Standard PCI Express jest jednym z podstawowych elementów nowoczesnego komputera, z gniazdem w mniej więcej każdym komputerze stacjonarnym wyprodukowanym w ciągu ostatniej dekady. Ale natura połączenia jest nieco mglista: na nowym komputerze możesz zobaczyć pół tuzina portów w trzech lub czterech różnych rozmiarach, wszystkie oznaczone jako „PCIE” lub PCI-E”. Skąd więc zamieszanie i które z nich można właściwie wykorzystać?
Zrozumienie magistrali PCI Express
Jako uaktualnienie do oryginalnego systemu PCI (Peripheral Component Interconnect), PCI Express miał jedną ogromną zaletę, gdy został pierwotnie opracowany na początku XXI wieku: używał magistrali dostępowej punkt-punkt zamiast magistrali szeregowej. Oznaczało to, że każdy pojedynczy port PCI i zainstalowane na nim karty mogły w pełni wykorzystać swoją maksymalną prędkość, bez zablokowania wielu kart lub rozszerzeń w jednej magistrali.
W kategoriach laika wyobraź sobie swój komputer stacjonarny jako restaurację. Stary standard PCI był jak delikatesy, wszyscy czekali w jednej linii, aby zostać obsłużonym, a szybkość obsługi była ograniczona przez jedną osobę przy kasie. PCI-E jest bardziej jak bar, każdy klient siedzi na wyznaczonym miejscu, a wielu barmanów przyjmuje od wszystkich zamówienia na raz. (Ok, więc nigdy nie da się od razu znaleźć barmana dla każdego klienta, ale załóżmy, że to naprawdę świetny bar). Dzięki dedykowanym torom danych dla każdej karty rozszerzeń lub urządzenia peryferyjnego, cały komputer może szybciej uzyskać dostęp do komponentów i akcesoriów.
Teraz, aby rozszerzyć naszą metaforę delikatesów/barów, wyobraź sobie, że niektóre z tych miejsc mają wielu barmanów zarezerwowanych tylko dla nich. W tym miejscu pojawia się pomysł wielu pasów.
Życie na szybkich pasach
PCI-E przeszło wiele zmian od samego początku; obecnie nowe płyty główne zazwyczaj używają wersji 3 standardu, przy czym szybsza wersja 4 staje się coraz bardziej powszechna, a wersja 5 ma trafić w 2019 r. Ale wszystkie różne wersje wykorzystują te same połączenia fizyczne, a te połączenia mogą mieć cztery podstawowe rozmiary: x1, x4, x8 i x16. (porty x32 istnieją, ale są niezwykle rzadkie i zazwyczaj nie występują w sprzęcie konsumenckim).
Różne rozmiary fizyczne pozwalają na różną liczbę jednoczesnych połączeń pinów danych z płytą główną: im większy port, tym więcej maksymalnych połączeń na karcie i porcie. Połączenia te są potocznie nazywane „pasami”, przy czym każda linia PCI-E składa się z dwóch par sygnalizacyjnych, jednej do wysyłania danych, a drugiej do odbierania danych. Różne wersje standardu PCI-E pozwalają na różne prędkości na każdej linii. Ale ogólnie rzecz biorąc, im więcej linii znajduje się na pojedynczym porcie PCI-E i podłączonej do niego karcie, tym szybciej dane mogą przepływać między urządzeniem peryferyjnym a resztą systemu komputerowego.
Wracając do naszej metafory baru: jeśli wyobrazisz sobie każdego klienta siedzącego przy barze jako urządzenie PCI-E, to linia x1 byłaby pojedynczym barmanem obsługującym jednego klienta. Ale patron siedzący na wyznaczonym miejscu „x4” miałbyczterybarmani przynoszący mu napoje i jedzenie, a miejsce „x8” miałoby ośmiu barmanów tylko dla jej drinków, a ten na miejscu „x16” miałby aż szesnastu barmanów tylko dla niego. A teraz przestaniemy mówić o barach i barmanach, bo naszym biednym metaforycznym pijakom grozi zatrucie alkoholem.
Jakie urządzenia peryferyjne używają jakich portów?
W przypadku wspólnej wersji 3.0 PCI Express maksymalna szybkość transmisji danych na linię wynosi osiem gigatransferów, co oznacza „wszystkie dane i obciążenie elektroniczne jednocześnie”. W prawdziwym świecie prędkość 3 wersji PCI-E wynosi nieco mniej niż jeden gigabajt na sekundę na linię.
Tak więc urządzenie korzystające z portu PCI-E x1, takie jak karta dźwiękowa o niskim poborze mocy lub antena Wi-Fi, może przesyłać dane do reszty komputera z szybkością około 1 GB/s. Karta, która podskakuje do fizycznie większego gniazda x4 lub x8, taka jak karta rozszerzeń USB 3.0, może przesyłać dane cztery lub osiem razy szybciej — i musiałaby to zrobić, gdyby więcej niż dwa z tych portów USB były używane w maksymalnym stopniu Szybkość transmisji. Porty PCI-E x16, z teoretyczną wartością maksymalną około 15 GB/s w wersji 3.0, są używane w prawie wszystkich nowoczesnych kartach graficznych zaprojektowanych przez NVIDIA i AMD.
Nie ma żadnych ustalonych wytycznych, dla których karty rozszerzeń będą wykorzystywać jaką liczbę linii. Karty graficzne zwykle używają x16 tylko ze względu na maksymalny transfer danych, ale oczywiście nie potrzebujesz karty sieciowej, aby korzystać z portu x16 i szesnastu pełnych linii, gdy port Ethernet jest w stanie przesyłać dane tylko z prędkością jednego gigabita na sekundę ( około jednej ósmej przepustowości jednej linii PCI-E — pamiętaj, osiem bitów na bajt). Istnieje niewielka liczba dysków półprzewodnikowych montowanych na PCI-E, które preferują port x4, ale wydaje się, że zostały one szybko wyprzedzone przez nowy standard M.2, który może również korzystać z magistrali PCI-E.Wysokiej klasy karty sieciowe oraz sprzęt dla entuzjastów, taki jak adaptery i kontrolery RAID, wykorzystują mieszankę formatów x4 i x8.
Pamiętaj: rozmiar portu PCI-E i linie mogą nie być takie same
Oto jedna z bardziej mylących części konfiguracji PCI-E: port może być wielkości karty x16, ale ma wystarczającą ilość pasów danych tylko dla czegoś znacznie mniej szybkiego, takiego jak x4. Dzieje się tak, ponieważ podczas gdy PCI-E może pomieścić w zasadzie nieograniczoną liczbę indywidualnych połączeń, nadal istnieje praktyczny limit przepustowości toru chipsetu. Tańsze płyty główne z bardziej budżetowymi chipsetami mogą sięgać tylko do jednego gniazda x8, nawet jeśli to gniazdo może fizycznie pomieścić kartę x16. Tymczasem płyty główne „dla graczy” będą zawierać do czterech pełnych gniazd PCI-E o rozmiarze x16 i x16-lane, zapewniających maksymalną kompatybilność z procesorami graficznymi. (Omówimy to bardziej szczegółowo tutaj.)
Oczywiście może to powodować problemy. Jeśli twoja płyta główna ma dwa gniazda o rozmiarze x16, ale jedno z nich ma tylko linie x4, podłączenie nowej karty graficznej do niewłaściwego gniazda może zmniejszyć jej wydajność o 75%. To oczywiście wynik teoretyczny: architektura płyt głównych oznacza, że nie zobaczysz tak dramatycznego spadku. Chodzi o to, że właściwa karta musi trafić we właściwe miejsce.
Na szczęście pojemność poszczególnych gniazd PCI jest zwykle podana w instrukcji obsługi komputera lub płyty głównej, wraz z ilustracją, które gniazdo ma daną pojemność. Jeśli nie masz instrukcji, liczba linii jest ogólnie zapisana na płytce drukowanej płyty głównej obok portu, na przykład:
Również krótsza karta x1 lub x4 może fizycznie zmieści się w dłuższym gnieździe x8 lub x16: początkowa konfiguracja pinów styków elektrycznych zapewnia kompatybilność. Karta może być trochę poluzowana fizycznie, ale po przykręceniu w gniazdach rozszerzeń obudowy komputera PC jest więcej niż wystarczająco wytrzymała. Oczywiście, jeśli styki karty są fizycznie większe niż gniazdo, nie można jej włożyć.
Pamiętaj więc, kupując karty rozszerzeń lub uaktualnienia do gniazd PCI Express, musisz mieć na uwadze zarówno rozmiar, jak i ocenę linii dostępnych portów.