intel, som först introducerade den 2004, på 915P-chipset.

Vi kan hitta PCI Express-bussar i olika versioner; Det finns versioner 1, 2, 4, 8, 12, 16 och 32 körfält.

Exempelvis är överföringshastigheten för ett 8-baners (x8) PCI Express-system 2 GB / s (250 x8). PCI Express tillåter datahastigheter på 250 MB / s till 8 GB / s i version 1.1. Version 3.0 tillåter 1 GB / s (985 MB faktiskt) per körfält medan 2, 0 endast 500 MB / s.

Vad är PCI Express-portarna för?

Den här nya bussen används för att ansluta expansionskort till moderkortet och är avsedd att ersätta alla interna expansionsbussar på en PC, inklusive PCI och AGP (AGP har helt försvunnit, men den klassiska PCI motstår fortfarande).

PCI, PCI-X och PCI Express

BTW, vissa användare har svårt att skilja mellan PCI, PCI-X och PCI Express (“PCIe”). Även om dessa namn liknar hänvisar de till helt olika tekniker.

PCI är en plattformsoberoende buss som ansluter till systemet genom ett bronchip (bridge, som är en del av moderkortets chipset). Varje gång en ny CPU släpps, kan du fortsätta att använda samma PCI-buss genom att göra om bronchipet istället för att designa bussen, vilket var normen innan PCI-bussen skapades.

Även om andra konfigurationer var teoretiskt möjliga var den vanligaste implementeringen av PCI-bussen med en 33 MHz-klocka med en 32-bitars databana, vilket tillåter en bandbredd på 133 MB / s.

PCI-X- porten är en version av PCI-bussen som arbetar med högre klockfrekvenser och med bredare datavägar för servermoderkort, vilket ger högre bandbredd för enheter som kräver mer hastighet, t.ex. minneskort. avancerade nätverks- och RAID-kontroller.

När PCI-bussen visade sig vara för långsam för avancerade grafikkort utvecklades AGP-spåret. Denna plats användes enbart för videokort.

Slutligen utvecklade PCI-SIG en anslutning som heter PCI Express. Trots sitt namn fungerar PCI Express-porten radikalt annorlunda än PCI-bussen.

Olika PCI Express-bussar

• PCI Express 1x med en prestanda på 250Mb / s finns i en eller två kopior på alla nuvarande moderkort. PCI Express 2x med en prestanda på 500Mb / s är mindre utökad, reserverad för servrar. PCI Express 4x med en prestanda på 1000Mb / s är också reserverat för servrar. PCI Express 16x med en hastighet av 4000Mb / s är mycket utbredd, finns i alla moderna grafikkort och är standardformatet för grafikkort. PCI Express 32x-porten med en prestanda på 8000 Mb / s är samma format som PCI Express 16x och används ofta på avancerade moderkort för att driva SLI- eller Crossfire-bussar. Hänvisningarna på dessa moderkort har ofta namnet "32". Detta tillåter två trådlösa PCI Express-portar med 16 banor, till skillnad från konventionella SLI: er, kopplade i 2 x 8-körfält eller Basic Crossfire, kopplade i 1 × 16 + 1 × 4-körfält. Dessa moderkort kännetecknas också av närvaron av en ytterligare södra bro, endast tillägnad 32x-bussen.

PCI-SIG tillkännagav PCI Express i revision 4.0 och erbjuder två gånger bandbredden per körfält jämfört med revision 3.0.

Den här granskningen inkluderar banmarginaler, reducerad systemlatens, överlägsna RAS-kapaciteter, utökade etiketter och krediter för servicenheter, skalbarhet för ytterligare körfält och bandbredd, plattformsintegration och förbättrad I / O-virtualisering.

Skillnader mellan PCI och PCI Express

• PCI är en buss, medan PCI Express är en seriell punkt-till-punkt-anslutning, det vill säga den bara ansluter två enheter; ingen annan enhet kan dela denna anslutning. Bara för att klargöra, på ett moderkort som använder vanliga PCI-kortplatser, är alla PCI-enheter anslutna till PCI-bussen och delar samma dataväg, så en flaskhals kan uppstå (dvs. en minskning i prestanda eftersom mer enheten vill överföra data samtidigt). På ett moderkort med PCI Express- kortplatser är varje PCI Express-kortplats ansluten till chipsetet på moderkortet med hjälp av en dedikerad körfält, utan att dela denna körfält (databana) med andra PCI Express-kortplatser. Enheter som är inbyggda i moderkortet, t.ex. nätverk, SATA och USB-styrenheter, ansluter vanligtvis till moderkortets chipset med dedikerade PCI Express-anslutningar. PCI och alla andra typer av expansionsplatser använder parallellkommunikation, medan PCI Express förlitar sig på höghastighets seriekommunikation, förlitar PCI Express-porten sig på enskilda körfält som kan grupperas tillsammans för att skapa högre bandbreddanslutningar. "X" som följer beskrivningen av en PCI Express-anslutning hänvisar till antalet körfält som anslutningen använder.

Nedan följer en jämförande tabell över de viktigaste specifikationerna för de expansionsplatser som har funnits för datorn.

spår	klocka	Antal bitar	Data per klockcykel	Bandbredd
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 (vanligtvis 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

Dataöverföring på PCI Express-porten

PCI Express-anslutningen representerar ett extraordinärt framsteg i hur perifera enheter kommunicerar med datorn.

Den skiljer sig från PCI-bussen på många sätt, men det viktigaste är hur data överförs.

PCI Express-anslutningen är ett annat exempel på trenden att migrera dataöverföring från parallell kommunikation till seriekommunikation. Andra vanliga gränssnitt som använder seriell kommunikation är USB, Ethernet (nätverk) och SATA och SAS (lagring).

Innan PCI Express använde alla PC-bussar och expansionsplatser parallell kommunikation. Vid parallell kommunikation överförs flera bitar i datavägen samtidigt, parallellt.

Vid seriell kommunikation överförs bara en bit i datavägen per klockcykel. Till att börja med gör detta parallellkommunikation snabbare än seriekommunikation, eftersom ju högre antalet bitar som sänds på en gång, desto snabbare blir kommunikationen.

Parallell kommunikation lider emellertid av vissa problem som förhindrar att sändningar når högre klockhastigheter. Ju högre klocka, desto större är problemen med elektromagnetisk störning (EMI) och förökningsfördröjning.

När elektrisk ström flyter genom en kabel skapas ett elektromagnetiskt fält runt den. Detta fält kan inducera elektrisk ström i den angränsande kabeln och skada informationen som sänds av den.

Som vi har diskuterat tidigare överförs varje parallell kommunikationsbit på en separat kabel, men det är nästan omöjligt att göra dessa 32 kablar exakt samma längd på ett moderkort. Vid högre klockhastighet anländer data som överförs över kortare kablar tidigare än data som sänds över längre kablar.

Det vill säga bitarna i parallell kommunikation kan komma sent. Som en följd av detta måste den mottagande enheten vänta på att alla bitar kommer fram för att bearbeta fullständiga data, vilket representerar en betydande förlust av prestanda. Detta problem kallas förökningsfördröjning och förvärras med ökande klockfrekvenser.

Projektet för en buss som använder seriell kommunikation är lättare att implementera än för en buss som använder parallellkommunikation, eftersom färre kablar behövs för att överföra data.

I en typisk seriekommunikation behövs fyra kablar: två för att överföra data och två för att ta emot, vanligtvis med en anti-elektromagnetisk störningsteknik som kallas avbokning eller differentiell överföring. Vid avbokning sänds samma signal på två kablar, medan den andra kabeln sänder den "reflekterade" signalen (omvänd polaritet) jämfört med den ursprungliga signalen.

Förutom att ge större immunitet mot elektromagnetisk störning, lider inte seriekommunikation av förseningsförseningar. På detta sätt kan de lättare uppnå högre klockfrekvenser än parallellkommunikation.

En annan mycket viktig skillnad mellan parallellkommunikation och seriell kommunikation är att parallellkommunikation vanligtvis är halv duplex (samma kablar används för att överföra och ta emot data) på grund av det stora antalet kablar som krävs för dess implementering.

Seriekommunikation är full duplex (det finns en separat uppsättning kablar för att överföra data och en annan uppsättning kablar för att ta emot data) eftersom du bara behöver två kablar i varje riktning. Med halvduplexkommunikation kan två enheter inte prata med varandra samtidigt; det ena eller det andra överför data. Med full duplexkommunikation kan båda enheterna sända data samtidigt.

Dessa är de främsta orsakerna till att ingenjörer antog seriell kommunikation istället för parallellkommunikation med PCI Express-porten.

Är seriell kommunikation långsammare?

Det beror på vad du jämför. Om du jämför en parallell 33 MHz-kommunikation som sänder 32 bitar per klockcykel kommer den att vara 32 gånger snabbare än en 33 MHz seriekommunikation som bara sänder en bit åt gången.

Men om du jämför samma parallella kommunikation med en seriekommunikation som körs med mycket högre klockfrekvens, kan seriekommunikation faktiskt vara mycket snabbare.

Jämför bara bandbredden för den ursprungliga PCI-bussen, som är 133 MB / s (33 MHz x 32 bitar), med den lägsta bandbredden som kan uppnås med en PCI Express-anslutning (250 MB / s, 2, 5 GHz x 1 bit).

Uppfattningen att seriekommunikation alltid är långsammare än parallellkommunikation kommer från äldre datorer som hade portar som kallas "seriell port" och "parallellport."

Vid den tiden var parallellporten mycket snabbare än den seriella porten. Detta berodde på hur dessa hamnar implementerades. Detta betyder inte att seriekommunikation alltid är långsammare än parallellkommunikation.

Spelautomater och grafikkort

PCI Express-specifikationen gör det möjligt för kortplatser att ha olika fysiska storlekar, beroende på antalet körfält som är anslutna till spåret.

Detta minskar storleken på utrymmet som krävs på moderkortet. Till exempel, om en plats med en x1-anslutning krävs, kan moderkortstillverkaren använda ett mindre kortplats, vilket sparar utrymme på moderkortet.

Många moderkort har x16-kortplatser som är anslutna till x8, x4 eller till och med x1-skenor. Med större spår är det viktigt att veta om deras fysiska storlek verkligen matchar deras hastigheter. Vissa maskiner kan också sakta ner när deras körfält delas.

Det vanligaste scenariot är på moderkort med två eller flera x16-kortplatser. Med flera moderkort finns det bara 16 körfält som ansluter de första två x16-kortplatserna till PCI Express-styrenheten. Detta innebär att när du installerar ett enda grafikkort har det x16 bandbredd, men när du installerar två grafikkort kommer varje grafikkort att ha x8 bandbredd vardera.

Moderkortets manual bör ge denna information. Men ett praktiskt tips är att titta inuti spåret för att se hur många kontakter du har.

Om du ser kontakterna i en PCI Express x16-kortplats skära hälften av vad de borde vara, betyder det att medan denna plats fysiskt är en x16-kortplats, har den faktiskt åtta körfält (x8). Om du ser med samma kortplats att antalet kontakter reduceras till en fjärdedel av vad det borde ha, ser du en x16-kortplats som faktiskt bara har fyra körfält (x4).

Det är viktigt att förstå att inte alla moderkortstillverkare följer detta förfarande. vissa använder fortfarande alla kontakter även om spåret är anslutet till ett mindre antal körfält. Det bästa rådet är att kontrollera moderkortets manual för korrekt information.

För att uppnå maximal prestanda måste både expansionskortet och PCI Express-porten ha samma revision. Om du har ett PCI Express 2.0-videokort och installerar det på ett system med en PCI Express 3.0-port begränsar du bandbredden till PCI Express 2.0. Samma grafikkort installerat i ett äldre system med en PCI Express 1.0-styrenhet kommer att begränsas till bandbredden för PCI Express 1.0.

Användningar och fördelar

Med PCIe kan administratörer av datacenter dra nytta av höghastighetsnätverk på servermoderkort och ansluta till Gigabit Ethernet-, RAID- och Infiniband-nätverksteknologi utanför serverracket. PCIe-bussen tillåter också anslutningar mellan grupperade datorer med HyperTransport.

För bärbara datorer och mobila enheter används PCI-e minikort för att ansluta trådlösa nätverkskort, SSD-skivlagring och andra prestationsacceleratorer.

Vi rekommenderar att du läser:

Extern PCI Express (ePCIe) låter dig ansluta moderkortet till ett externt PCIe-gränssnitt. I de flesta fall använder designers ePCIe när datorn kräver ett ovanligt stort antal PCIe-portar.