▷ Pci express

Actualment, el tipus més comú de ranura d'expansió disponible es diu PCI Express. En aquest article, aprendràs tot el que cal saber sobre aquest tipus de connexió: els seus començaments, com funciona, versions, ranures, i més.

Des del primer PC, llançat el 1981, l'equip ha tingut ranures d'expansió en què es poden instal·lar targetes addicionals per afegir funcions no disponibles a la placa base de l'equip. Abans de parlar del port PCI Express, hem de parlar una mica sobre la història de les ranures d'expansió de PC i els seus principals reptes, perquè puguis entendre què fa diferent a port PCI Express.

Índex de continguts

Tipus de ranures d'expansió

A continuació, s'enumeren els tipus més comuns de ranures d'expansió que es van llançar per al PC al llarg de la seva història:

• ISA (Arquitectura Industrial Estàndard) MCA (Arquitectura de Microcanal) EISA (Arquitectura Estàndard Industrial estesa) VLB (VESA Local Bus) PCI (Interconnexió de components perifèrics) PCI-X (Interconnexió de components perifèrics estès) AGP (Port de gràfic accelerat) PCI Express (Interconnexió de components perifèrics Express)

En general, s'alliberen nous tipus de ranures d'expansió quan es demostra que els tipus de ranura disponibles són massa lents per a certes aplicacions. Per exemple, la ranura ISA original disponible al PC IBM original i al PC IBM XT i els seus clons, tenia una velocitat de transferència teòrica màxima (és a dir, ample de banda) de només 4, 77 MB / s.

La versió de 16 bits de l'ISA, llançada amb la IBM PC AT en 1984, gairebé duplicar l'ample de banda disponible a 8 MB / s, però aquest nombre era extremadament baix fins i tot en aquest moment per a aplicacions d'alt ample de banda com el vídeo.

Després, IBM va alliberar la ranura MCA per a la seva línia d'ordinadors PS / 2, i pel fet que estava protegida per drets d'autor, altres fabricants només podien usar-la si entraven en un esquema de llicenciament amb IBM, cosa que van fer només cinc companyies (Tandy, Apricot, Dell, Olivetti i Research Machines).

Per tant, les ranures MCA es limitaven a uns pocs models de PC d'aquestes marques. Nou fabricants de PC es van unir per crear la ranura EISA, però no va tenir èxit per dues raons.

En primer lloc, mantenia la compatibilitat amb la ranura ISA original, pel que la seva freqüència de rellotge era la mateixa que la de la ranura ISA de 16 bits.

En segon lloc, l'aliança no incloïa als fabricants de plaques base, de manera que poques empreses tenien accés a aquesta ranura, de la mateixa manera que havia succeït amb la ranura MCA.

La primera ranura d'alta velocitat real que es va llançar va ser la VLB. La major velocitat es va aconseguir vinculant la ranura a el bus local de la CPU, és a dir, a l'bus extern de la CPU.

D'aquesta manera, la ranura funcionava a la mateixa velocitat que el bus extern de la CPU, que és el bus més ràpid disponible al PC.

La majoria de les CPU en aquest moment usaven una velocitat de rellotge extern de 33 MHz, però també estaven disponibles CPU amb velocitats de rellotge extern de 25 MHz i 40 MHz.

El problema amb aquest bus va ser que es va dissenyar específicament per al bus local dels processadors de classe 486. Quan es va llançar el processador Pentium, era incompatible amb aquest, ja que utilitzava un bus local amb diferents especificacions (freqüència de rellotge extern de 66 MHz en lloc de 33 MHz, i transferències de dades de 64 bits en lloc de 32 bits).

La primera solució per a tot el sector va aparèixer el 1992, quan Intel va liderar el sector per crear la ranura d'expansió definitiva, la PCI.

Més tard, altres empreses es van unir a l'aliança, que avui es coneix com PCI-SIG (PCI Special Interest Group). El PCI-SIG és responsable d'estandarditzar les ranures PCI, PCI-X i PCI Express.

Què són els ports PCI Express

El PCI Express, abreujat PCI-E o PCIe, és l'última evolució de l'bus PCI clàssic, i permet afegir targetes d'expansió a l'ordinador.

És un port sèrie local, a diferència de l'PCI, que és paral·lel, i va ser desenvolupat per Intel, que el va introduir per primera vegada el 2004, en el chipset 915P.

Podem trobar busos PCI Express en diverses versions; hi ha versions 1, 2, 4, 8, 12, 16 i 32 carrils.

Per exemple, la velocitat de transferència d'un sistema PCI Express amb 8 carrils (x8) és de 2 GB / s (250 x8). El PCI Express permet velocitats de dades de 250 MB / sa 8 GB / s en la versió 1.1. La versió 3.0 permet 1 GB / s (985 MB en realitat) per carril mentre que la 2.0 només 500 MB / s.

Per a què serveixen els ports PCI Express

Aquest nou bus s'utilitza per connectar les targetes d'expansió a la placa base i està destinat a reemplaçar tots els busos d'expansió interns d'un PC, incloent el PCI i el AGP (el AGP ha desaparegut completament, però el PCI clàssic encara resisteix).

PCI, PCI-X i PCI Express

Per cert, alguns usuaris tenen dificultats per distingir entre PCI, PCI-X i PCI Express ("PCIe"). Tot i que aquests noms són similars, es refereixen a tecnologies completament diferents.

El PCI és un bus independent de la plataforma que es connecta a el sistema mitjançant un xip pont (bridge, que forma part de l'chipset de la placa base). Cada vegada que s'allibera una nova CPU, pot seguir utilitzant el mateix bus PCI redissenyant el xip pont en lloc de redissenyar el bus, que era la norma abans que es creés el bus PCI.

Encara que altres configuracions eren teòricament possibles, la implementació més comuna de l'bus PCI era amb un rellotge de 33 MHz amb una ruta de dades de 32 bits, permetent un ample de banda de 133 MB / s.

El port PCI-X és una versió de l'bus PCI que funciona a freqüències de rellotge més altes i amb rutes de dades més àmplies per a les plaques base dels servidors, aconseguint un major ample de banda per a dispositius que demanen més velocitat, com targetes de xarxa d'alta gamma i controladors RAID.

Quan el bus PCI va resultar ser massa lent per a les targetes de vídeo d'alta gamma, es va desenvolupar la ranura AGP. Aquesta ranura s'utilitzava exclusivament per a targetes de vídeo.

Finalment, el PCI-SIG va desenvolupar una connexió anomenada PCI Express. Malgrat el seu nom, el port PCI Express funciona radicalment diferent de l'bus PCI.

Diferents busos PCI Express

• PCI Express 1x amb un rendiment de 250Mb / s està present en una o dues còpies en totes les plaques base actuales.PCI Express 2x amb un rendiment de 500Mb / s està menys estès, reservat per servidores.PCI Express 4x amb un rendiment de 1000MB / s també està reservat per servidores.El PCI Express 16x amb una velocitat de 4000Mb / s està molt estès, present en totes les targetes gràfiques modernes, i és el format estàndard de les targetes gráficas.El port PCI Express 32x amb un rendiment de 8000 Mb / s té el mateix format que PCI Express 16x, i sovint s'utilitza en plaques base d'alta gamma per alimentar busos SLI o Crossfire. Les referències d'aquestes plaques base tenen sovint la menció "32". Això permet dos ports PCI Express en format de 16 carrils cablejats, a diferència dels SLI convencionals, cablejats en 2 x 8 carrils o Crossfire bàsic, cablejats a 1 × 16 + 1 × 4 carrils. Aquestes plaques base també es caracteritzen per la presència d'un pont sud addicional, només dedicat a l'autobús 32x.

El PCI-SIG va anunciar el PCI Express a la revisió 4.0, oferint el doble d'ample de banda per carril comparat amb la revisió 3.0.

Aquesta revisió inclou marges de carril, latència de sistema reduïda, capacitats RAS superiors, etiquetes esteses i crèdits per a dispositius de servei, escalabilitat per carrils addicionals i ample de banda, la integració de la plataforma i millora de la virtualització d'E / S.

Diferències entre PCI i PCI Express

• PCI és un bus, mentre que PCI Express és una connexió punt a punt en sèrie, és a dir, només connecta dos dispositius; cap altre dispositiu pot compartir aquesta connexió. Només per aclarir, en una placa base que utilitza ranures PCI estàndard, tots els dispositius PCI estan connectats a l'bus PCI i comparteixen la mateixa ruta de dades, pel que pot produir-se un coll d'ampolla (és a dir, una disminució de l'rendiment perquè més d'un dispositiu desitja transmetre dades a el mateix temps). En una placa base amb ranures PCI Express, cada ranura PCI Express està connectada a el conjunt de xips de la placa base usant un carril dedicat, no compartint aquest carril (ruta de dades) amb altres ranures PCI Express. A més, els dispositius integrats a la placa base, com els controladors de xarxa, SATA i USB, solen connectar-se a el conjunt de xips de la placa base mitjançant connexions PCI Express dedicadas.PCI i tots els altres tipus de ranures d'expansió utilitzen comunicacions paral·leles, mentre que PCI Express es basa en comunicacions serials d'alta velocitat.El port PCI Express es basa en carrils individuals, que poden agrupar-se per crear connexions de major ample de banda. La "x" que segueix a la descripció d'una connexió PCI Express es refereix a el nombre de carrils que utilitza aquesta connexió.

A continuació, es mostra una taula comparativa de les principals especificacions de les ranures d'expansió que han existit per al PC.

ranura	Rellotge	Nombre de bits	Dades per cicle de rellotge	Ample de banda
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 Typically)
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

Transferència de dades al port PCI Express

La connexió PCI Express representa un avenç extraordinari en la forma en què els dispositius perifèrics es comuniquen amb l'ordinador.

Es diferencia de l'bus PCI en molts aspectes, però el més important és la forma en què es transfereixen les dades.

La connexió PCI Express és un altre exemple de la tendència a migrar la transferència de dades de la comunicació paral·lela a la comunicació serial. Altres interfícies comuns que utilitzen la comunicació serial són l'USB, Ethernet (xarxa) i SATA i SAS (emmagatzematge).

Abans de l'PCI Express, tots els busos de PC i ranures d'expansió utilitzaven comunicació paral·lela. En la comunicació paral·lela es transfereixen diversos bits a la ruta de dades a el mateix temps, en paral·lel.

En la comunicació serial, només es transfereix un bit en la trajectòria de dades per cicle de rellotge. A el principi, això fa que la comunicació paral·lela sigui més ràpida que la comunicació serial, ja que com més gran sigui el nombre de bits transmesos a la vegada, més ràpida serà la comunicació.

La comunicació paral·lela, però, pateix d'alguns problemes que impedeixen que les transmissions assoleixin velocitats de rellotge més altes. Com més alt sigui el rellotge, majors seran els problemes amb la interferència electromagnètica (EMI) i el retard de propagació.

Quan el corrent elèctric flueix a través d'un cable, es crea un camp electromagnètic al seu voltant. Aquest camp pot induir corrent elèctric en el cable adjacent, corrompent la informació que es transmet per aquest.

Com hem comentat abans, cada bit de comunicació en paral·lel es transmet per un cable separat, però és gairebé impossible fer que aquests 32 cables tinguin exactament la mateixa longitud en una placa base. A velocitats de rellotge més altes, les dades transmeses a través de cables més curts arriben abans que les dades transmeses a través de cables més llargs.

És a dir, els bits en comunicació paral·lela poden arribar amb retard. Com a conseqüència, el dispositiu receptor ha d'esperar que arribin tots els bits per processar les dades completes, el que representa una pèrdua significativa de rendiment. Aquest problema es coneix com retard de propagació i s'agreuja amb l'augment de les freqüències de rellotge.

El projecte d'un bus que utilitza comunicació serial és més senzill d'implementar que el d'un que utilitza comunicació paral·lela, ja que es necessiten menys cables per transmetre dades.

En una comunicació serial típica, es necessiten quatre cables: dos per transmetre dades i dues per a rebre, generalment amb una tècnica contra la interferència electromagnètica anomenada cancel·lació o transmissió diferencial. En cas de cancel·lació, el mateix senyal es transmet per dos cables, mentre que el segon cable transmet el senyal "reflectida" (polaritat invertida) en comparació amb el senyal original.

A més de proporcionar una major immunitat a les interferències electromagnètiques, les comunicacions serials no pateixen retards de propagació. D'aquesta manera, poden aconseguir freqüències de rellotge més altes més fàcilment que les comunicacions paral·leles.

Una altra diferència molt important entre la comunicació paral·lela i la comunicació serial és que la comunicació paral·lela sol ser semidúplex (s'utilitzen els mateixos cables per transmetre i rebre dades) a causa de l'elevat nombre de cables necessaris per a la seva implementació.

La comunicació serial és dúplex (hi ha un conjunt separat de cables per transmetre dades i un altre conjunt de cables per rebre dades) perquè només necessita dos cables en cada sentit. Amb una comunicació semidúplex, dos dispositius no poden parlar entre si a el mateix temps; un o altre es transmeten dades. Amb una comunicació full-duplex, tots dos dispositius poden estar transmetent dades a el mateix temps.

Aquestes són les principals raons per les quals els enginyers van adoptar la comunicació serial en lloc de la comunicació paral·lela amb el port PCI Express.

És més lenta la comunicació serial?

Depèn del que estiguis comparant. Si es compara una comunicació paral·lela de 33 MHz que transmet 32 ​​bits per cicle de rellotge, serà 32 vegades més ràpida que una comunicació serial de 33 MHz que transmet només un bit alhora.

No obstant això, si es compara la mateixa comunicació paral·lela amb una comunicació serial que funciona a una freqüència de rellotge molt més gran, la comunicació serial pot ser, de fet, molt més ràpida.

Només cal comparar l'ample de banda de l'bus PCI original, que és de 133 MB / s (33 MHz x 32 bits), amb l'ample de banda més baix que es pot aconseguir amb una connexió PCI Express (250 MB / s, 2, 5 GHz x 1 bit).

La noció que la comunicació serial és sempre més lenta que la comunicació paral·lela prové d'ordinadors antics que tenien ports anomenats "port sèrie" i "port paral·lel".

En aquest moment, el port paral·lel era molt més ràpid que el port sèrie. Això es va deure a la forma en què es van implementar aquests ports. Això no vol dir que les comunicacions serials siguin sempre més lentes que les comunicacions paral·leles.

Ranures i targetes gràfiques

L'especificació PCI Express permet que les ranures tinguin diferents mides físics, depenent de el nombre de carrils connectats a la ranura.

Això permet reduir la mida de l'espai necessari a la placa base. Per exemple, si es requereix una ranura amb una connexió x1, el fabricant de la placa base pot utilitzar una ranura més petita, estalviant espai en la placa base.

Moltes plaques base tenen ranures x16 que estan connectades a carrils x8, x4 o fins i tot x1. Amb ranures més grans és important saber si els seus mides físics realment corresponen a les seves velocitats. A més, algunes màquines poden rebaixar la seva velocitat quan els seus carrils són compartits.

L'escenari més comú és en plaques base amb dues o més ranures x16. Amb diverses plaques base, només hi ha 16 carrils que connecten les dues primeres ranures x16 a el controlador PCI Express. Això vol dir que quan instal·lis una sola targeta de vídeo, tindrà l'ample de banda x16 disponible, però quan s'instal·lin dues targetes de vídeo, cada targeta de vídeo tindrà una amplada de banda x8 cadascuna.

El manual de la placa base ha de proporcionar aquesta informació. Però un consell pràctic és mirar dins de la ranura per veure quants contactes té.

Si veus que els contactes en una ranura PCI Express x16 es redueixen a la meitat del que haurien de ser, això vol dir que tot i que aquesta ranura és físicament una ranura x16, en realitat té vuit carrils (x8). Si amb aquesta mateixa ranura veus que el nombre de contactes es redueix a un quart del que hauria de tenir, estàs veient una ranura x16 que en realitat té només quatre carrils (x4).

És important entendre que no tots els fabricants de plaques base segueixen aquest procediment; alguns encara utilitzen tots els contactes encara que la ranura es connecta a un nombre menor de carrils. El millor consell és revisar el manual de la placa base per obtenir la informació correcta.

Per assolir el màxim rendiment possible, tant la targeta d'expansió com el port PCI Express han de ser de la mateixa revisió. Si tens una targeta de vídeo PCI Express 2.0 i la instal en un sistema amb un port PCI Express 3.0, estaràs limitant l'ample de banda a PCI Express 2.0. La mateixa targeta de vídeo instal·lada en un sistema antic amb un controlador PCI Express 1.0 es limitarà a l'ample de banda de PCI Express 1.0.

Usos i beneficis

Amb PCIe, els administradors de datacenters poden beneficiar-se de xarxes d'alta velocitat en les plaques base dels servidors i connectar-se a tecnologies de xarxa Gigabit Ethernet, RAID i Infiniband fora de l'rack de servidor. El bus PCIe també permet connexions entre ordinadors en clúster mitjançant HyperTransport.

Per portàtils i dispositius mòbils, les minitargetes PCI-i s'utilitzen per connectar adaptadors de xarxa sense fil, emmagatzematge en disc SSD i altres acceleradors de rendiment.

Et recomanem la lectura:

El PCI Express extern (ePCIe) permet connectar la placa base a una interfície PCIe externa. En la majoria dels casos, els dissenyadors utilitzen ePCIe quan l'ordinador requereix un nombre inusualment gran de ports PCIe.