Express Pci thể hiện

Hiện tại, loại khe cắm mở rộng phổ biến nhất hiện có được gọi là PCI Express. Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu mọi thứ bạn cần biết về loại kết nối này: sự khởi đầu của nó, cách thức hoạt động, phiên bản, vị trí, v.v.

Kể từ PC đầu tiên, được phát hành vào năm 1981, nhóm đã có các khe cắm mở rộng, nơi có thể cài đặt thêm thẻ để thêm các tính năng không có trên bo mạch chủ của đội. Trước khi nói về cổng PCI Express, chúng ta nên nói một chút về lịch sử của các khe cắm mở rộng PC và những thách thức chính của chúng, để bạn có thể hiểu điều gì làm cho cổng PCI Express trở nên khác biệt.

Chỉ số nội dung

Các loại khe cắm mở rộng

Dưới đây là các loại khe cắm mở rộng phổ biến nhất đã được phát hành cho PC trong suốt lịch sử của nó:

• ISA (Kiến trúc công nghiệp tiêu chuẩn) MCA (Kiến trúc vi kênh) EISA (Kiến trúc tiêu chuẩn công nghiệp mở rộng) VLB (Xe buýt địa phương VESA) PCI (Kết nối thành phần ngoại vi) PCI-X (Kết nối thành phần ngoại vi mở rộng) AGP (Cổng đồ họa tăng tốc) Express (Kết nối thành phần ngoại vi Express)

Nói chung, các loại khe cắm mở rộng mới được phát hành khi các loại khe cắm có sẵn được hiển thị quá chậm đối với các ứng dụng nhất định. Ví dụ, khe cắm ISA ban đầu có sẵn trên PC IBM gốc và trên PC Xt của IBM và các bản sao của nó có tốc độ truyền lý thuyết tối đa (tức là băng thông) chỉ 4, 77 MB / s.

Phiên bản 16 bit của ISA, được phát hành cùng với IBM PC AT vào năm 1984, gần như tăng gấp đôi băng thông có sẵn lên 8MB / s, nhưng con số này cực kỳ thấp ngay cả tại thời điểm đó đối với các ứng dụng băng thông cao như video..

Sau đó, IBM đã phát hành khe MCA cho dòng máy tính PS / 2 của mình và vì nó được bảo vệ bởi bản quyền, các nhà sản xuất khác chỉ có thể sử dụng nó nếu họ tham gia chương trình cấp phép với IBM, điều mà chỉ có năm công ty đã làm (Tandy, Apricot, Dell, Olivetti và Research Machine).

Do đó, các khe cắm MCA được giới hạn trong một vài mẫu PC từ các thương hiệu này. Chín nhà sản xuất PC đã cùng nhau tạo ra khe EISA, nhưng không thành công vì hai lý do.

Đầu tiên, nó duy trì khả năng tương thích với khe cắm ISA ban đầu, do đó tốc độ xung nhịp của nó tương đương với khe cắm ISA 16 bit.

Thứ hai, liên minh không bao gồm các nhà sản xuất bo mạch chủ, vì vậy rất ít công ty có quyền truy cập vào khe này, giống như với khe cắm MCA.

Khe tốc độ cao thực sự đầu tiên được phát hành là VLB. Tốc độ cao nhất đạt được bằng cách liên kết khe cắm với bus CPU cục bộ, nghĩa là với bus CPU bên ngoài.

Theo cách này, khe cắm chạy ở cùng tốc độ với bus ngoài của CPU, là bus nhanh nhất có sẵn trên PC.

Hầu hết các CPU tại thời điểm đó sử dụng tốc độ xung nhịp ngoài là 33 MHz, nhưng các CPU có tốc độ xung nhịp ngoài là 25 MHz và 40 MHz cũng có sẵn.

Vấn đề với chiếc xe buýt này là nó được thiết kế dành riêng cho xe buýt địa phương của bộ xử lý lớp 486. Khi bộ xử lý Pentium được phát hành, nó không tương thích với nó, vì nó đã sử dụng một chiếc xe buýt địa phương với các thông số kỹ thuật khác nhau (tần số xung nhịp ngoài 66 MHz thay vì 33 MHz và truyền dữ liệu 64 bit thay vì 32 bit).

Giải pháp toàn ngành đầu tiên xuất hiện vào năm 1992, khi Intel dẫn đầu ngành tạo ra khe cắm mở rộng cuối cùng là PCI.

Sau đó, các công ty khác gia nhập liên minh, ngày nay được gọi là PCI-SIG (Nhóm lợi ích đặc biệt PCI). PCI-SIG chịu trách nhiệm chuẩn hóa các khe cắm PCI, PCI-X và PCI Express.

Cổng PCI Express là gì

PCI Express, viết tắt của PCI-E hoặc PCIe, là sự phát triển mới nhất của bus PCI cổ điển và cho phép thêm thẻ mở rộng vào máy tính.

Đây là một cổng nối tiếp cục bộ, không giống như PCI, song song và được Intel phát triển, lần đầu tiên giới thiệu nó vào năm 2004, trên chipset 915P.

Chúng ta có thể tìm thấy các xe buýt PCI Express trong các phiên bản khác nhau; Có các phiên bản 1, 2, 4, 8, 12, 16 và 32 làn.

Ví dụ: tốc độ truyền của hệ thống PCI Express 8 làn (x8) là 2 GB / s (250 x8). PCI Express cho phép tốc độ dữ liệu từ 250MB / s đến 8GB / s trong phiên bản 1.1. Phiên bản 3.0 cho phép 1 GB / s (thực tế là 985 MB) mỗi làn trong khi 2.0 chỉ 500 MB / s.

Các cổng PCI Express để làm gì?

Bus mới này được sử dụng để kết nối các thẻ mở rộng với bo mạch chủ và nhằm thay thế tất cả các bus mở rộng bên trong của PC, bao gồm cả PCI và AGP (AGP đã biến mất hoàn toàn, nhưng PCI cổ điển vẫn tồn tại).

PCI, PCI-X và PCI Express

BTW, một số người dùng gặp khó khăn trong việc phân biệt giữa PCI, PCI-X và PCI Express (PCI PCIe). Mặc dù những cái tên này tương tự nhau, nhưng chúng đề cập đến các công nghệ hoàn toàn khác nhau.

PCI là một bus độc lập nền tảng kết nối với hệ thống thông qua chip cầu (cầu nối, là một phần của chipset bo mạch chủ). Mỗi khi CPU mới được phát hành, bạn có thể tiếp tục sử dụng cùng một bus PCI bằng cách thiết kế lại chip cầu thay vì thiết kế lại bus, đó là tiêu chuẩn trước khi bus PCI được tạo.

Mặc dù về mặt lý thuyết, các cấu hình khác là có thể, nhưng việc triển khai phổ biến nhất của bus PCI là với xung nhịp 33 MHz với đường dẫn dữ liệu 32 bit, cho phép băng thông 133 MB / s.

Cổng PCI-X là phiên bản của bus PCI hoạt động ở tần số xung nhịp cao hơn và có đường dẫn dữ liệu rộng hơn cho bo mạch chủ máy chủ, đạt được băng thông lớn hơn cho các thiết bị cần nhiều tốc độ hơn, như thẻ nhớ. bộ điều khiển mạng và RAID cao cấp.

Khi bus PCI hóa ra quá chậm đối với các card video cao cấp, khe AGP đã được phát triển. Khe này được sử dụng riêng cho thẻ video.

Cuối cùng, PCI-SIG đã phát triển một kết nối có tên là PCI Express. Mặc dù tên của nó, cổng PCI Express hoạt động hoàn toàn khác với bus PCI.

Xe buýt PCI Express khác nhau

• PCI Express 1x với hiệu suất 250Mb / giây hiện diện ở một hoặc hai bản trên tất cả các bo mạch chủ hiện tại. PCI Express 2x với hiệu suất 500Mb / giây được mở rộng ít hơn, dành riêng cho các máy chủ. PCI Express 4x với hiệu suất 1000Mb / s cũng được dành riêng cho máy chủ. PCI Express 16x với tốc độ 4000Mb / giây rất phổ biến, có mặt trong tất cả các card đồ họa hiện đại và là định dạng chuẩn của card đồ họa. Cổng PCI Express 32x có hiệu suất 8000 Mb / s có cùng định dạng với PCI Express 16x và thường được sử dụng trên các bo mạch chủ cao cấp để cung cấp năng lượng cho xe buýt SLI hoặc Crossfire. Các tài liệu tham khảo của các bo mạch chủ này thường có đề cập đến "32". Điều này cho phép hai cổng PCI Express có dây 16 làn, không giống như SLI thông thường, có dây ở 2 x 8 làn hoặc Crossfire cơ bản, có dây ở các làn 1 × 16 + 1 × 4. Những bo mạch chủ này cũng được đặc trưng bởi sự hiện diện của một cây cầu phía nam bổ sung, chỉ dành riêng cho xe buýt 32x.

PCI-SIG đã công bố PCI Express trong phiên bản 4.0, cung cấp gấp đôi băng thông trên mỗi làn so với phiên bản 3.0.

Đánh giá này bao gồm lề làn, giảm độ trễ hệ thống, khả năng RAS vượt trội, nhãn và tín dụng mở rộng cho các thiết bị dịch vụ, khả năng mở rộng cho làn đường và băng thông bổ sung, tích hợp nền tảng và ảo hóa I / O được cải thiện.

Sự khác biệt giữa PCI và PCI Express

• PCI là một bus, trong khi PCI Express là kết nối điểm nối tiếp nối tiếp, nghĩa là nó chỉ kết nối hai thiết bị; không có thiết bị nào khác có thể chia sẻ kết nối này. Chỉ cần làm rõ, trên bo mạch chủ sử dụng các khe cắm PCI tiêu chuẩn, tất cả các thiết bị PCI được kết nối với bus PCI và chia sẻ cùng một đường dẫn dữ liệu, do đó có thể xảy ra tắc nghẽn (nghĩa là giảm hiệu suất vì nhiều hơn thiết bị muốn truyền dữ liệu cùng một lúc). Trên bo mạch chủ có khe cắm PCI Express, mỗi khe cắm PCI Express được kết nối với chipset trên bo mạch chủ bằng làn đường chuyên dụng, không chia sẻ làn đường này (đường dẫn dữ liệu) với các khe cắm PCI Express khác. Ngoài ra, các thiết bị được tích hợp trong bo mạch chủ, như trình điều khiển mạng, SATA và USB, thường kết nối với chipset bo mạch chủ bằng các kết nối PCI Express chuyên dụng. PCI và tất cả các loại khe cắm mở rộng khác sử dụng giao tiếp song song, trong khi PCI Express dựa vào giao tiếp nối tiếp tốc độ cao, cổng PCI Express dựa trên các làn riêng lẻ, có thể được nhóm lại với nhau để tạo kết nối băng thông cao hơn. Phần mềm xv theo mô tả của kết nối PCI Express đề cập đến số làn đường mà kết nối sử dụng.

Dưới đây là bảng so sánh các thông số kỹ thuật chính của các khe cắm mở rộng đã tồn tại cho PC.

Rãnh	Đồng hồ	Số bit	Dữ liệu trên mỗi chu kỳ đồng hồ	Độ rộng băng tần
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 / giây
MCA	5 MHz	32	1	20 MB / s
EISA	8, 33 MHz	32	1	33, 3 MB / s (thường là 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 / giây
PCI-X 133	133 MHz	64	1	1.066 MB / giây
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 / giây
AGP x2	66 MHz	32	2	533 MB / giây
AGP x4	66 MHz	32	4	1.066 MB / giây
AGP x8	66 MHz	32	8	2.133 MB / s
PCIe 1.0 x1	2, 5 GHz	1	1	250 MB / giây
PCIe 1.0 x4	2, 5 GHz	4	1	1.000 MB / giây
PCIe 1.0 x8	2, 5 GHz	8	1	2.000 MB / giây
PCIe 1.0 x16	2, 5 GHz	16	1	4.000 MB / s
PCIe 2.0 x1	5 GHz	1	1	500 MB / giây
PCIe 2.0 x4	5 GHz	4	1	2.000 MB / giây
PCIe 2.0 x8	5 GHz	8	1	4.000 MB / s
PCIe 2.0 x16	5 GHz	16	1	8.000 MB / giây
PCIe 3.0 x1	8 GHz	1	1	1.000 MB / giây
PCIe 3.0 x4	8 GHz	4	1	4.000 MB / s
PCIe 3.0 x8	8 GHz	8	1	8.000 MB / giây
PCIe 3.0 x16	8 GHz	16	1	16.000 MB / giây

Truyền dữ liệu trên cổng PCI Express

Kết nối PCI Express thể hiện một bước tiến phi thường trong cách các thiết bị ngoại vi giao tiếp với máy tính.

Nó khác với bus PCI theo nhiều cách, nhưng quan trọng nhất là cách truyền dữ liệu.

Kết nối PCI Express là một ví dụ khác về xu hướng di chuyển truyền dữ liệu từ giao tiếp song song sang giao tiếp nối tiếp. Các giao diện phổ biến khác sử dụng giao tiếp nối tiếp là USB, Ethernet (mạng) và SATA và SAS (lưu trữ).

Trước PCI Express, tất cả các bus PC và khe cắm mở rộng đều sử dụng giao tiếp song song. Trong giao tiếp song song, một số bit được truyền trong đường dẫn dữ liệu cùng một lúc, song song.

Trong giao tiếp nối tiếp, chỉ một bit được truyền trong đường dẫn dữ liệu trên mỗi chu kỳ xung nhịp. Lúc đầu, điều này làm cho giao tiếp song song nhanh hơn giao tiếp nối tiếp, vì số bit được truyền cùng một lúc càng cao, giao tiếp sẽ càng nhanh.

Tuy nhiên, giao tiếp song song bị một số vấn đề ngăn cản việc truyền đạt tốc độ xung nhịp cao hơn. Đồng hồ càng cao, các vấn đề về nhiễu điện từ (EMI) và độ trễ lan truyền càng lớn.

Khi dòng điện chạy qua cáp, một trường điện từ được tạo ra xung quanh nó. Trường này có thể tạo ra dòng điện trong cáp liền kề, làm hỏng thông tin được truyền bởi nó.

Như chúng ta đã thảo luận trước đây, mỗi bit giao tiếp song song được truyền trên một cáp riêng, nhưng hầu như không thể tạo ra 32 cáp đó có cùng độ dài trên bo mạch chủ. Ở tốc độ xung nhịp cao hơn, dữ liệu được truyền qua cáp ngắn đến sớm hơn dữ liệu được truyền qua cáp dài hơn.

Đó là, các bit trong giao tiếp song song có thể đến muộn. Do đó, thiết bị nhận phải chờ tất cả các bit đến để xử lý dữ liệu hoàn chỉnh, thể hiện sự mất hiệu suất đáng kể. Vấn đề này được gọi là độ trễ lan truyền và trở nên trầm trọng hơn khi tăng tần số xung nhịp.

Dự án xe buýt sử dụng giao tiếp nối tiếp dễ thực hiện hơn so với xe buýt sử dụng giao tiếp song song, vì cần ít cáp hơn để truyền dữ liệu.

Trong một giao tiếp nối tiếp điển hình, cần có bốn dây cáp: hai để truyền dữ liệu và hai để nhận, thường là với kỹ thuật chống nhiễu điện từ được gọi là hủy hoặc truyền vi sai. Trong trường hợp hủy, tín hiệu tương tự được truyền trên hai cáp, trong khi cáp thứ hai truyền tín hiệu hồi âm hồi âm (cực đảo ngược) so với tín hiệu gốc.

Ngoài việc cung cấp khả năng miễn dịch cao hơn đối với nhiễu điện từ, truyền thông nối tiếp không bị chậm trễ lan truyền. Bằng cách này, họ có thể đạt được tần số xung nhịp cao hơn dễ dàng hơn so với giao tiếp song song.

Một sự khác biệt rất quan trọng khác giữa giao tiếp song song và giao tiếp nối tiếp là giao tiếp song song thường là một nửa song công (cùng loại cáp được sử dụng để truyền và nhận dữ liệu) do số lượng cáp cần thiết để thực hiện.

Giao tiếp nối tiếp là song công hoàn toàn (có một bộ cáp riêng để truyền dữ liệu và một bộ cáp khác để nhận dữ liệu) vì bạn chỉ cần hai cáp theo mỗi hướng. Với giao tiếp song công, hai thiết bị không thể nói chuyện với nhau cùng một lúc; Một hoặc khác là truyền dữ liệu. Với giao tiếp song công hoàn toàn, cả hai thiết bị có thể truyền dữ liệu cùng một lúc.

Đây là những lý do chính tại sao các kỹ sư chấp nhận giao tiếp nối tiếp thay vì giao tiếp song song với cổng PCI Express.

Là giao tiếp nối tiếp chậm hơn?

Nó phụ thuộc vào những gì bạn đang so sánh. Nếu bạn so sánh một giao tiếp 33 MHz song song truyền 32 bit trên mỗi chu kỳ xung nhịp, nó sẽ nhanh hơn 32 lần so với giao tiếp nối tiếp 33 MHz chỉ truyền một bit mỗi lần.

Tuy nhiên, nếu bạn so sánh cùng một giao tiếp song song với một giao tiếp nối tiếp chạy ở tần số xung nhịp cao hơn nhiều, giao tiếp nối tiếp thực sự có thể nhanh hơn nhiều.

Chỉ cần so sánh băng thông của bus PCI gốc, là 133 MB / s (33 MHz x 32 bit), với băng thông thấp nhất có thể đạt được với kết nối PCI Express (250 MB / s, 2, 5 GHz x 1 bit).

Quan niệm rằng giao tiếp nối tiếp luôn chậm hơn so với giao tiếp song song đến từ các máy tính cũ có các cổng được gọi là "cổng nối tiếp" và "cổng song song".

Vào thời điểm đó, cổng song song nhanh hơn nhiều so với cổng nối tiếp. Điều này là do cách các cổng này được thực hiện. Điều này không có nghĩa là truyền thông nối tiếp luôn chậm hơn so với truyền thông song song.

Slots và card đồ họa

Đặc điểm kỹ thuật của PCI Express cho phép các khe có các kích thước vật lý khác nhau, tùy thuộc vào số làn được kết nối với khe.

Điều này làm giảm kích thước của không gian cần thiết trên bo mạch chủ. Ví dụ: nếu cần một khe cắm có kết nối x1, nhà sản xuất bo mạch chủ có thể sử dụng khe nhỏ hơn, tiết kiệm không gian trên bo mạch chủ.

Nhiều bo mạch chủ có các khe x16 được kết nối với đường ray x8, x4 hoặc thậm chí x1. Với các rãnh lớn hơn, điều quan trọng là phải biết nếu kích thước vật lý của chúng thực sự phù hợp với tốc độ của chúng. Ngoài ra, một số máy có thể chạy chậm khi làn đường của chúng được chia sẻ.

Kịch bản phổ biến nhất là trên bo mạch chủ có hai hoặc nhiều khe x16. Với nhiều bo mạch chủ, chỉ có 16 làn kết nối hai khe x16 đầu tiên với bộ điều khiển PCI Express. Điều này có nghĩa là khi bạn cài đặt một thẻ video, nó sẽ có sẵn băng thông x16, nhưng khi bạn cài đặt hai thẻ video, mỗi thẻ video sẽ có băng thông x8 mỗi băng thông.

Hướng dẫn sử dụng bo mạch chủ nên cung cấp thông tin này. Nhưng một mẹo thực tế là nhìn vào bên trong khe để xem bạn có bao nhiêu liên hệ.

Nếu bạn thấy các tiếp điểm trong khe cắm PCI Express x16 giảm một nửa so với mức cần thiết, điều này có nghĩa là trong khi khe này thực chất là khe x16, thì thực tế nó có tám làn (x8). Nếu với cùng một vị trí này, bạn thấy rằng số lượng địa chỉ liên lạc giảm xuống một phần tư so với số lượng cần có, thì bạn đang thấy một vị trí x16 thực sự chỉ có bốn làn (x4).

Điều quan trọng là phải hiểu rằng không phải tất cả các nhà sản xuất bo mạch chủ đều tuân theo quy trình này; một số vẫn sử dụng tất cả các địa chỉ liên lạc mặc dù vị trí được kết nối với số làn đường nhỏ hơn. Lời khuyên tốt nhất là kiểm tra hướng dẫn sử dụng bo mạch chủ để biết thông tin chính xác.

Để đạt được hiệu suất tối đa có thể, cả thẻ mở rộng và cổng PCI Express phải có cùng một bản sửa đổi. Nếu bạn có thẻ video PCI Express 2.0 và cài đặt nó trên hệ thống có cổng PCI Express 3.0, bạn đang giới hạn băng thông ở PCI Express 2.0. Cùng một thẻ video được cài đặt trong một hệ thống cũ hơn với bộ điều khiển PCI Express 1.0 sẽ bị giới hạn ở băng thông của PCI Express 1.0.

Công dụng và lợi ích

Với PCIe, quản trị viên trung tâm dữ liệu có thể tận dụng mạng tốc độ cao trên bo mạch chủ máy chủ và kết nối với các công nghệ mạng Gigabit Ethernet, RAID và Infiniband bên ngoài giá đỡ máy chủ. Bus PCIe cũng cho phép kết nối giữa các máy tính được phân cụm bằng HyperTransport.

Đối với máy tính xách tay và thiết bị di động, thẻ mini PCI-e được sử dụng để kết nối bộ điều hợp mạng không dây, lưu trữ đĩa SSD và các bộ tăng tốc hiệu suất khác.

Chúng tôi khuyên bạn nên đọc:

PCI Express ngoài (ePCIe) cho phép bạn kết nối bo mạch chủ với giao diện PCIe bên ngoài. Trong hầu hết các trường hợp, các nhà thiết kế sử dụng ePCIe khi máy tính yêu cầu số lượng cổng PCIe lớn bất thường.