Express Pci express

נכון לעכשיו, הסוג הנפוץ ביותר של חריץ ההרחבה הקיים נקרא PCI Express. במאמר זה תלמד כל מה שצריך לדעת על סוג זה של חיבור: התחלותיו, אופן פעולתן, גרסאות, משבצות ועוד.

מאז המחשב הראשון שיצא בשנת 1981 היו לצוות חריצי הרחבה שבהם ניתן להתקין כרטיסים נוספים כדי להוסיף תכונות שאינן זמינות בלוח האם של הצוות. לפני שמדברים על יציאת PCI Express, עלינו לדבר מעט על ההיסטוריה של חריצי ההרחבה של המחשב והאתגרים העיקריים שלהם, כך שתוכלו להבין מה הופך את יציאת PCI Express לשונה.

מדד התוכן

סוגי חריצי הרחבה

בהמשך מופיעים הסוגים הנפוצים ביותר של חריצי הרחבה שיצאו למחשב האישי לאורך ההיסטוריה שלו:

• ISA (ארכיטקטורה תעשייתית סטנדרטית) MCA (אדריכלות מיקרו-ערוצית) EISA (ארכיטקטורה סטנדרטית תעשייתית מורחבת) VLB (VESA אוטובוס מקומי) PCI (חיבור רכיב היקפי) PCI-X (חיבור רכיב היקפי מורחב מורחב) AGP (יציאת גרפיקה מואצת) PCI אקספרס (חיבור רכיב היקפי אקספרס)

באופן כללי, סוגים חדשים של חריצי הרחבה משתחררים כאשר מראים כי סוגי החריצים הזמינים הם איטיים מדי עבור יישומים מסוימים. לדוגמה, משבצת ה- ISA המקורית הזמינה במחשב המקורי של יבמ ובמחשב ה- XT של יבמ ושיבוטים שלה הייתה עם שיעור העברה תיאורטי מקסימאלי (כלומר רוחב הפס) של 4.77 מגהבייט / שניה בלבד.

גרסת ה- ISA של 16 סיביות, שיצאה עם IBM PC AT בשנת 1984, כמעט הכפילה את רוחב הפס הזמין ל -8 מגה-בתים לשניה, אך מספר זה היה נמוך ביותר אפילו באותה עת ליישומי רוחב פס גבוה כמו וידאו..

מאוחר יותר, IBM שיחררה את משבצת MCA עבור קו מחשבי PS / 2 שלה, ומכיוון שהיא מוגנת בזכויות יוצרים, יצרנים אחרים יכלו להשתמש בה רק אם הם התקשרו בתוכנית רישוי עם IBM, דבר שרק חמש חברות עשו (Tandy) מכונות משמש, דל, אוליבטי ומכונות מחקר).

לכן, חריצי MCA הוגבלו למספר דגמי מחשב ממותגים אלה. תשעה יצרני מחשבים אישיים התאגדו כדי ליצור את משבצת ה- EISA, אך זה לא הצליח משתי סיבות.

ראשית, היא שמרה על תאימות לחריץ ISA המקורי, כך שקצב השעון שלה זהה לזה של משבצת ISA של 16 סיביות.

שנית, הברית לא כללה יצרני לוחות אם, כך שמעט חברות קיבלו גישה לחריץ זה, ממש כמו שהיה עם משבצת MCA.

החריץ האמיתי הראשון שיצא במהירות היה ה- VLB. המהירות הגבוהה ביותר הושגה על ידי קישור החריץ לאוטובוס המעבדים המקומי, כלומר לאוטובוס ה- CPU החיצוני.

באופן זה החריץ רץ באותה המהירות של האוטובוס החיצוני של המעבד, שהוא האוטובוס המהיר ביותר במחשב האישי.

מרבית המעבדים באותה תקופה השתמשו במהירות שעון חיצוני של 33 מגה הרץ, אך גם מעבדים עם מהירויות שעון חיצוניות של 25 מגה הרץ ו- 40 מגה הרץ היו זמינים.

הבעיה עם האוטובוס הזה הייתה שהוא תוכנן במיוחד לאוטובוס המקומי של מעבדים מסוג 486. כאשר שוחרר מעבד הפנטיום הוא לא היה תואם את זה, מכיוון שהוא השתמש באוטובוס מקומי עם מפרטים שונים (תדר שעון חיצוני של 66 מגה הרץ) במקום 33 מגה הרץ, והעברות נתונים של 64 סיביות במקום 32 סיביות).

הפיתרון הראשון בענף התעשייה הופיע בשנת 1992, כאשר אינטל הובילה את הענף ליצור את משבצת ההרחבה האולטימטיבית, PCI.

בהמשך הצטרפו חברות אחרות לברית, שכיום ידועה בשם PCI-SIG (PCI Special Interest Group). ה- PCI-SIG אחראי על סטנדרטיזציה של חריצי PCI, PCI-X ו- PCI Express.

מהן יציאות PCI Express

ה- PCI Express, קיצור ל- PCI-E או PCIe, הוא ההתפתחות האחרונה של האוטובוס PCI הקלאסי, ומאפשר להוסיף כרטיסי הרחבה למחשב.

זוהי יציאה טורית מקומית, בשונה מ- PCI, שהיא מקבילה, והיא פותחה על ידי אינטל, שהציגה אותה לראשונה בשנת 2004, על ערכת השבבים 915P.

אנו יכולים למצוא אוטובוסים של PCI Express בגרסאות שונות; ישנן גרסאות 1, 2, 4, 8, 12, 16 ו- 32 נתיבים.

לדוגמה, מהירות ההעברה של מערכת PCI Express של 8 נתיבים (x8) היא 2 ג'יגה-בתים / שניות (250 x8). ה- PCI Express מאפשר שיעורי נתונים של 250MB / s עד 8GB / s בגירסה 1.1. גרסה 3.0 מאפשרת 1 ג'יגה-בייט / שניות (985 מגה-בייט למעשה) לכל נתיב ואילו 2.0 רק 500 מגה-בייט / שניות.

בשביל מה מיועדות יציאות PCI Express?

אוטובוס חדש זה משמש לחיבור כרטיסי ההרחבה ללוח האם והוא נועד להחליף את כל האוטובוסים ההרחבה הפנימיים של מחשב אישי, כולל ה- PCI וה- AGP (ה- AGP נעלם לחלוטין, אך ה- PCI הקלאסי עדיין מתנגד).

PCI, PCI-X ו- PCI Express

BTW, חלק מהמשתמשים מתקשים להבחין בין PCI, PCI-X ו- PCI Express ("PCIe"). למרות ששמות אלה דומים, הם מתייחסים לטכנולוגיות שונות לחלוטין.

ה- PCI הוא אוטובוס עצמאי פלטפורמה המתחבר למערכת דרך שבב גשר (גשר, שהוא חלק מערך השבבים של לוח האם). בכל פעם שמשוחרר מעבד חדש, תוכלו להמשיך להשתמש באותו אוטובוס PCI על ידי תכנון מחדש של שבב הגשר במקום לעצב מחדש את האוטובוס, שהיה הנורמה לפני שנוצר האוטובוס PCI.

למרות שתצורות אחרות היו אפשריות באופן תיאורטי, היישום הנפוץ ביותר של אוטובוס PCI היה עם שעון 33 מגה הרץ עם נתיב נתונים של 32 סיביות, מה שמאפשר רוחב פס של 133 מגהבייט / שניות.

יציאת PCI-X היא גרסה של אוטובוס PCI הפועל בתדרי שעון גבוהים יותר ועם נתיבי נתונים רחבים יותר עבור לוחות אם של שרתים, ומשיג רוחב פס גבוה יותר עבור מכשירים הדורשים מהירות רבה יותר, כגון כרטיסי זיכרון. בקרי רשת מתקדמים ו RAID.

כאשר התברר שאוטובוס PCI איטי מדי מכרטיסי מסך מתקדמים, חריץ ה- AGP פותח. משבצת זו שימשה אך ורק לכרטיסי מסך.

לבסוף, ה- PCI-SIG פיתח חיבור בשם PCI Express. למרות שמו, יציאת PCI Express פועלת באופן שונה באופן קיצוני מאוטובוס PCI.

אוטובוסים שונים של PCI Express

• PCI Express 1x עם ביצועים של 250Mb / s קיים בעותק אחד או שניים בכל לוחות האם הנוכחיים. PCI Express 2x עם ביצועים של 500Mb / s פחות מורחב, שמור לשרתים. PCI Express 4x עם ביצועים של 1000Mb / s שמור גם לשרתים. PCI Express 16x במהירות 4000Mb / s נפוץ מאוד, קיים בכל כרטיסי הגרפיקה המודרניים, והוא הפורמט הסטנדרטי של כרטיסי גרפיקה. יציאת 32I Express 32x עם ביצועים של 8000 מגהבייט / שניות זהה לפורמט של PCI Express 16x, ומשמש לעתים קרובות על לוחות אם מתקדמים להפעלת אוטובוסים של SLI או Crossfire. הפניות של לוחות אם אלה מככבים לעתים קרובות "32". זה מאפשר לשני יציאות PCI Express קוויות בעלות 16 נתיבים, שלא כמו רשימות SLI רגילות, המחוברות בנתיבים 2 x 8 או בסיסי Crossfire, מחוברים בנתיבים 1 × 16 + 1 × 4. לוחות אם אלה מאופיינים גם בנוכחות גשר דרומי נוסף, המוקדש רק לאוטובוס 32X.

ה- PCI-SIG הודיע ​​על PCI Express במהדורה 4.0, המציע פעמיים את רוחב הפס לנתיב בהשוואה למהדורה 3.0.

סקירה זו כוללת שולי נתיב, הפחתה של זמן החביון של המערכת, יכולות RAS מעולות, תוויות וקרדיטים מורחבים למכשירי שירות, מדרגיות לנתיבים ורוחב פס נוספים, שילוב פלטפורמה ווירטואליזציה של קלט / פלט משופר.

ההבדלים בין PCI ו- PCI Express

• PCI הוא אוטובוס ואילו PCI Express הוא חיבור נקודה לנקודה טורי, כלומר הוא מחבר רק שני מכשירים; אף מכשיר אחר לא יכול לשתף חיבור זה. רק כדי להבהיר, על לוח אם המשתמש בחריצי PCI סטנדרטיים, כל התקני ה- PCI מחוברים לאוטובוס PCI וחולקים את אותו נתיב נתונים, כך שעלול להיווצר צוואר בקבוק (כלומר ירידה בביצועים מכיוון שיותר המכשיר רוצה להעביר נתונים במקביל). בלוח האם עם חריצי PCI Express כל חריץ PCI Express מחובר לערכת השבבים בלוח האם באמצעות נתיב ייעודי, ואינו משתף נתיב זה (נתיב נתונים) עם חריצי PCI Express אחרים. כמו כן, התקנים המובנים בלוח האם, כגון מנהלי התקנים ברשת, SATA ו- USB, בדרך כלל מתחברים לערכת השבבים של לוח האם באמצעות חיבורי PCI Express ייעודיים. PCI וכל שאר חריצי ההרחבה משתמשים בתקשורת מקבילה, בעוד ש- PCI Express מסתמך על תקשורת סדרתית במהירות גבוהה, יציאת PCI Express מסתמכת על נתיבים בודדים, אותם ניתן לקבץ יחד ליצירת חיבורי רוחב פס גבוהים יותר. "X" העוקב אחר התיאור של חיבור PCI Express מתייחס למספר הנתיבים בהם משתמש החיבור.

להלן טבלה השוואתית של המפרט העיקרי של חריצי ההרחבה שהיו קיימים עבור המחשב האישי.

גרוב	שעון	מספר ביטים	נתונים לכל מחזור שעון	רוחב הלהקה
הרשות	4.77 מגהרץ	8	1	4.77 מגהבייט / שניות
הרשות	8 מגהרץ	16	0.5	8 מגהבייט / שניות
MCA	5 מגהרץ	16	1	10 מגהבייט / שניות
MCA	5 מגהרץ	32	1	20 מגהבייט / שניות
EISA	8.33 מגהרץ	32	1	33.3 מגהבייט / שניות (בדרך כלל 16.7 מ"ט / שניות)
VLB	33 מגהרץ	32	1	133 מגהבייט / שניות
PCI	33 מגהרץ	32	1	133 מגהבייט / שניות
PCI-X 66	66 מגהרץ	64	1	533 מגהבייט / שניות
PCI-X 133	133 מגהרץ	64	1	1, 066 מגהבייט / שניות
PCI-X 266	133 מגהרץ	64	2	2, 132 מגהבייט / שניות
PCI-X 533	133 מגהרץ	64	4	4, 266 מגהבייט / שניות
AGP x1	66 מגהרץ	32	1	266 מגהבייט / שניות
AGP x2	66 מגהרץ	32	2	533 מגהבייט / שניות
AGP x4	66 מגהרץ	32	4	1, 066 מגהבייט / שניות
AGP x8	66 מגהרץ	32	8	2, 133 מגהבייט / שניות
PCIe 1.0 x1	2.5 ג'יגה הרץ	1	1	250 מגהבייט / שניות
PCIe 1.0 x4	2.5 ג'יגה הרץ	4	1	1, 000 מגהבייט / שניות
PCIe 1.0 x8	2.5 ג'יגה הרץ	8	1	2, 000 מגהבייט / שניות
PCIe 1.0 x16	2.5 ג'יגה הרץ	16	1	4, 000 מגהבייט / שניות
PCIe 2.0 x1	5 ג'יגה הרץ	1	1	500 מגהבייט / שניות
PCIe 2.0 x4	5 ג'יגה הרץ	4	1	2, 000 מגהבייט / שניות
PCIe 2.0 x8	5 ג'יגה הרץ	8	1	4, 000 מגהבייט / שניות
PCIe 2.0 x16	5 ג'יגה הרץ	16	1	8, 000 מגהבייט / שניות
PCIe 3.0 x1	8 גיגה הרץ	1	1	1, 000 מגהבייט / שניות
PCIe 3.0 x4	8 גיגה הרץ	4	1	4, 000 מגהבייט / שניות
PCIe 3.0 x8	8 גיגה הרץ	8	1	8, 000 מגהבייט / שניות
PCIe 3.0 x16	8 גיגה הרץ	16	1	16, 000 מגהבייט / שניות

העברת נתונים ביציאת PCI Express

חיבור ה- PCI Express מייצג התקדמות יוצאת דופן בדרך שבה מתקשרים התקנים היקפיים עם המחשב.

זה שונה מאוטובוס PCI במובנים רבים, אך החשוב ביותר הוא האופן שבו מועברים נתונים.

חיבור ה- PCI Express הוא דוגמא נוספת למגמה להעברת העברת נתונים מתקשורת מקבילה לתקשורת טורית. ממשקים נפוצים אחרים המשתמשים בתקשורת טורית הם USB, Ethernet (רשת) ו- SATA ו- SAS (אחסון).

לפני PCI Express, כל האוטובוסים והחריצים להרחבת המחשב השתמשו בתקשורת מקבילה. בתקשורת מקבילה מועברים כמה ביטים בנתיב הנתונים במקביל, במקביל.

בתקשורת סדרתית, רק ביט אחד מועבר בנתיב הנתונים בכל מחזור השעון. בהתחלה, הדבר הופך את התקשורת המקבילה למהירה יותר מהתקשורת הסדרתית, מכיוון שככל שמספר הסיביות המועבר בבת אחת גבוה יותר, כך התקשורת תהיה מהירה יותר.

עם זאת, תקשורת מקבילה סובלת מכמה סוגיות המונעות מהתמסורת להגיע למהירויות שעון גבוהות יותר. ככל שהשעון גבוה יותר, כך גדולות הבעיות בהפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) ועיכוב התפשטות.

כאשר זרם חשמלי זורם בכבל נוצר סביבו שדה אלקטרומגנטי. שדה זה יכול לגרום לזרם חשמלי בכבל הסמוך, ולהשחית את המידע המועבר על ידו.

כפי שדיברנו בעבר, כל ביט תקשורת מקביל מועבר על כבל נפרד, אך כמעט בלתי אפשרי להפוך את אותם 32 כבלים בדיוק באותו אורך בלוח האם. במהירויות שעון גבוהות יותר, נתונים המועברים על גבי כבלים קצרים יותר מגיעים מוקדם יותר מאשר נתונים המועברים על גבי כבלים ארוכים יותר.

כלומר, הקטעים בתקשורת מקבילה עשויים להגיע באיחור. כתוצאה מכך, על המכשיר הקולט להמתין עד שיגיעו כל הסיביות על מנת לעבד את הנתונים המלאים, מה שמייצג אובדן ביצועים משמעותי. בעיה זו מכונה עיכוב התפשטות ומחמירה עם הגדלת תדרי השעון.

הפרויקט של אוטובוס המשתמש בתקשורת סדרתית קל יותר ליישום מזה של אוטובוס המשתמש בתקשורת מקבילה, מכיוון שצריך פחות כבלים להעברת נתונים.

בתקשורת טורית טיפוסית יש צורך בארבעה כבלים: שניים להעברת נתונים ושניים לקבלת, בדרך כלל עם טכניקת הפרעה אנטי אלקטרומגנטית הנקראת ביטול או העברת דיפרנציאל. במקרה של ביטול, אותו האות מועבר בשני כבלים, ואילו הכבל השני מעביר את האות "המוחזר" (קוטביות הפוכה) בהשוואה לאות המקורי.

בנוסף למתן חסינות רבה יותר להפרעות אלקטרומגנטיות, תקשורת סדרתית אינה סובלת מעיכוב התפשטות. בדרך זו הם יכולים להשיג תדרי שעון גבוהים יותר בקלות מתקשורת מקבילה.

הבדל חשוב מאוד בין תקשורת מקבילה לתקשורת סדרתית הוא שתקשורת מקבילה היא לרוב חצי דופלקס (אותם כבלים משמשים להעברה וקבלת נתונים) בגלל המספר הגבוה של הכבלים הנדרשים ליישומה.

תקשורת טורית היא דופלקס מלא (יש מערכת כבלים נפרדת להעברת נתונים ועוד קבוצה של כבלים לקבלת נתונים) מכיוון שאתה צריך רק שני כבלים לכל כיוון. עם תקשורת חצי דופלקס, שני מכשירים אינם יכולים לדבר אחד עם השני בו זמנית; אחד או אחר מעביר נתונים. באמצעות תקשורת דו-צדדית מלאה, שני המכשירים יכולים להעביר נתונים בו זמנית.

אלה הסיבות העיקריות לכך שהמהנדסים אימצו תקשורת טורית במקום תקשורת מקבילה עם יציאת PCI Express.

האם התקשורת הסדרתית איטית יותר?

זה תלוי במה שאתה משווה. אם תשווה תקשורת מקבילה של 33 מגה הרץ המשדרת 32 סיביות בכל מחזור שעון, היא תהיה מהירה יותר פי 32 מתקשורת טורית של 33 מגה הרץ המשדרת סיביות אחת בלבד בכל פעם.

עם זאת, אם משווים את אותה תקשורת מקבילה עם תקשורת טורית הפועלת בתדר שעון הרבה יותר גבוה, תקשורת טורית יכולה למעשה להיות הרבה יותר מהירה.

פשוט השווה את רוחב הפס של האוטובוס המקורי של PCI, שהוא 133 מגהבייט לשנייה (33 מגה הרץ x 32 ביט), עם רוחב הפס הנמוך ביותר שניתן להשיג באמצעות חיבור PCI Express (250 מגהבייט לשניות, 2, 5 ג'יגה הרץ x 1 ביט).

הרעיון שתקשורת טורית תמיד איטית יותר מאשר תקשורת מקבילה מגיע ממחשבים ישנים שהיו להם יציאות המכונות "יציאה טורית" ו"יציאה מקבילה ".

באותה תקופה, היציאה המקבילה הייתה מהירה בהרבה מהיציאה הסדרתית. זה נבע מאופן היישום של יציאות אלה. זה לא אומר שתקשורת סדרתית תמיד איטית יותר מאשר תקשורת מקבילה.

חריצים וכרטיסי מסך

מפרט ה- PCI Express מאפשר לחריצים בגדלים פיזיים שונים, תלוי במספר הנתיבים המחוברים לחריץ.

זה מקטין את גודל השטח הנדרש בלוח האם. לדוגמה, אם יש צורך בחריץ עם חיבור x1, יצרן לוח האם עשוי להשתמש בחריץ קטן יותר וכך יחסוך מקום בלוח האם.

ללוחות האם רבים יש חריצי x16 המחוברים לפסי x8, x4 או אפילו x1. עם חריצים גדולים יותר חשוב לדעת אם הגדלים הפיזיים שלהם באמת תואמים למהירויות שלהם. כמו כן, מכונות מסוימות יכולות להאט כאשר הנתיבים שלהם משותפים.

התרחיש הנפוץ ביותר הוא על לוחות אם עם שני חריצי x16 או יותר. עם לוחות אם מרובים, ישנם רק 16 נתיבים המחברים בין שני חריצי ה- x16 הראשונים לבקר PCI Express. משמעות הדבר היא שכאשר אתה מתקין כרטיס מסך יחיד, יהיה רוחב הפס x16 זמין, אך כשאתה מתקין שני כרטיסי מסך, לכל כרטיס מסך יהיה רוחב פס x8 כל אחד.

על מדריך לוח האם לספק מידע זה. אבל טיפ מעשי הוא להסתכל בתוך החריץ כדי לראות כמה אנשי קשר יש לך.

אם אתה רואה את אנשי הקשר בחריץ PCI Express x16 חותכים מחצית ממה שהם צריכים להיות, זה אומר שבעוד משבצת זו היא למעשה חריץ x16, יש לה למעשה שמונה נתיבים (x8). אם באותה חריץ זה אתה רואה שמספר אנשי הקשר מופחת לרבע ממה שהיה צריך, אתה רואה משבצת x16 שלמעשה יש רק ארבעה נתיבים (x4).

חשוב להבין שלא כל יצרני לוח האם עוקבים אחר נוהל זה; חלקם עדיין משתמשים בכל אנשי הקשר למרות שהחריץ מחובר למספר קטן יותר של נתיבים. העצה הטובה ביותר היא לבדוק במדריך לוח האם את המידע הנכון.

כדי להשיג את הביצועים המקסימליים האפשרי, גם כרטיס ההרחבה וגם יציאת PCI Express חייבים להיות בעלי אותה עדכון. אם ברשותך כרטיס מסך PCI Express 2.0 ומתקין אותו במערכת עם יציאת PCI Express 3.0, אתה מגביל את רוחב הפס ל- PCI Express 2.0. אותו כרטיס מסך המותקן במערכת ישנה יותר עם בקר PCI Express 1.0 יוגבל לרוחב הפס של PCI Express 1.0.

שימושים והטבות

באמצעות PCIe, מנהלי מרכזי נתונים יכולים לנצל את הרשת במהירות גבוהה על לוחות אם של שרת ולהתחבר לטכנולוגיות רשת Gigabit Ethernet, RAID ו- Infiniband מחוץ למתלה השרתים. אוטובוס ה- PCIe מאפשר גם חיבורים בין מחשבים מקובצים באמצעות HyperTransport.

עבור מחשבים ניידים ומכשירים ניידים, כרטיסי מיני PCI-e משמשים לחיבור מתאמי רשת אלחוטית, אחסון דיסק SSD ומאיצי ביצועים אחרים.

אנו ממליצים לקרוא:

PCI Express חיצוני (ePCIe) מאפשר לך לחבר את לוח האם לממשק PCIe חיצוני. ברוב המקרים, מעצבים משתמשים ב- ePCIe כאשר המחשב דורש מספר גדול במיוחד של יציאות PCIe.