PCI Express چیست

PCI Express چیست

امروزه اسلات PCIe به شکل‌های مختلف روی مادربوردها دیده می‌شود و بسیار پرکاربرد است. اسلات‌های PCIe و کارت‌های جانبی می‌بایست به درستی انتخاب و نصب شوند. در این بخش به مقایسه PCIe با PCI و AGP می‌پردازیم.

اسلات کارت گرافیک در مادربوردهای قدیمی AGP نام داشته که خود دارای نسخه‌های مختلف است می‌شود. PCI هم اسلات دیگری برای اتصال سایر کارت‌ها بود. هر دو اسلات در مادربوردهای امروزی، کمتر و کمتر دیده می‌شوند و شاید به ندرت مادربوردی حرفه‌ای مجهز به یکی از این دو اسلات در بازار پیدا کنید.

PCI Express که گاهاً PCIe هم نوشته می‌شود، جایگزین اسلات PCI است. معمولاً PCI Express را در مورد کارت‌ها به کار می‌بریم و PCIe را برای اشاره به اسلات‌های مربوطه روی مادربورد استفاده می‌کنیم. PCIe و PCI به کلی متفاوت هستند اما هدف هر دو، اتصال کارت‌های جانبی است.

در واقع PCI مخفف Peripheral Component Interconnet و به معنی رابط اجزای جانبی است. اگر یادتان باشد، چند سال پیش در سرهم کردن یک کیس ، مودم‌های دیال‌آپ به صورت کارت‌های جداگانه روی مادربورد نصب می‌شد که نمونه‌ی ساده‌ای از کاربرد PCI بود.

در گذشته اسلات PCI روی مادربوردها برای اتصال لوازم جانبی در نظر گرفته می‌شد اما امروزه PCI Express جایگزین آن شده و اتصال لوازم جانبی مختلف مثل مودم، کارت‌های پیشرفته‌ی پردازش صدا، کارت‌های شبکه با سرعت بالا، کارت‌هایی برای اضافه کردن پورت‌های یو‌اس‌بی و ای‌ساتا و حتی اخیراً درایوهای حالت جامد، به راحتی صورت می‌گیرد.

PCI و AGP، دو باس قدیمی با ارتباط موازی

PCI قدیمی در حالت استاندارد خود با سرعت باس 33 مگاهرتز، پهنای باندی برابر با 133 مگابایت در ثانیه ارایه می‌کرد. در حالت سریع هم، به جای استفاده از باس 32 بیتی، از باس 64 بیتی و با سرعت 66 مگاهرتز استفاده می‌شد و لذا پهنای باند به 533 مگابایت در ثانیه ختم می‌شد. دقت کنید که محاسبه‌ی سرعت باس عادی از حاصلضرب 33 مگاهرتز در 32 بیت معادل 4 بایت به دست می‌آید که برابر با 133 مگاهرتز است.

سرعت PCI عدد کوچکی  نیست اما لازمه‌ی پیشرفت، افزایش سرعت واسط‌هاست. تنها افزایش سرعت مشکل را حل نمی‌کند، به توان بیشتر و ارتباط بهینه‌تر با سایر اجزاء هم نیاز است. در جدول زیر مشخصات را بررسی کنید.

اسلات‌های PCI با دو ولتاژ 3.3 و 5 ولت کار می‌کردند و از آن گذشته، کارت‌های PCI به دو شکل 32 یا 64 بیتی طراحی می‌شوند. بنابراین با 4 حالت مختلف سر و کار داریم که از نظر ظاهر کاملاً مشخص هستند.

با چنین تنوعی، کارت‌های و وسایل جانبی باید در اسلات صحیح قرار داده می‌شد. کارتی که قرار است با برق 3.3 ولت مشغول به کار شود، نباید در اسلات 5 ولتی قرار بگیرد و کارت 5 ولتی هم  می‌بایست در اسلات 5 ولتی نصب شود. به تصویر زیر توجه کنید تا با شکل و شمایل اسلات‌های مختلف آشنا شوید، برای شناسایی نوع کارت تنها باید به طول و محل شیار توجه کرد:

در ضمن کارت‌های Universal یا عمومی که در تصویر فوق مشاهده می‌کنید، روی هر دو اسلات 3.3 یا 5 ولت، قابل نصب و استفاده هستند. این نوع کارت‌ها نسبت به مدل‌های مشابه خود، یک شیار اضافی دارند تا روی هر دو اسلات 3.3 و 5 ولت، قابل استفاده باشند.

نمونه‌ی 32 بیتی یک کارت Universal:

و نمونه‌ی 64 بیتی آن:

شیار اضافی در انتهای سمت راست، کارت 5 ولتی را مشخص می‌کند و شیار سمت چپ، کارت 3.3 ولتی را. مدل Universal هر دو شیار را دارد.

خوشبختانه اسلات 64 بیتی، با کارت‌های 32 بیتی سازگاری دارد اما برعکس آن درست نیست، به این معنی که اصلاً نمی‌توان کارت طویل‌تر 64 بیتی را در اسلات کوچک 32 بیتی قرار داد.

امروزه بیشتر مادربوردها اسلات قدیمی PCI را فراموش کرده‌اند چرا که دوران آن سپری شده ولیکن هنوز هم برخی مادربوردها چنین اسلاتی را دارند

با توجه به تصویر فوق، اسلات‌های مادربورد قدیمی زیر، نسخه‌ی 32 بیتی PCI هستند و ولتاژ کاری هر سه نیز، 5 ولت است:

PCI Express، باس جدید با ارتباط سریال

در سال 2004، نسخه‌ی جدید PCI یعنی PCI Express معرفی شد. تفاوت بزرگی بین نسخه‌ی جدید که یک باس سریال یا سری است با نسخه‌ی قدیمی به عنوان یک باس Parallel یا موازی وجود دارد.

در معماری قدیمی، تمام وسایل با خطوط داده، آدرس و کنترل مشترک به باس ارتباطی متصل می‌شدند. اما در نسخه‌ی جدید باس سریال است و هر ابزار به صورت جداگانه با یک یا چند مسیر ارتباطی (Lane) به ریشه‌ی پیچیده مرتبط می‌شود. بخش ارتباطی Root Complex یا ریشه‌ی پیچیده نام دارد که ارتباط پردازنده را با سوییچ‌های ارتباطی وسایل جانبی برقرار می‌کند.

در تصویر زیر، معماری سریال PCI Express، ابزار 1 و 2 را به سوییچ و باس مربوط کرده در حالی که در ارتباط موازی PCI، هر سه ابزار با هم و در نهایت با باس ارتباطی رابطه دارند.

همین تفاوت بزرگ، سرعت کلی باس PCI را به کمترین سرعتی که ابزارهای متصل شده دارند، محدود می‌کند. مثلاً اگر تمام ابزارها 66 مگاهرتزی باشند و تنها یکی از آنها 33 مگاهرتزی باشد، سرعت همه به 33 مگاهرتز محدود می‌شود. محدودیت سرعت به خاطر مشترک بودن تمام خطوط ارتباطی است. اما در نسخه‌ی جدید، باس به صورت سریال و البته فول-داپلکس یا دوجهته‌ی کامل است و لذا هر یک از وسایل متصل شده، از مسیر اختصاصی خود با سرعت دلخواه به ریشه‌ی پیچیده وصل می‌شود. حالت سریال در یک سیکل کلاک، تعداد بیت‌های کمتری را جابجا می‌کند اما با فرکانس‌های بالا مشکل چندانی ندارد و سرعت آن در مجموع بسیار بالاتر است.

در مجموع سرعت PCIe بسیار بالاتر از PCI قدیمی است و خبری از پین‌های متعدد نیست. به عنوان مثال کارت گرافیکGeForce 7300 GT انویدیا که در شکل زیر نشان داده شده، واسط x1 پی‌سی‌آی اکسپرس دارد و با همین واسط کوچک، سرعت ارتباطی لازم را ارایه می‌کند.

اما اگر از اسلات AGP که قبل از دوران PCI Express به عنوان یک واسط موازی  و البته سریع‌تر از PCI برای کارت‌های گرافیکی مطرح بود، استفاده کنیم، ظاهر کارت گرافیک به شکل زیر تغییر می‌کند:

سرعت باس نسخه‌های مختلف PCIe را در ادامه بررسی می‌کنیم اما جالب است که در مقایسه با سرعت 33 یا 66 مگاهرتزی PCI به مراتب بیشتر است. مشکل PCI در موازی بودن معماری ارتباطی خلاصه می‌شود که اجازه‌ی دستیابی به سرعت‌های بالاتر را نمی‌دهد.

از بررسی AGP که روی مادربوردهای 8 سال پیش دیده می‌شود، صرف‌نظر می‌کنیم چرا که دوران آن سپری شده است. اما بد نیست بدانید که باسی موازی با سرعت 66 مگاهرتز است که با تغییرات صورت گرفته، پهنای باند آن برای نصب کارت گرافیک‌های سریع، افزایش یافته است اما در قیاس با PCI Express حرفی برای گفتن ندارد.

مفهوم لینک، ارتباط بینابین و مسیر در PCI Express

وسایل جانبی که برای اسلات‌های PCIe طراحی شده‌اند، از ارتباطی منطقی به نام لینک یا Interconncet به معنی ارتباط بینابین استفاده می‌کنند. معماری پی‌سی‌آی اکسپرس، یک معماری نقطه به نقطه است به این معنی که هر یک از وسایل می‌تواند با دیگر وسایل رابطه برقرار کند.

در تصویر فوق، هر سه کارت پی‌سی‌آی اکسپرس از طریق سوییچ میانی، به هم مربوط می‌شوند.

اما در PCI قدیمی، ارتباط موازی راه را برای حالت نقطه به نقطه بسته است و سه کارت اشاره شده، می‌بایست در ابتدا با هم هماهنگ شده و در نهایت به باس ارتباطی متصل می‌شدند. پهنای باند کمی که PCI داشت هم بین سه کارت به صورت مشترک استفاده می‌شود و این یعنی سرعت کمتر.

هر ارتباط بینابین از طریق یک یا چند مسیر (Lane) صورت می‌گیرد. با یک مسیر در یک سیکل کلاک، می‌توان 1 بیت داده را در یک جهت جابجا کرد. هر چه مسیرها بیشتر باشند، سرعت ارتباط بالاتر خواهد بود. مثلاً ممکن است کارت گرافیکی را به اسلات 16 مسیره متصل کرده باشد که کنار آن عبارت x16 درج شده است. منظور این است که اسلات مورد نظر، نهایتاً از ارتباط 16 مسیره پشتیبانی می‌کند.

در تصویر زیر مثال اول ارتباط فول-داپلکس تنها با یک مسیر یا Lane را به تصویر کشیده است. تصویر حالت دوم x2 یا دو مسیره است. سومین حالت هم x12 است:

هر لینک ارتباطی ممکن است با 1 الی 32 مسیر فعالیت کند. یکی از نکات مثبت پی‌سی‌آی اکسپرس این است که اگر ابزاری که تنها به یک مسیر نیاز دارد و به عبارت دیگر x1 است را در اسلات x4 قرار دهید، مشکلی ایجاد نمی‌شود چرا که ارتباطات چند مسیر، در شروع کار و راه‌اندازی ارتباط، اطلاعاتی برای تنظیم تعداد مسیرها رد و بدل می‌شود تا در نهایت هر تعداد مسیر که لازم و کافی است، فعال شود.

منبع:zoomit