▷ Pci Express

Derzeit wird PCI Express als häufigster verfügbarer Erweiterungssteckplatz bezeichnet. In diesem Artikel erfahren Sie alles, was Sie über diese Art von Verbindung wissen müssen: ihre Anfänge, ihre Funktionsweise, Versionen, Steckplätze und vieles mehr.

Seit dem ersten PC, der 1981 veröffentlicht wurde, verfügt das Team über Erweiterungssteckplätze, in denen zusätzliche Karten installiert werden können, um Funktionen hinzuzufügen, die auf dem Motherboard des Teams nicht verfügbar sind. Bevor wir über den PCI Express- Port sprechen, sollten wir uns ein wenig mit der Geschichte der PC- Erweiterungssteckplätze und ihren Hauptherausforderungen befassen, damit Sie verstehen, was den PCI Express-Port anders macht.

Inhaltsverzeichnis

Arten von Erweiterungssteckplätzen

Nachfolgend sind die häufigsten Arten von Erweiterungssteckplätzen aufgeführt, die im Laufe der Geschichte für den PC freigegeben wurden:

• ISA (Standard Industrial Architecture) MCA (Mikrokanalarchitektur) 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)

Im Allgemeinen werden neue Arten von Erweiterungssteckplätzen freigegeben, wenn sich herausstellt, dass die verfügbaren Steckplatztypen für bestimmte Anwendungen zu langsam sind. Beispielsweise hatte der ursprüngliche ISA-Steckplatz, der auf dem ursprünglichen IBM PC und auf dem IBM XT PC und seinen Klonen verfügbar war, eine maximale theoretische Übertragungsrate (d. H. Bandbreite) von nur 4, 77 MB / s.

Die 16-Bit-Version von ISA, die 1984 mit dem IBM PC AT veröffentlicht wurde, verdoppelte die verfügbare Bandbreite fast auf 8 MB / s, aber diese Zahl war selbst zu dieser Zeit für Anwendungen mit hoher Bandbreite wie Video extrem niedrig..

Später veröffentlichte IBM den MCA-Steckplatz für seine PS / 2-Computer, und da er urheberrechtlich geschützt war, konnten andere Hersteller ihn nur verwenden, wenn sie mit IBM ein Lizenzierungsschema eingingen, was nur fünf Unternehmen taten (Tandy), Aprikosen, Dell, Olivetti und Forschungsmaschinen).

Daher waren die MCA-Steckplätze auf einige PC-Modelle dieser Marken beschränkt. Neun PC-Hersteller kamen zusammen, um den EISA-Steckplatz zu erstellen, der jedoch aus zwei Gründen nicht erfolgreich war.

Erstens wurde die Kompatibilität mit dem ursprünglichen ISA-Steckplatz beibehalten, sodass die Taktrate dieselbe war wie die des 16-Bit-ISA-Steckplatzes.

Zweitens umfasste die Allianz keine Motherboard-Hersteller, so dass nur wenige Unternehmen Zugang zu diesem Steckplatz hatten, so wie es beim MCA-Steckplatz der Fall war.

Der erste echte Highspeed-Slot, der veröffentlicht wurde, war die VLB. Die höchste Geschwindigkeit wurde erreicht, indem der Steckplatz mit dem lokalen CPU-Bus, dh mit dem externen CPU-Bus, verbunden wurde.

Auf diese Weise lief der Steckplatz mit der gleichen Geschwindigkeit wie der externe Bus der CPU, der der schnellste auf dem PC verfügbare Bus ist.

Die meisten CPUs verwendeten zu dieser Zeit eine externe Taktrate von 33 MHz, aber auch CPUs mit externen Taktraten von 25 MHz und 40 MHz waren verfügbar.

Das Problem mit diesem Bus war, dass er speziell für den lokalen Bus von Prozessoren der Klasse 486 entwickelt wurde. Als der Pentium-Prozessor freigegeben wurde, war er nicht mit diesem kompatibel, da er einen lokalen Bus mit unterschiedlichen Spezifikationen verwendete (externe Taktfrequenz von 66 MHz) anstelle von 33 MHz und 64-Bit-Datenübertragungen anstelle von 32-Bit).

Die erste branchenweite Lösung erschien 1992, als Intel die Branche dazu veranlasste, den ultimativen Erweiterungssteckplatz, die PCI, zu schaffen.

Später schlossen sich andere Unternehmen der Allianz an, die heute als PCI-SIG (PCI Special Interest Group) bekannt ist. Die PCI-SIG ist für die Standardisierung der PCI-, PCI-X- und PCI Express-Steckplätze verantwortlich.

Was sind PCI Express-Ports?

Der PCI Express, kurz für PCI-E oder PCIe, ist die neueste Entwicklung des klassischen PCI-Busses und ermöglicht das Hinzufügen von Erweiterungskarten zum Computer.

Im Gegensatz zu PCI, das parallel ist, handelt es sich um eine lokale serielle Schnittstelle, die von Intel entwickelt wurde und 2004 erstmals auf dem 915P-Chipsatz eingeführt wurde.

Wir können PCI Express-Busse in verschiedenen Versionen finden; Es gibt Versionen 1, 2, 4, 8, 12, 16 und 32 Fahrspuren.

Beispielsweise beträgt die Übertragungsgeschwindigkeit eines 8-spurigen (x8) PCI Express-Systems 2 GB / s (250 x 8). Der PCI Express ermöglicht Datenraten von 250 MB / s bis 8 GB / s in Version 1.1. Version 3.0 erlaubt 1 GB / s (tatsächlich 985 MB) pro Spur, während 2.0 nur 500 MB / s zulässt.

Wozu dienen die PCI Express-Ports?

Dieser neue Bus dient zum Verbinden der Erweiterungskarten mit dem Motherboard und soll alle internen Erweiterungsbusse eines PCs ersetzen, einschließlich der PCI und der AGP (die AGP ist vollständig verschwunden, die klassische PCI widersteht jedoch weiterhin)..

PCI, PCI-X und PCI Express

Übrigens fällt es einigen Benutzern schwer, zwischen PCI, PCI-X und PCI Express („PCIe“) zu unterscheiden. Obwohl diese Namen ähnlich sind, beziehen sie sich auf völlig unterschiedliche Technologien.

Die PCI ist ein plattformunabhängiger Bus, der über einen Bridge-Chip (Bridge, der Teil des Motherboard-Chipsatzes ist) mit dem System verbunden ist. Jedes Mal, wenn eine neue CPU freigegeben wird, können Sie denselben PCI-Bus weiterhin verwenden, indem Sie den Bridge-Chip neu entwerfen, anstatt den Bus neu zu gestalten. Dies war die Norm, bevor der PCI-Bus erstellt wurde.

Obwohl andere Konfigurationen theoretisch möglich waren, war die häufigste Implementierung des PCI-Busses ein 33-MHz-Takt mit einem 32-Bit-Datenpfad, der eine Bandbreite von 133 MB / s ermöglichte.

Der PCI-X- Port ist eine Version des PCI-Busses, der bei höheren Taktfrequenzen und mit breiteren Datenpfaden für Server-Motherboards arbeitet und eine höhere Bandbreite für Geräte erzielt, die mehr Geschwindigkeit erfordern, wie z. B. Speicherkarten. High-End-Netzwerk- und RAID-Controller.

Als sich herausstellte, dass der PCI-Bus für High-End-Grafikkarten zu langsam war, wurde der AGP-Steckplatz entwickelt. Dieser Steckplatz wurde ausschließlich für Grafikkarten verwendet.

Schließlich entwickelte die PCI-SIG eine Verbindung namens PCI Express. Trotz seines Namens unterscheidet sich der PCI Express-Port grundlegend vom PCI-Bus.

Verschiedene PCI Express Busse

• PCI Express 1x mit einer Leistung von 250 MBit / s ist auf allen aktuellen Motherboards in ein oder zwei Kopien vorhanden. PCI Express 2x mit einer Leistung von 500 MBit / s ist weniger erweitert und für Server reserviert. PCI Express 4x mit einer Leistung von 1000 MBit / s / s ist auch für Server reserviert. Der PCI Express 16x mit einer Geschwindigkeit von 4000 MBit / s ist weit verbreitet, in allen modernen Grafikkarten vorhanden und das Standardformat von Grafikkarten. Der PCI Express 32x-Port mit einer Leistung von 8000 Mbit / s haben das gleiche Format wie PCI Express 16x und werden häufig auf High-End-Motherboards zur Stromversorgung von SLI- oder Crossfire-Bussen verwendet. Die Referenzen dieser Motherboards haben oft die Erwähnung "32". Dies ermöglicht zwei 16-spurige verkabelte PCI Express-Ports im Gegensatz zu herkömmlichen SLIs, die in 2 x 8 Lanes oder Basic Crossfire verkabelt sind und in 1 × 16 + 1 × 4 Lanes verkabelt sind. Diese Motherboards zeichnen sich auch durch das Vorhandensein einer zusätzlichen Südbrücke aus, die nur dem 32x-Bus gewidmet ist.

Die PCI-SIG kündigte den PCI Express in Version 4.0 an und bietet im Vergleich zu Version 3.0 die doppelte Bandbreite pro Spur.

Diese Überprüfung umfasst Spurränder, reduzierte Systemlatenz, überlegene RAS-Funktionen, erweiterte Labels und Gutschriften für Servicegeräte, Skalierbarkeit für zusätzliche Spuren und Bandbreite, Plattformintegration und verbesserte E / A-Virtualisierung.

Unterschiede zwischen PCI und PCI Express

• PCI ist ein Bus, während PCI Express eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist, dh nur zwei Geräte verbindet. Kein anderes Gerät kann diese Verbindung freigeben. Nur um zu verdeutlichen, dass auf einem Motherboard, das Standard-PCI-Steckplätze verwendet, alle PCI-Geräte an den PCI-Bus angeschlossen sind und denselben Datenpfad verwenden, sodass ein Engpass auftreten kann (d. H. Eine Leistungsminderung aufgrund von mehr Gerät möchte gleichzeitig Daten übertragen). Auf einem Motherboard mit PCI Express- Steckplätzen ist jeder PCI Express-Steckplatz über eine dedizierte Spur mit dem Chipsatz auf dem Motherboard verbunden, ohne diese Spur (Datenpfad) mit anderen PCI Express-Steckplätzen zu teilen. Im Motherboard integrierte Geräte wie Netzwerktreiber, SATA und USB werden normalerweise über dedizierte PCI Express-Verbindungen mit dem Motherboard-Chipsatz verbunden. PCI und alle anderen Arten von Erweiterungssteckplätzen verwenden parallele Kommunikation. Während PCI Express auf serieller Hochgeschwindigkeitskommunikation basiert, basiert der PCI Express-Port auf einzelnen Lanes, die zu Verbindungen mit höherer Bandbreite zusammengefasst werden können. Das "x" nach der Beschreibung einer PCI Express-Verbindung bezieht sich auf die Anzahl der von der Verbindung verwendeten Lanes.

Nachfolgend finden Sie eine Vergleichstabelle der wichtigsten Spezifikationen der für den PC vorhandenen Erweiterungssteckplätze.

Groove	Uhr	Anzahl der Bits	Daten pro Taktzyklus	Bandbreite
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 (normalerweise 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 / 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

Datenübertragung am PCI Express-Port

Die PCI Express-Verbindung stellt einen außerordentlichen Fortschritt in der Art und Weise dar, wie Peripheriegeräte mit dem Computer kommunizieren.

Es unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht vom PCI-Bus, aber das wichtigste ist die Art und Weise, wie Daten übertragen werden.

Die PCI Express-Verbindung ist ein weiteres Beispiel für den Trend, die Datenübertragung von der parallelen Kommunikation zur seriellen Kommunikation zu migrieren. Andere gängige Schnittstellen, die serielle Kommunikation verwenden, sind USB, Ethernet (Netzwerk) sowie SATA und SAS (Speicher).

Vor PCI Express verwendeten alle PC-Busse und Erweiterungssteckplätze parallele Kommunikation. Bei der parallelen Kommunikation werden mehrere Bits gleichzeitig parallel im Datenpfad übertragen.

Bei der seriellen Kommunikation wird pro Taktzyklus nur ein Bit im Datenpfad übertragen. Dies macht die parallele Kommunikation zunächst schneller als die serielle Kommunikation, da die Kommunikation umso schneller ist, je höher die Anzahl der gleichzeitig übertragenen Bits ist.

Die parallele Kommunikation weist jedoch einige Probleme auf, die verhindern, dass Übertragungen höhere Taktraten erreichen. Je höher der Takt, desto größer sind die Probleme mit elektromagnetischen Störungen (EMI) und Ausbreitungsverzögerungen.

Wenn elektrischer Strom durch ein Kabel fließt, wird ein elektromagnetisches Feld um dieses herum erzeugt. Dieses Feld kann elektrischen Strom im benachbarten Kabel induzieren und die von ihm übertragenen Informationen verfälschen.

Wie bereits erwähnt, wird jedes parallele Kommunikationsbit über ein separates Kabel übertragen, aber es ist fast unmöglich, diese 32 Kabel auf einem Motherboard genau gleich lang zu machen. Bei höheren Taktraten kommen Daten, die über kürzere Kabel übertragen werden, früher an als Daten, die über längere Kabel übertragen werden.

Das heißt, die Bits in der parallelen Kommunikation können spät ankommen. Infolgedessen muss das empfangende Gerät auf das Eintreffen aller Bits warten, um die vollständigen Daten zu verarbeiten, was einen erheblichen Leistungsverlust darstellt. Dieses Problem ist als Ausbreitungsverzögerung bekannt und wird mit zunehmenden Taktfrequenzen noch verstärkt.

Das Projekt eines Busses mit serieller Kommunikation ist einfacher zu implementieren als das eines Busses mit paralleler Kommunikation, da zur Datenübertragung weniger Kabel benötigt werden.

Bei einer typischen seriellen Kommunikation werden vier Kabel benötigt: zwei zum Senden von Daten und zwei zum Empfangen, normalerweise mit einer antielektromagnetischen Interferenztechnik, die als Löschung oder differentielle Übertragung bezeichnet wird. Im Falle einer Löschung wird dasselbe Signal auf zwei Kabeln übertragen, während das zweite Kabel das "reflektierte" Signal (umgekehrte Polarität) im Vergleich zum ursprünglichen Signal überträgt.

Die serielle Kommunikation bietet nicht nur eine größere Störfestigkeit gegen elektromagnetische Störungen, sondern auch keine Ausbreitungsverzögerungen. Auf diese Weise können sie leichter höhere Taktfrequenzen erreichen als parallele Kommunikation.

Ein weiterer sehr wichtiger Unterschied zwischen paralleler und serieller Kommunikation besteht darin, dass die parallele Kommunikation aufgrund der hohen Anzahl von Kabeln, die für ihre Implementierung erforderlich sind, normalerweise Halbduplex ist (dieselben Kabel werden zum Senden und Empfangen von Daten verwendet).

Die serielle Kommunikation erfolgt im Vollduplex-Modus (es gibt einen separaten Kabelsatz zum Senden von Daten und einen weiteren Kabelsatz zum Empfangen von Daten), da Sie nur zwei Kabel in jede Richtung benötigen. Bei der Halbduplex-Kommunikation können nicht zwei Geräte gleichzeitig miteinander sprechen. der eine oder andere überträgt Daten. Bei der Vollduplex-Kommunikation können beide Geräte gleichzeitig Daten übertragen.

Dies sind die Hauptgründe, warum Ingenieure die serielle Kommunikation anstelle der parallelen Kommunikation mit dem PCI Express-Port gewählt haben.

Ist die serielle Kommunikation langsamer?

Es hängt davon ab, was Sie vergleichen. Wenn Sie eine parallele 33-MHz-Kommunikation vergleichen, die 32 Bit pro Taktzyklus überträgt, ist sie 32-mal schneller als eine serielle 33-MHz-Kommunikation, die jeweils nur ein Bit überträgt.

Wenn Sie jedoch dieselbe parallele Kommunikation mit einer seriellen Kommunikation vergleichen, die mit einer viel höheren Taktfrequenz ausgeführt wird, kann die serielle Kommunikation tatsächlich viel schneller sein.

Vergleichen Sie einfach die Bandbreite des ursprünglichen PCI-Busses, die 133 MB / s (33 MHz x 32 Bit) beträgt, mit der niedrigsten Bandbreite, die mit einer PCI Express-Verbindung erreicht werden kann (250 MB / s, 2) 5 GHz x 1 Bit).

Die Vorstellung, dass die serielle Kommunikation immer langsamer ist als die parallele Kommunikation, stammt von älteren Computern, deren Ports als "serielle Schnittstelle" und "parallele Schnittstelle" bezeichnet wurden.

Zu dieser Zeit war die parallele Schnittstelle viel schneller als die serielle Schnittstelle. Dies lag an der Art und Weise, wie diese Ports implementiert wurden. Dies bedeutet nicht, dass die serielle Kommunikation immer langsamer ist als die parallele Kommunikation.

Steckplätze und Grafikkarten

Die PCI Express-Spezifikation ermöglicht es Slots, je nach Anzahl der mit dem Slot verbundenen Lanes unterschiedliche physische Größen zu haben.

Dies reduziert den Platzbedarf auf dem Motherboard. Wenn beispielsweise ein Steckplatz mit einer x1-Verbindung erforderlich ist, kann der Motherboard-Hersteller einen kleineren Steckplatz verwenden, um Platz auf dem Motherboard zu sparen.

Viele Motherboards verfügen über x16-Steckplätze, die mit x8-, x4- oder sogar x1-Schienen verbunden sind. Bei größeren Rillen ist es wichtig zu wissen, ob ihre physischen Größen wirklich ihren Geschwindigkeiten entsprechen. Einige Maschinen können auch langsamer werden, wenn ihre Fahrspuren gemeinsam genutzt werden.

Das häufigste Szenario sind Motherboards mit zwei oder mehr x16-Steckplätzen. Bei mehreren Motherboards gibt es nur 16 Lanes, die die ersten beiden x16-Steckplätze mit dem PCI Express-Controller verbinden. Dies bedeutet, dass bei der Installation einer einzelnen Grafikkarte eine x16-Bandbreite verfügbar ist. Wenn Sie jedoch zwei Grafikkarten installieren, verfügt jede Grafikkarte über eine x8-Bandbreite.

Das Motherboard-Handbuch sollte diese Informationen enthalten. Ein praktischer Tipp ist jedoch, in den Steckplatz zu schauen, um festzustellen, wie viele Kontakte Sie haben.

Wenn Sie sehen, dass die Kontakte in einem PCI Express x16-Steckplatz die Hälfte dessen abschneiden, was sie sein sollten, bedeutet dies, dass dieser Steckplatz zwar physisch ein x16-Steckplatz ist, aber tatsächlich acht Lanes (x8) hat. Wenn Sie mit demselben Steckplatz feststellen, dass die Anzahl der Kontakte auf ein Viertel der Anzahl der Kontakte reduziert ist, sehen Sie einen x16-Steckplatz mit nur vier Spuren (x4).

Es ist wichtig zu verstehen, dass nicht alle Motherboard-Hersteller dieses Verfahren befolgen. Einige verwenden immer noch alle Kontakte, obwohl der Steckplatz mit einer geringeren Anzahl von Spuren verbunden ist. Der beste Rat ist, das Motherboard-Handbuch auf die richtigen Informationen zu überprüfen.

Um die maximal mögliche Leistung zu erzielen, müssen sowohl die Erweiterungskarte als auch der PCI Express-Port dieselbe Version haben. Wenn Sie eine PCI Express 2.0-Grafikkarte besitzen und diese auf einem System mit einem PCI Express 3.0-Anschluss installieren, beschränken Sie die Bandbreite auf PCI Express 2.0. Dieselbe Grafikkarte, die in einem älteren System mit einem PCI Express 1.0-Controller installiert ist, ist auf die Bandbreite von PCI Express 1.0 beschränkt.

Nutzen und Nutzen

Mit PCIe können Administratoren von Rechenzentren das Hochgeschwindigkeitsnetzwerk auf Server-Motherboards nutzen und eine Verbindung zu Gigabit-Ethernet-, RAID- und Infiniband-Netzwerktechnologien außerhalb des Server-Racks herstellen. Der PCIe-Bus ermöglicht auch Verbindungen zwischen Clustercomputern mithilfe von HyperTransport.

Bei Laptops und Mobilgeräten werden PCI-e-Minikarten verwendet, um drahtlose Netzwerkadapter, SSD-Festplattenspeicher und andere Leistungsbeschleuniger zu verbinden.

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Mit externem PCI Express (ePCIe) können Sie das Motherboard an eine externe PCIe-Schnittstelle anschließen. In den meisten Fällen verwenden Designer ePCIe, wenn der Computer eine ungewöhnlich große Anzahl von PCIe-Ports benötigt.