▷ PCI Express

Şu anda, mevcut en yaygın genişletme yuvasına PCI Express adı verilmektedir. Bu makalede, bu bağlantı türü hakkında bilmeniz gereken her şeyi öğreneceksiniz: başlangıçları, nasıl çalıştığı, sürümleri, yuvaları ve daha fazlası.

1981'de piyasaya sürülen ilk PC'den bu yana, ekip, anakartında bulunmayan özellikler eklemek için ek kartların takılabileceği genişletme yuvalarına sahipti. PCI Express bağlantı noktası hakkında konuşmadan önce, PC genişletme yuvalarının geçmişi ve ana zorlukları hakkında biraz konuşmalıyız, böylece PCI Express bağlantı noktasını neyin farklı kıldığını anlayabilirsiniz.

İçindekiler dizini

Genişleme yuvası türleri

Aşağıda, PC için geçmişi boyunca piyasaya sürülen en yaygın genişletme yuvaları listelenmiştir:

• ISA (Standart Endüstriyel Mimari) MCA (Mikrokanal Mimari) EISA (Genişletilmiş Endüstriyel Standart Mimari) VLB (VESA Yerel Veri Yolu) PCI (Çevresel Bileşen Bağlantısı) PCI-X (Genişletilmiş Çevresel Bileşen Bağlantısı) AGP (Hızlandırılmış Grafik Bağlantı Noktası) PCI Express (Express Çevre Birimi Bileşeni Bağlantısı)

Genel olarak, kullanılabilir yuva türlerinin belirli uygulamalar için çok yavaş olduğu gösterildiğinde yeni genişletme yuvaları serbest bırakılır. Örneğin, orijinal IBM PC'de ve IBM XT PC'de ve onun klonlarında bulunan orijinal ISA yuvasının maksimum teorik aktarım hızı (yani bant genişliği) yalnızca 4, 77 MB / s idi.

1984'te IBM PC AT ile piyasaya sürülen 16-bit ISA sürümü, kullanılabilir bant genişliğini neredeyse 8MB / s'ye iki katına çıkardı, ancak video gibi yüksek bant genişliği uygulamaları için bile bu sayı son derece düşüktü..

Daha sonra IBM, PS / 2 bilgisayar serisi için MCA yuvasını piyasaya sürdü ve telif hakkı ile korunduğundan, diğer üreticiler yalnızca IBM ile bir lisans şemasına girdiklerinde kullanabilirler, sadece beş şirket yaptı (Tandy, Kayısı, Dell, Olivetti ve Araştırma Makineleri).

Bu nedenle, MCA yuvaları bu markalardan birkaç PC modeliyle sınırlıydı. Dokuz PC üreticisi EISA yuvasını oluşturmak için bir araya geldi, ancak iki nedenden dolayı başarısız oldu.

İlk olarak, orijinal ISA yuvası ile uyumluluğu korudu, böylece saat hızı 16 bit ISA yuvasınınkiyle aynıydı.

İkincisi, ittifak anakart üreticilerini içermiyordu, bu yüzden MCA yuvasında olduğu gibi çok az şirket bu yuvaya erişebiliyordu.

Piyasaya sürülen ilk gerçek yüksek hızlı yuva VLB idi. En yüksek hız, yuvayı yerel CPU veriyoluna, yani harici CPU veriyoluna bağlayarak elde edildi.

Bu şekilde, yuva, PC'de mevcut olan en hızlı veri yolu olan CPU'nun harici veri yolu ile aynı hızda koştu.

O sırada çoğu CPU 33 MHz harici saat hızı kullandı, ancak 25 MHz ve 40 MHz harici saat hızlarına sahip CPU'lar da mevcuttu.

Bu veriyolu ile ilgili sorun, özellikle sınıf 486 işlemcilerin yerel veri yolu için tasarlanmış olmasıydı.Pentium işlemci serbest bırakıldığında, farklı özelliklere sahip bir yerel veri yolu (66 MHz harici saat frekansı) kullandığı için onunla uyumsuzdu. 33 MHz yerine 32 bit yerine 64 bit veri aktarımı).

Sektör genelinde ilk çözüm, Intel'in endüstriyi en iyi genişletme yuvası olan PCI'yi yaratmaya yönlendirdiği 1992 yılında ortaya çıktı.

Daha sonra, bugün PCI-SIG (PCI Özel İlgi Grubu) olarak bilinen ittifaka diğer şirketler katıldı. PCI-SIG, PCI, PCI-X ve PCI Express yuvalarının standartlaştırılmasından sorumludur.

PCI Express bağlantı noktaları nedir

PCI-E veya PCIe'nin kısaltması olan PCI Express, klasik PCI veri yolunun en yeni evrimidir ve genişletme kartlarının bilgisayara eklenmesine izin verir.

915P yongaseti üzerinde ilk olarak 2004'te tanıtan Intel tarafından geliştirilen ve paralel olan PCI'nin aksine yerel bir seri bağlantı noktasıdır.

PCI Express otobüslerini çeşitli versiyonlarda bulabiliriz; 1, 2, 4, 8, 12, 16 ve 32 şeritli versiyonlar vardır.

Örneğin, 8 şeritli (x8) bir PCI Express sisteminin aktarım hızı 2 GB / sn'dir (250 x8). PCI Express, 1.1 sürümünde 250MB / s - 8GB / s veri hızlarına izin verir. Sürüm 3.0, şerit başına 1 GB / sn (gerçekte 985 MB) izin verirken, 2.0 yalnızca 500 MB / sn'dir.

PCI Express bağlantı noktaları ne için?

Bu yeni veri yolu, genişletme kartlarını anakarta bağlamak için kullanılır ve PCI ve AGP dahil bir bilgisayarın tüm dahili genişletme otobüslerinin yerini alması amaçlanmıştır (AGP tamamen kayboldu, ancak klasik PCI hala direniyor).

PCI, PCI-X ve PCI Express

BTW, bazı kullanıcılar PCI, PCI-X ve PCI Express (“PCIe”) arasında ayrım yapmakta zorlanırlar. Bu adlar benzer olsa da, tamamen farklı teknolojilere atıfta bulunurlar.

PCI, sisteme bir köprü çipi (anakart yonga setinin bir parçası olan köprü) aracılığıyla bağlanan platformdan bağımsız bir veri yoludur. Yeni bir CPU serbest bırakıldığında, PCI veriyolunun oluşturulmasından önceki norm olan veri yolunu yeniden tasarlamak yerine köprü yongasını yeniden tasarlayarak aynı PCI veri yolunu kullanmaya devam edebilirsiniz.

Diğer yapılandırmalar teorik olarak mümkün olmasına rağmen, PCI veri yolunun en yaygın uygulaması, 32 bit veri yoluna sahip 33 MHz saat ile yapıldı ve 133 MB / s bant genişliğine izin verdi.

PCI-X bağlantı noktası, PCI veri yolunun daha yüksek saat frekanslarında çalışan ve sunucu anakartlar için daha geniş veri yollarıyla çalışan ve bellek kartları gibi daha fazla hız gerektiren aygıtlar için daha yüksek bant genişliği sağlayan bir sürümüdür. ileri teknoloji ağ ve RAID denetleyicileri.

PCI veri yolu üst düzey ekran kartları için çok yavaş olduğunda, AGP yuvası geliştirildi. Bu yuva yalnızca video kartları için kullanıldı.

Son olarak, PCI-SIG, PCI Express adlı bir bağlantı geliştirdi. Adına rağmen, PCI Express bağlantı noktası PCI veriyolundan kökten farklı çalışır.

Farklı PCI Express veri yolları

• 250Mb / s performansa sahip PCI Express 1x, mevcut tüm anakartlarda bir veya iki kopya halinde bulunur. 500Mb / s performansa sahip PCI Express 2x, sunucular için ayrılmıştır, 1000Mb performansa sahip PCI Express 4x / s de sunucular için ayrılmıştır. 4000Mb / s hıza sahip PCI Express 16x çok yaygındır, tüm modern grafik kartlarında bulunur ve standart ekran kartı formatıdır. 8000 Mb / s, PCI Express 16x ile aynı formattır ve genellikle SLI veya Crossfire otobüslerine güç sağlamak için ileri teknoloji anakartlarda kullanılır. Bu anakartların referansları genellikle "32" denmektedir. Bu, geleneksel SLI'ların aksine, 2 x 8 şeritte veya Temel Çapraz Ateşte 1 × 16 + 1 × 4 şeritte kablolanmış iki adet 16 şeritli PCI Express bağlantı noktasına izin verir. Bu anakartlar ayrıca sadece 32x veriyoluna adanmış ek bir güney köprüsünün varlığı ile karakterize edilir.

PCI-SIG revizyon 4.0'da PCI Express'i duyurdu ve revizyon 3.0'a kıyasla şerit başına iki kat bant genişliği sunuyor.

Bu inceleme, şerit kenar boşluklarını, azaltılmış sistem gecikmesini, üstün RAS yeteneklerini, hizmet aygıtları için genişletilmiş etiketleri ve kredileri, ek şerit ve bant genişliği için ölçeklenebilirliği, platform entegrasyonunu ve gelişmiş G / Ç sanallaştırmasını içerir.

PCI ve PCI Express arasındaki farklar

• PCI bir veri yolu, PCI Express ise noktadan noktaya seri bir bağlantıdır, yani yalnızca iki cihazı bağlar; başka hiçbir cihaz bu bağlantıyı paylaşamaz. Standart PCI yuvaları kullanan bir anakartta, tüm PCI aygıtları PCI veriyoluna bağlanır ve aynı veri yolunu paylaşır, böylece bir darboğaz meydana gelebilir (yani, performansta bir düşüş cihaz aynı anda veri iletmek istiyor). PCI Express yuvalarına sahip bir anakartta, her PCI Express yuvası, bu şeridi (veri yolu) diğer PCI Express yuvalarıyla paylaşmadan, özel bir şerit kullanarak anakart üzerindeki yonga setine bağlanır. Ayrıca, ağ sürücüleri, SATA ve USB gibi anakarta yerleşik aygıtlar tipik olarak özel PCI Express bağlantıları kullanarak anakart yonga setine bağlanır PCI ve diğer tüm genişletme yuvaları paralel iletişim kullanır, PCI Express yüksek hızlı seri iletişime dayanırken, PCI Express bağlantı noktası daha yüksek bant genişliği bağlantıları oluşturmak için birlikte gruplandırılabilen ayrı şeritlere dayanır. PCI Express bağlantısının açıklamasını izleyen “x”, bağlantının kullandığı şerit sayısını ifade eder.

Aşağıda, PC için var olan genişletme yuvalarının ana özelliklerinin karşılaştırmalı bir tablosu bulunmaktadır.

oluk	izle	Bit sayısı	Saat döngüsü başına veri	Bant genişliği
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 (tipik olarak 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 / sn
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

PCI Express bağlantı noktasında veri aktarımı

PCI Express bağlantısı, çevrebirim aygıtlarının bilgisayarla iletişim kurma biçiminde olağanüstü bir ilerlemeyi temsil eder.

PCI veri yolundan birçok yönden farklıdır, ancak en önemlisi verilerin aktarılma şeklidir.

PCI Express bağlantısı, veri aktarımını paralel iletişimden seri iletişime taşıma eğilimine başka bir örnektir. Seri iletişim kullanan diğer yaygın arabirimler USB, Ethernet (ağ) ve SATA ve SAS'tır (depolama).

PCI Express'ten önce, tüm PC veriyolları ve genişletme yuvaları paralel iletişim kullandı. Paralel iletişimde, veri yoluna aynı anda, paralel olarak birkaç bit aktarılır.

Seri iletişimde, saat döngüsü başına veri yoluna yalnızca bir bit aktarılır. İlk başta, paralel iletişimi seri iletişimden daha hızlı hale getirir, çünkü bir kerede iletilen bit sayısı ne kadar yüksek olursa iletişim o kadar hızlı olur.

Bununla birlikte, paralel iletişim, şanzımanların daha yüksek saat hızlarına ulaşmasını engelleyen bazı sorunlardan muzdariptir. Saat ne kadar yüksek olursa elektromanyetik parazit (EMI) ve yayılma gecikmesi ile ilgili sorunlar o kadar büyük olur.

Elektrik akımı bir kablodan geçtiğinde, çevresinde bir elektromanyetik alan oluşturulur. Bu alan, bitişik kablodaki elektrik akımını indükleyerek ilettiği bilgiyi bozabilir.

Daha önce tartıştığımız gibi, her paralel iletişim biti ayrı bir kablo üzerinden iletilir, ancak bu 32 kabloyu bir anakart üzerinde tam olarak aynı uzunlukta yapmak neredeyse imkansızdır. Daha yüksek saat hızlarında, daha kısa kablolar üzerinden iletilen veriler, daha uzun kablolar üzerinden iletilen verilerden daha erken gelir.

Yani, paralel iletişimdeki bitler geç gelebilir. Sonuç olarak, alıcı cihaz, tüm verilerin işlenmesi için önemli bir performans kaybını temsil eden tüm bitlerin gelmesini beklemelidir. Bu sorun yayılma gecikmesi olarak bilinir ve artan saat frekanslarıyla daha da kötüleşir.

Seri iletişim kullanan bir veri yolu projesinin uygulanması, veri iletimi için daha az kablo gerektiğinden paralel iletişim kullanan bir veri yolunun projesinden daha kolaydır.

Tipik bir seri iletişimde dört kablo gereklidir: ikisi veri iletmek ve ikisi almak için, genellikle iptal veya diferansiyel iletim adı verilen bir anti-elektromanyetik girişim tekniği ile. İptal durumunda, aynı sinyal iki kabloya iletilirken, ikinci kablo orijinal sinyale kıyasla “yansıyan” sinyali (ters polarite) iletir.

Elektromanyetik parazitlere karşı daha fazla bağışıklık sağlamanın yanı sıra, seri iletişimde yayılma gecikmeleri yaşanmaz. Bu şekilde, paralel iletişimden daha yüksek saat frekanslarına daha kolay ulaşabilirler.

Paralel iletişim ve seri iletişim arasındaki bir diğer çok önemli fark, paralel iletişimin uygulanması için gerekli olan çok sayıda kablo nedeniyle genellikle yarı çift yönlü olmasıdır (veri iletmek ve almak için aynı kablolar kullanılır).

Seri iletişim tam çift yönlüdür (veri iletmek için ayrı bir kablo seti ve veri almak için başka bir kablo seti vardır) çünkü her yönde yalnızca iki kabloya ihtiyacınız vardır. Yarı çift yönlü iletişimde, iki cihaz aynı anda birbiriyle konuşamaz; biri ya da diğeri veri iletiyor. Tam çift yönlü iletişim ile her iki cihaz da aynı anda veri iletiyor olabilir.

Bunlar mühendislerin PCI Express bağlantı noktasıyla paralel iletişim yerine seri iletişimi benimsemelerinin ana nedenleridir.

Seri iletişim daha yavaş mı?

Neyi karşılaştırdığınıza bağlıdır. Saat döngüsü başına 32 bit ileten paralel 33 MHz iletişimini karşılaştırırsanız, her seferinde yalnızca bir bit ileten 33 MHz seri iletişimden 32 kat daha hızlı olacaktır.

Bununla birlikte, aynı paralel iletişimi çok daha yüksek bir saat frekansında çalışan bir seri iletişim ile karşılaştırırsanız, seri iletişim aslında çok daha hızlı olabilir.

133 MB / s (33 MHz x 32 bit) olan orijinal PCI veri yolunun bant genişliğini, PCI Express bağlantısıyla (250 MB / s, 2) elde edilebilecek en düşük bant genişliği ile karşılaştırın., 5 GHz x 1 bit).

Seri iletişimin her zaman paralel iletişimden daha yavaş olduğu düşüncesi, "seri bağlantı noktası" ve "paralel bağlantı noktası" adı verilen bağlantı noktaları olan eski bilgisayarlardan gelir.

O zaman, paralel port seri porttan çok daha hızlıydı. Bunun nedeni, bu bağlantı noktalarının uygulanma biçimiydi. Bu, seri iletişimin her zaman paralel iletişimden daha yavaş olduğu anlamına gelmez.

Yuvalar ve grafik kartları

PCI Express özelliği, yuvaya bağlanan şerit sayısına bağlı olarak yuvaların farklı fiziksel boyutlara sahip olmasını sağlar.

Bu, anakart için gereken alanın boyutunu azaltır. Örneğin, x1 bağlantılı bir yuva gerekiyorsa, anakart üreticisi daha küçük bir yuva kullanabilir ve anakartta yer tasarrufu sağlayabilir.

Birçok anakartta x8, x4 ve hatta x1 raylara bağlı x16 yuva bulunur. Daha büyük oluklar ile fiziksel boyutlarının gerçekten hızlarına uyup uymadığını bilmek önemlidir. Ayrıca, bazı makineler şeritleri paylaşıldığında yavaşlayabilir.

En yaygın senaryo, iki veya daha fazla x16 yuvalı anakartlardadır. Birden çok anakartla, ilk iki x16 yuvasını PCI Express denetleyicisine bağlayan yalnızca 16 şerit vardır. Bu, tek bir ekran kartı taktığınızda, kullanılabilir x16 bant genişliğine sahip olacağı, ancak iki ekran kartı taktığınızda, her ekran kartının her birinde x8 bant genişliği olacağı anlamına gelir.

Anakart el kitabı bu bilgileri sağlamalıdır. Ancak pratik bir ipucu, kaç kişiniz olduğunu görmek için yuvanın içine bakmaktır.

Bir PCI Express x16 yuvasındaki kontakları olması gerekenin yarısını keserseniz, bu yuva fiziksel olarak bir x16 yuvası iken, aslında sekiz şeride (x8) sahip olduğu anlamına gelir. Bu aynı yuva ile, kontak sayısının olması gerekenin dörtte birine düştüğünü görüyorsanız, aslında sadece dört şeridi (x4) olan bir x16 yuvası görüyorsunuz.

Tüm anakart üreticilerinin bu prosedürü takip etmediğini anlamak önemlidir; bazıları daha az sayıda şeride bağlı olmasına rağmen tüm kontakları kullanır. En iyi tavsiye, doğru bilgi için anakart kılavuzuna bakmanızdır.

Mümkün olan en yüksek performansı elde etmek için, hem genişletme kartının hem de PCI Express bağlantı noktasının aynı revizyonda olması gerekir. Bir PCI Express 2.0 ekran kartınız varsa ve PCI Express 3.0 bağlantı noktasına sahip bir sisteme yüklüyorsanız, bant genişliğini PCI Express 2.0 ile sınırlandırıyorsunuz demektir. PCI Express 1.0 denetleyicisine sahip eski bir sistemde yüklü olan aynı ekran kartı, PCI Express 1.0'ın bant genişliği ile sınırlı olacaktır.

Kullanımlar ve faydalar

PCIe ile, veri merkezi yöneticileri sunucu anakartlarında yüksek hızlı ağdan yararlanabilir ve sunucu rafı dışındaki Gigabit Ethernet, RAID ve Infiniband ağ teknolojilerine bağlanabilir. PCIe veri yolu ayrıca HyperTransport kullanarak kümelenmiş bilgisayarlar arasında bağlantılara izin verir.

Dizüstü bilgisayarlar ve mobil aygıtlar için, kablosuz ağ bağdaştırıcılarını, SSD disk depolama alanını ve diğer performans hızlandırıcılarını bağlamak için PCI-e mini kartlar kullanılır.

Okumanızı öneririz:

Harici PCI Express (ePCIe), anakartı harici bir PCIe arabirimine bağlamanızı sağlar. Çoğu durumda, tasarımcılar bilgisayar alışılmadık derecede çok sayıda PCIe bağlantı noktası gerektirdiğinde ePCIe kullanır.