▷ Pci express

Momenteel wordt PCI Express het meest voorkomende type uitbreidingsslot genoemd. In dit artikel leert u alles wat u moet weten over dit type verbinding: het begin, hoe het werkt, versies, slots en meer.

Sinds de eerste pc, uitgebracht in 1981, heeft het team uitbreidingsslots waar extra kaarten kunnen worden geïnstalleerd om functies toe te voegen die niet beschikbaar zijn op het moederbord van het team. Voordat we het hebben over de PCI Express- poort, moeten we het een beetje hebben over de geschiedenis van pc- uitbreidingsslots en hun belangrijkste uitdagingen, zodat u kunt begrijpen wat de PCI Express-poort anders maakt.

Inhoudsindex

Soorten uitbreidingsslots

Hieronder staan ​​de meest voorkomende soorten uitbreidingsslots die gedurende de geschiedenis van de pc zijn uitgebracht:

• 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)

Over het algemeen worden nieuwe soorten uitbreidingsslots vrijgegeven wanneer de beschikbare slottypen voor bepaalde toepassingen te traag blijken te zijn. Het originele ISA-slot dat beschikbaar was op de originele IBM-pc en op de IBM XT-pc en de klonen ervan hadden bijvoorbeeld een maximale theoretische overdrachtssnelheid (d.w.z. bandbreedte) van slechts 4, 77 MB / s.

De 16-bits versie van ISA, uitgebracht met de IBM PC AT in 1984, verdubbelde bijna de beschikbare bandbreedte tot 8 MB / s, maar dit aantal was zelfs extreem laag voor toepassingen met een hoge bandbreedte zoals video..

Later bracht IBM het MCA-slot uit voor zijn reeks PS / 2-computers, en omdat het auteursrechtelijk beschermd was, konden andere fabrikanten het alleen gebruiken als ze een licentieregeling met IBM sloten, iets wat slechts vijf bedrijven deden (Tandy, Apricot, Dell, Olivetti en Research Machines).

Daarom waren MCA-slots beperkt tot enkele pc-modellen van deze merken. Negen pc-fabrikanten kwamen samen om de EISA-slot te maken, maar om twee redenen is dit niet gelukt.

Ten eerste bleef het compatibel met het originele ISA-slot, dus de kloksnelheid was hetzelfde als die van het 16-bit ISA-slot.

Ten tweede omvatte de alliantie geen moederbordfabrikanten, dus hadden maar weinig bedrijven toegang tot deze sleuf, net als bij de MCA-sleuf.

De eerste echte high-speed slot die werd uitgebracht was de VLB. De hoogste snelheid werd behaald door het slot te koppelen aan de lokale CPU-bus, dat wil zeggen aan de externe CPU-bus.

Op deze manier liep het slot met dezelfde snelheid als de externe bus van de CPU, de snelste bus die op de pc beschikbaar is.

De meeste CPU's gebruikten destijds een externe kloksnelheid van 33 MHz, maar ook CPU's met externe kloksnelheden van 25 MHz en 40 MHz waren beschikbaar.

Het probleem met deze bus was dat hij speciaal was ontworpen voor de lokale bus van processors van klasse 486. Toen de Pentium-processor werd uitgebracht, was deze niet compatibel omdat hij een lokale bus gebruikte met verschillende specificaties (externe klokfrequentie van 66 MHz in plaats van 33 MHz en 64-bits gegevensoverdracht in plaats van 32-bits).

De eerste branchebrede oplossing verscheen in 1992, toen Intel de industrie leidde om de ultieme uitbreidingssleuf, de PCI, te creëren.

Later sloten andere bedrijven zich aan bij de alliantie, die tegenwoordig bekend staat als PCI-SIG (PCI Special Interest Group). De PCI-SIG is verantwoordelijk voor het standaardiseren van de PCI-, PCI-X- en PCI Express-slots.

Wat zijn PCI Express-poorten

De PCI Express, een afkorting van PCI-E of PCIe, is de nieuwste evolutie van de klassieke PCI-bus en maakt het mogelijk uitbreidingskaarten aan de computer toe te voegen.

Het is een lokale seriële poort, in tegenstelling tot PCI, die parallel is, en werd ontwikkeld door Intel, die het voor het eerst introduceerde in 2004, op de 915P-chipset.

We kunnen PCI Express-bussen vinden in verschillende versies; Er zijn versies 1, 2, 4, 8, 12, 16 en 32 rijstroken.

De overdrachtssnelheid van een 8-baans (x8) PCI Express-systeem is bijvoorbeeld 2 GB / s (250 x8). De PCI Express staat datasnelheden toe van 250 MB / s tot 8 GB / s in versie 1.1. Versie 3.0 staat 1 GB / s (eigenlijk 985 MB) per baan toe, terwijl 2.0 slechts 500 MB / s bedraagt.

Waar dienen de PCI Express-poorten voor?

Deze nieuwe bus wordt gebruikt om de uitbreidingskaarten op het moederbord aan te sluiten en is bedoeld om alle interne uitbreidingsbussen van een pc te vervangen, inclusief de PCI en de AGP (de AGP is volledig verdwenen, maar de klassieke PCI is nog steeds bestand).

PCI, PCI-X en PCI Express

Trouwens, sommige gebruikers vinden het moeilijk om onderscheid te maken tussen PCI, PCI-X en PCI Express ("PCIe"). Hoewel deze namen vergelijkbaar zijn, verwijzen ze naar totaal verschillende technologieën.

De PCI is een platformonafhankelijke bus die verbinding maakt met het systeem via een bridge-chip (bridge, die deel uitmaakt van de moederbord-chipset). Elke keer dat een nieuwe CPU wordt uitgebracht, kunt u dezelfde PCI-bus blijven gebruiken door de bridge-chip opnieuw te ontwerpen in plaats van de bus opnieuw te ontwerpen, wat de norm was voordat de PCI-bus werd gemaakt.

Hoewel andere configuraties theoretisch mogelijk waren, was de meest gebruikelijke implementatie van de PCI-bus met een 33 MHz klok met een 32-bits datapad, wat een bandbreedte van 133 MB / s mogelijk maakte.

De PCI-X- poort is een versie van de PCI-bus die werkt op hogere klokfrequenties en met bredere gegevenspaden voor moederborden van servers, waardoor een hogere bandbreedte wordt bereikt voor apparaten die meer snelheid vereisen, zoals geheugenkaarten. high-end netwerk- en RAID-controllers.

Toen de PCI-bus te langzaam bleek te zijn voor high-end videokaarten, werd de AGP-slot ontwikkeld. Deze sleuf werd uitsluitend gebruikt voor videokaarten.

Ten slotte ontwikkelde de PCI-SIG een verbinding genaamd PCI Express. Ondanks zijn naam werkt de PCI Express-poort radicaal anders dan de PCI-bus.

Verschillende PCI Express-bussen

• PCI Express 1x met een prestatie van 250Mb / s is aanwezig in een of twee exemplaren op alle huidige moederborden PCI Express 2x met een prestatie van 500Mb / s is minder uitgebreid, gereserveerd voor servers PCI Express 4x met een prestatie van 1000Mb / s is ook gereserveerd voor servers. De PCI Express 16x met een snelheid van 4000Mb / s is zeer wijdverbreid, aanwezig in alle moderne grafische kaarten, en is het standaardformaat van grafische kaarten. De PCI Express 32x-poort met een prestatie van 8000 Mb / s is hetzelfde formaat als PCI Express 16x en wordt vaak gebruikt op high-end moederborden om SLI- of Crossfire-bussen van stroom te voorzien. De referenties van deze moederborden hebben vaak de vermelding "32". Dit maakt twee 16-baans bedrade PCI Express-poorten mogelijk, in tegenstelling tot conventionele SLI's, bedraad in 2 x 8 rijstroken of Basic Crossfire, bedraad in 1 × 16 + 1 × 4 rijstroken. Deze moederborden worden ook gekenmerkt door de aanwezigheid van een extra zuidbrug, alleen bestemd voor de 32x-bus.

De PCI-SIG kondigde de PCI Express aan in revisie 4.0, die tweemaal de bandbreedte per baan biedt in vergelijking met revisie 3.0.

Deze beoordeling omvat rijstrookmarges, verminderde systeemlatentie, superieure RAS-mogelijkheden, uitgebreide labels en credits voor serviceapparaten, schaalbaarheid voor extra rijstroken en bandbreedte, platformintegratie en verbeterde I / O-virtualisatie.

Verschillen tussen PCI en PCI Express

• PCI is een bus, terwijl PCI Express een seriële point-to-point-verbinding is, dat wil zeggen dat het slechts twee apparaten verbindt; geen enkel ander apparaat kan deze verbinding delen. Voor alle duidelijkheid: op een moederbord dat standaard PCI-slots gebruikt, zijn alle PCI-apparaten aangesloten op de PCI-bus en delen ze hetzelfde gegevenspad, dus er kan een bottleneck optreden (d.w.z. een afname in prestaties omdat meer apparaat wil tegelijkertijd gegevens verzenden). Op een moederbord met PCI Express- slots is elk PCI Express-slot verbonden met de chipset op het moederbord via een speciale lane, en deelt deze lane (datapad) niet met andere PCI Express-slots. Ook apparaten die in het moederbord zijn ingebouwd, zoals netwerkstuurprogramma's, SATA en USB, worden meestal op de chipset van het moederbord aangesloten met behulp van speciale PCI Express-verbindingen. PCI en alle andere soorten uitbreidingsslots gebruiken parallelle communicatie, terwijl PCI Express vertrouwt op snelle seriële communicatie, vertrouwt de PCI Express-poort op individuele rijstroken, die kunnen worden gegroepeerd om verbindingen met hogere bandbreedte te creëren. De 'x' die volgt op de beschrijving van een PCI Express-verbinding verwijst naar het aantal rijstroken dat de verbinding gebruikt.

Hieronder vindt u een vergelijkende tabel met de belangrijkste specificaties van de uitbreidingsslots die voor de pc hebben bestaan.

Groove	Klok	Aantal bits	Gegevens per klokcyclus	Bandbreedte
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 (16, 7 MB / s typisch)
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	2000 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	2000 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

Gegevensoverdracht op de PCI Express-poort

De PCI Express-verbinding betekent een buitengewone vooruitgang in de manier waarop randapparatuur met de computer communiceert.

Het verschilt op veel manieren van de PCI-bus, maar het belangrijkste is de manier waarop gegevens worden overgedragen.

De PCI Express-verbinding is een ander voorbeeld van de trend om de gegevensoverdracht van parallelle communicatie naar seriële communicatie te migreren. Andere veelgebruikte interfaces die seriële communicatie gebruiken, zijn USB, Ethernet (netwerk) en SATA en SAS (opslag).

Vóór PCI Express maakten alle pc-bussen en uitbreidingsslots gebruik van parallelle communicatie. Bij parallelle communicatie worden meerdere bits tegelijk in het datapad parallel overgedragen.

Bij seriële communicatie wordt per klokcyclus slechts één bit in het gegevenspad overgedragen. In eerste instantie maakt dit parallelle communicatie sneller dan seriële communicatie, aangezien hoe hoger het aantal verzonden bits tegelijk, hoe sneller de communicatie zal zijn.

Parallelle communicatie heeft echter last van enkele problemen die voorkomen dat transmissies hogere kloksnelheden bereiken. Hoe hoger de klok, hoe groter de problemen met elektromagnetische interferentie (EMI) en voortplantingsvertraging.

Wanneer elektrische stroom door een kabel stroomt, ontstaat er een elektromagnetisch veld omheen. Dit veld kan elektrische stroom veroorzaken in de aangrenzende kabel, waardoor de informatie die hierdoor wordt verzonden, wordt beschadigd.

Zoals we eerder hebben besproken, wordt elke parallelle communicatiebit verzonden via een afzonderlijke kabel, maar het is bijna onmogelijk om die 32 kabels exact dezelfde lengte op een moederbord te maken. Bij hogere kloksnelheden komen gegevens die via kortere kabels worden verzonden eerder aan dan gegevens die via langere kabels worden verzonden.

Dat wil zeggen dat de bits in parallelle communicatie mogelijk laat aankomen. Als gevolg hiervan moet het ontvangende apparaat wachten tot alle bits zijn aangekomen om de volledige gegevens te verwerken, wat een aanzienlijk prestatieverlies vertegenwoordigt. Dit probleem staat bekend als voortplantingsvertraging en wordt verergerd met toenemende klokfrequenties.

Het project van een bus die seriële communicatie gebruikt, is gemakkelijker te implementeren dan dat van een bus die parallelle communicatie gebruikt, omdat er minder kabels nodig zijn om gegevens te verzenden.

Bij een typische seriële communicatie zijn vier kabels nodig: twee om gegevens te verzenden en twee om te ontvangen, meestal met een anti-elektromagnetische interferentietechniek die annulering of differentiële overdracht wordt genoemd. In geval van annulering wordt hetzelfde signaal over twee kabels verzonden, terwijl de tweede kabel het "gereflecteerde" signaal (omgekeerde polariteit) doorgeeft in vergelijking met het oorspronkelijke signaal.

Naast een grotere immuniteit voor elektromagnetische interferentie, lijden seriële communicatie niet onder vertragingen in de voortplanting. Op deze manier kunnen ze gemakkelijker hogere klokfrequenties bereiken dan parallelle communicatie.

Een ander zeer belangrijk verschil tussen parallelle communicatie en seriële communicatie is dat parallelle communicatie meestal half duplex is (dezelfde kabels worden gebruikt voor het verzenden en ontvangen van gegevens) vanwege het hoge aantal kabels dat nodig is voor de implementatie.

Seriële communicatie is full-duplex (er is een afzonderlijke set kabels om gegevens te verzenden en een andere set kabels om gegevens te ontvangen) omdat u slechts twee kabels in elke richting nodig heeft. Bij half-duplex communicatie kunnen twee apparaten niet tegelijkertijd met elkaar spreken; de een of de ander verzendt gegevens. Met full-duplex communicatie kunnen beide apparaten tegelijkertijd gegevens verzenden.

Dit zijn de belangrijkste redenen waarom ingenieurs seriële communicatie gebruikten in plaats van parallelle communicatie met de PCI Express-poort.

Is seriële communicatie langzamer?

Het hangt af van wat je vergelijkt. Als u een parallelle 33 MHz-communicatie vergelijkt die 32 bits per klokcyclus verzendt, is deze 32 keer sneller dan een 33 MHz seriële communicatie die slechts één bit tegelijk verzendt.

Als je echter dezelfde parallelle communicatie vergelijkt met een seriële communicatie die op een veel hogere klokfrequentie draait, kan seriële communicatie eigenlijk veel sneller zijn.

Vergelijk gewoon de bandbreedte van de originele PCI-bus, namelijk 133 MB / s (33 MHz x 32 bit), met de laagste bandbreedte die kan worden bereikt met een PCI Express-verbinding (250 MB / s, 2, 5 GHz x 1 bit).

Het idee dat seriële communicatie altijd langzamer is dan parallelle communicatie komt van oudere computers met poorten die "seriële poort" en "parallelle poort" werden genoemd.

Destijds was de parallelle poort veel sneller dan de seriële poort. Dit kwam door de manier waarop deze poorten werden geïmplementeerd. Dit betekent niet dat seriële communicatie altijd langzamer is dan parallelle communicatie.

Slots en grafische kaarten

Dankzij de PCI Express-specificatie kunnen slots verschillende fysieke afmetingen hebben, afhankelijk van het aantal rijstroken dat op de sleuf is aangesloten.

Dit verkleint de benodigde ruimte op het moederbord. Als er bijvoorbeeld een slot met een x1-aansluiting nodig is, kan de moederbordfabrikant een kleiner slot gebruiken, waardoor ruimte op het moederbord wordt bespaard.

Veel moederborden hebben x16-slots die zijn aangesloten op x8-, x4- of zelfs x1-rails. Bij grotere groeven is het belangrijk om te weten of hun fysieke afmetingen echt overeenkomen met hun snelheden. Sommige machines kunnen ook vertragen wanneer hun rijstroken worden gedeeld.

Het meest voorkomende scenario is op moederborden met twee of meer x16-slots. Met meerdere moederborden zijn er slechts 16 rijstroken die de eerste twee x16-slots verbinden met de PCI Express-controller. Dit betekent dat wanneer u één videokaart installeert, deze een bandbreedte van x16 heeft, maar wanneer u twee videokaarten installeert, heeft elke videokaart elk een bandbreedte van x8.

De handleiding van het moederbord moet deze informatie bevatten. Maar een praktische tip is om in de sleuf te kijken om te zien hoeveel contacten je hebt.

Als u ziet dat de contacten in een PCI Express x16-sleuf de helft hebben afgesneden van wat ze zouden moeten zijn, betekent dit dat hoewel dit slot fysiek een x16-slot is, het in feite acht banen heeft (x8). Als je bij hetzelfde slot ziet dat het aantal contacten is teruggebracht tot een kwart van wat het zou moeten hebben, dan zie je een x16 slot dat eigenlijk maar uit vier banen bestaat (x4).

Het is belangrijk om te begrijpen dat niet alle moederbordfabrikanten deze procedure volgen; sommige gebruiken nog steeds alle contacten, ook al is de sleuf aangesloten op een kleiner aantal rijstroken. Het beste advies is om de handleiding van het moederbord te raadplegen voor de juiste informatie.

Om de maximaal mogelijke prestaties te bereiken, moeten zowel de uitbreidingskaart als de PCI Express-poort dezelfde revisie hebben. Als u een PCI Express 2.0-videokaart heeft en deze installeert op een systeem met een PCI Express 3.0-poort, beperkt u de bandbreedte tot PCI Express 2.0. Dezelfde videokaart die is geïnstalleerd in een ouder systeem met een PCI Express 1.0-controller, is beperkt tot de bandbreedte van PCI Express 1.0.

Gebruik en voordelen

Met PCIe kunnen datacenterbeheerders profiteren van supersnelle netwerken op moederborden van servers en verbinding maken met Gigabit Ethernet-, RAID- en Infiniband-netwerktechnologieën buiten het serverrek. De PCIe-bus maakt ook verbindingen tussen geclusterde computers mogelijk met HyperTransport.

Voor laptops en mobiele apparaten worden PCI-e mini-kaarten gebruikt om draadloze netwerkadapters, SSD-schijfopslag en andere prestatieversnellers aan te sluiten.

We raden aan om te lezen:

Met External PCI Express (ePCIe) kunt u het moederbord aansluiten op een externe PCIe-interface. In de meeste gevallen gebruiken ontwerpers ePCIe wanneer de computer een ongebruikelijk groot aantal PCIe-poorten nodig heeft.