Dlaczego porty PCI Express na mojej płycie głównej różnią się rozmiarem? x16, x8, x4 i x1 Objaśnienie

Standard PCI Express jest jednym ze zszywek nowoczesnej technologii komputerowej, z mniejszą lub większą ilością komputerów stacjonarnych wyprodukowanych w ostatnim dziesięcioleciu. Ale natura połączenia jest nieco mglista: na nowym komputerze można zobaczyć pół tuzina portów w trzech lub czterech różnych rozmiarach, wszystkie oznaczone jako "PCIE" lub PCI-E. "Dlaczego więc zamieszanie i które z nich mogą faktycznie używasz?

Zrozumienie magistrali PCI Express

Jako upgrade do oryginalnego systemu PCI (Peripheral Component Interconnect), PCI Express miał jedną ogromną zaletę, gdy został pierwotnie opracowany na początku 2000 roku: używał magistrali dostępowej punkt-punkt zamiast szyny szeregowej. Oznaczało to, że każdy pojedynczy port PCI i zainstalowane przez niego karty mogły w pełni wykorzystać swoją maksymalną prędkość, bez blokowania wielu kart lub rozszerzeń w jednej magistrali.

PCI Express zastąpił starszy standard gniazda PCI. Ta płyta główna obsługuje zarówno: PCIE x16 w kolorze niebieskim, PCIE x1 w kolorze czarnym, jak i PCI w kolorze beżowym.

W kategoriach laika wyobraź sobie komputer stacjonarny jako restaurację. Stary standard PCI był jak delikatesy, każdy czekający w jednej linii, aby zostać obsłużonym, z prędkością usługi ograniczoną przez jedną osobę przy kasie. PCI-E jest bardziej jak bar, każdy patron siedzi w wyznaczonym miejscu, a wielu barmanów bierze od razu wszystkie zamówienia. (Okej, więc nigdy nie jest możliwe, aby od razu otrzymać barmana dla każdego patrona, ale udawajmy, że to naprawdę świetny pasek.) Dzięki dedykowanym pasom danych dla każdej karty rozszerzenia lub urządzenia peryferyjnego, cały komputer może szybciej uzyskać dostęp do komponentów i akcesoriów.

Teraz, aby rozszerzyć naszą metaforę deli / bar, wyobraź sobie, że niektóre z tych miejsc mają wielu barmanów zarezerwowanych tylko dla nich. I tu pojawia się pomysł wielu pasów.

Życie w Fast Lanes

PCI-E przeszedł wiele wersji od samego początku; obecnie nowe płyty główne zazwyczaj korzystają z wersji 3 standardu, a szybsza wersja 4 staje się coraz bardziej powszechna, a wersja 5 ma trafić w 2019 r. Jednak różne wersje używają tych samych fizycznych połączeń, a te połączenia mogą mieć cztery podstawowe rozmiary : x1, x4, x8 i x16. (Porty x32 istnieją, ale są niezwykle rzadkie i na ogół nie są widoczne na sprzęcie konsumenckim).

Karty o różnych rozmiarach obsługują różne maksymalne pasy PCI-Express.

Różne rozmiary fizyczne pozwalają na różną liczbę jednoczesnych połączeń pinów danych z płytą główną: im większy port, tym więcej połączeń na karcie i porcie. Połączenia te są potocznie nazywane "liniami", przy czym każda linia PCI-E składa się z dwóch par sygnalizacyjnych, jedna do przesyłania danych, a druga do odbierania danych. Różne wersje standardu PCI-E pozwalają na różne prędkości na każdej linii. Ale ogólnie rzecz biorąc, im więcej pasów znajduje się na jednym porcie PCI-E i podłączonej karcie, tym szybciej dane mogą przepływać między peryferiami a resztą systemu komputerowego.

Wracając do naszej metafory barowej: jeśli wyobrażacie sobie, że każdy patron siedzi przy barze jako urządzenie PCI-E, to pas x1 byłby pojedynczym barmanem obsługującym jednego klienta. Ale patron siedział na przydzielonym miejscu "x4" cztery barmani przynoszą mu drinki i jedzenie, a miejsce "x8" miało ośmiu barmanów tylko dla swoich drinków, a ten w fotelu "x16" miałby tylko dla niego szesnaście barmanów. A teraz przestaniemy rozmawiać o barach i barmanach, ponieważ nasi biedni metaforyczni pijący są w niebezpieczeństwie zatrucia alkoholowego.

Jakie urządzenia peryferyjne używają które porty?

W przypadku wspólnej wersji PCI Express z wersją 3.0 maksymalna szybkość transmisji danych dla poszczególnych linii wynosi osiem gigatransferów, co oznacza "wszystkie dane i narzut elektroniczny na raz." W ​​prawdziwym świecie szybkość 3 wersji PCI-E wynosi trochę mniej niż jeden gigabajt na sekundę na pas.

Urządzenie, które korzysta z portu PCI-E x1, takie jak karta dźwiękowa małej mocy lub antena Wi-Fi, może przesyłać dane do reszty komputera z prędkością około 1 GB / s. Karta, która podskakuje do fizycznie większego gniazda x4 lub x8, jak karta rozszerzeń USB 3.0, może przesyłać dane cztery lub osiem razy szybciej - i musiałaby, gdyby więcej niż dwa z tych portów USB były używane w maksymalnym stopniu Szybkość transmisji. Porty PCI-E x16, z teoretyczną maksymalną mocą około 15 GBps w wersji 3.0, są używane do prawie wszystkich nowoczesnych kart graficznych zaprojektowanych przez NVIDIA i AMD.

Większość oddzielnych kart graficznych używa pełnego gniazda PCI-E x16.

Nie ma żadnych ustalonych wytycznych, dla których karty rozszerzeń będą wykorzystywać określoną liczbę pasów. Karty graficzne mają tendencję do używania x16 tylko ze względu na maksymalny transfer danych, ale oczywiście nie potrzebujesz karty sieciowej do korzystania z portu x16 i szesnastu pełnych pasów, gdy port Ethernet jest w stanie przesyłać dane z prędkością jednego gigabita na sekundę ( około jednej ósmej przepustowości jednego pasma PCI-E - pamiętaj o ośmiu bitach do bajtu). Istnieje niewielka liczba dysków półprzewodnikowych montowanych na PCI-E, które preferują port x4, ale wydaje się, że zostały one szybko wyprzedane przez nowy standard M.2, który może również wykorzystywać magistralę PCI-E. Wysokiej klasy karty sieciowe i sprzęt dla entuzjastów, takie jak adaptery i kontrolery RAID, wykorzystują kombinację formatów x4 i x8.

Pamiętaj: Rozmiar portu PCI-E i pasma mogą nie być takie same

Oto jedna z bardziej mylących części konfiguracji PCI-E: port może być wielkości karty x16, ale ma tylko tyle pasów danych na coś znacznie mniej szybkiego, jak na przykład x4. Dzieje się tak, ponieważ podczas gdy PCI-E może zasadniczo obsługiwać nieograniczoną ilość pojedynczych połączeń, wciąż istnieje praktyczne ograniczenie przepustowości chipsetu. Tańsze płyty główne z bardziej budżetowymi chipsetami mogą sięgać tylko do jednego gniazda x8, nawet jeśli to gniazdo może fizycznie pomieścić kartę x16. W międzyczasie, płyty główne "graczy" będą zawierać do czterech pełnych slotów x16 i x16-lane PCI-E dla maksymalnej zgodności z GPU. (Omówiliśmy to bardziej szczegółowo tutaj.)

Ta entuzjastyczna płyta główna zawiera pięć pełnowymiarowych slotów PCI-E x16, ale tylko dwa z nich mają pełne 16 pasów danych - pozostałe to x8 i x4.

Oczywiście może to powodować problemy. Jeśli twoja płyta główna ma dwa gniazda o rozmiarze x16, ale jeden z nich ma tylko pasy x4, to podłączenie twojej nowej, fantazyjnej karty graficznej do niewłaściwego gniazda może zmniejszyć jego wydajność o 75%. To oczywiście teoretyczny wynik: architektura płyt głównych oznacza, że ​​nie widać tak dramatycznego spadku. Chodzi o to, że właściwa karta musi iść w odpowiednim gnieździe.

Na szczęście pojemność poszczególnych slotów PCI jest na ogół opisana w instrukcji komputera lub płyty głównej, z ilustracją tego, która z nich ma taką pojemność. Jeśli nie posiadasz instrukcji obsługi, liczba pasów jest zwykle zapisana na płytce PCB płyty głównej obok portu, na przykład:

Etykiety na tych portach pokazują dostępne pasy: port x1 na górze ma jeden pas, ale port x16 poniżej ma tylko cztery, pomimo swojego fizycznego rozmiaru. PCIEX1_2 oznacza, że ​​jest to drugi port x1 na płycie głównej.

Ponadto, krótsza karta x1 lub x4 może fizycznie wpasować się w dłuższą szczelinę x8 lub x16: początkowa konfiguracja styków elektrycznych czyni ją kompatybilną. Karta może być nieco luźna fizycznie, ale po przykręceniu jej do gniazd rozszerzeń w etui na komputer, jest więcej niż wystarczająco solidna. Oczywiście, jeśli styki karty są fizycznie większe od gniazda, nie można go włożyć.

Pamiętaj więc, że przy zakupie kart rozszerzeń lub rozszerzeń na sloty PCI Express należy pamiętać zarówno o wielkości, jak io pasie dostępnych portów.

Image credit: Newegg, Amazon