Чому PCI Express Ports на моїх материнських платах різних розмірів? Пояснено x16, x8, x4 і x1

Стандарт PCI Express є однією з головних елементів сучасних обчислювальних машин, а слот на більш-менш кожному настільному комп'ютері, створений за останнє десятиліття. Але характер з'єднання дещо туманний: на новому комп'ютері можна побачити півдюжини портів у трьох або чотирьох різних розмірах, всі вони позначені як "PCIE" або PCI-E. Ви насправді використовуєте?

Розуміння шини PCI Express Bus

Як оновлення до початкової системи PCI (Peripheral Component Interconnect), PCI Express мав одну величезну перевагу, коли він був спочатку розроблений на початку 2000-х: він використовував шину доступу точка-точка замість послідовної шини. Це означало, що кожен окремий порт PCI та його встановлені карти могли б повністю скористатися їхньою максимальною швидкістю, без кількох карт або розширень, які були б забиті в одній шині..

PCI Express замінив старий стандартний слот PCI. Ця материнська плата підтримує обидва: PCIE x16 у синьому, PCIE x1 у чорному та PCI у бежевому.

З точки зору неспеціаліста, уявіть свій настільний ПК як ресторан. Старий стандарт PCI був схожий на гастрономію, кожен чекав в одному рядку, щоб отримати подання, при цьому швидкість обслуговування обмежувалася однією людиною за прилавком. PCI-E більше схожий на бар, кожен покровитель сидить у призначеному місці, з кількома барменами, які приймають замовлення кожного. (Добре, так що ніколи не можна отримати бармена до кожного патрона відразу, але давайте прикинемо, що це справді чудовий бар.) З виділеними смугами передачі даних для кожної плати розширення або периферії, весь комп'ютер може швидше отримати доступ до компонентів і аксесуарів..

Тепер, щоб розширити нашу гастрономічну / барну метафору, уявіть, що деякі з цих місць мають декілька барменів, зарезервованих тільки для них. Ось тут ідея декількох смуг.

Життя у швидких провулках

PCI-E пройшла багаторазову ревізію з моменту свого створення; в даний час нові материнські плати, як правило, використовують версію 3 стандарту, причому більш швидка версія 4 стає все більш поширеною, а версія 5, як очікується, потрапить у 2019 році. : x1, x4, x8 і x16. (Порти x32 існують, але надзвичайно рідкісні і взагалі не видно на споживчому апаратному забезпеченні.)

Карти різного розміру підтримують різні максимальні смуги PCI-Express.

Різні фізичні розміри дозволяють використовувати різну кількість одночасних з'єднань даних на материнській платі: чим більше порт, тим більше максимальних з'єднань на карті і порту. Ці з'єднання розмовно відомі як "смуги", причому кожна смуга PCI-E складається з двох сигнальних пар, одна для передачі даних, а інша для прийому даних. Різні модифікації стандарту PCI-E дозволяють різними швидкостями на кожній смузі. Але, загалом кажучи, чим більше смуг є на одному PCI-E порту, так і на підключеній картці, швидше дані можуть протікати між периферією та іншою частиною комп'ютерної системи..

Повертаючись до нашої метафори бар: якщо ви уявляєте кожного патрона, що сидить у барі як пристрій PCI-E, то смуга x1 буде єдиним барменом, який обслуговує одного клієнта. Але покровитель, що сидить на призначеному місці "x4", матиме чотири Бармени приносять йому напої та продовольство, та “x8” місце мало би вісім barmenders тільки для її напою, та один у “x16” місці би мав whopping шістнадцять бармен тільки для нього. А тепер ми перестанемо говорити про бари та бармени, тому що наші бідні метафоричні п'ють в небезпеці отруєння алкоголем.

Які периферійні пристрої використовують які порти?

Для звичайної версії PCI Express версії 3.0 максимальна швидкість передачі даних на одну смугу - вісім гігатетрансфер, термін, який означає "всі дані та електронні витрати одночасно." У реальному світі швидкість для PCI-E ревізії 3 є трохи менше одного гігабайта на секунду, на смугу.

Таким чином, пристрій, який використовує порт PCI-E x1, як звукова карта малої потужності або антена Wi-Fi, може передавати дані на решту комп'ютера приблизно на 1 ГБ / с. Картка, яка піднімається до фізично більшого слота x4 або x8, як і карта розширення USB 3.0, може передавати дані чотири або вісім разів швидше, і це потрібно буде, якщо більше двох із цих портів USB використовувалися максимально швидкість передачі. Порти PCI-E x16 з теоретичним максимумом близько 15 Гб / с при ревізії 3.0 використовуються майже для всіх сучасних відеокарт, розроблених NVIDIA і AMD.

Більшість дискретних відеокарт використовують повнорозмірний слот PCI-E x16.

Не існує жодного набору керівних принципів, для яких карти розширення використовують кількість смуг. Графічні картки, як правило, використовують x16 лише для максимальної передачі даних, але, очевидно, вам не потрібна мережева карта для використання порту x16 і шістнадцяти повних смуг, коли порт Ethernet здатний лише передавати дані на один гігабіт в секунду ( близько восьмої пропускної здатності однієї смуги пам'яті PCI-E, вісім бітів до байта). Є невелика кількість встановлених на PCI-E твердотільних накопичувачів, які віддають перевагу порту x4, але вони, здається, швидко наздогнали новий стандарт M.2, який також може використовувати шину PCI-E. Високопродуктивні мережеві картки та обладнання для ентузіастів, наприклад адаптери та контролери RAID, використовують суміш форматів x4 та x8.

Пам'ятайте: Розмір порту PCI-E і смуги не можуть бути однаковими

Ось одна з більш заплутаних частин PCI-E-налаштування: порт може бути розміром з x16-карткою, але достатньо лише смуг даних для чогось набагато менш швидкого, як x4. Це пов'язано з тим, що в той час як PCI-E може вмістити в собі в основному необмежену кількість індивідуальних з'єднань, все ще існує практична межа пропускної спроможності смуги чіпсету. Дешевші материнські плати з більш орієнтованими на бюджетні чіпсети можуть досягати лише одного слота x8, навіть якщо цей слот може фізично розмістити x16 карту. Тим часом материнські плати "gamer" включатимуть до чотирьох PCI-E слотів x16 і x16-lines для максимальної сумісності GPU. (Про це ми детальніше обговоримо тут.)

Ця материнська плата для ентузіастів включає п'ять повнорозмірних слотів PCI-E x16, але лише два з них мають повні 16 смуг передачі даних, інші - x8 і x4.

Очевидно, це може викликати проблеми. Якщо ваша материнська плата має два слоти розміром x16, але одна з них має лише x4 доріжки, то підключення нової графічної карти до неправильного гнізда може призвести до перевантаження її продуктивності на 75%. Це, звичайно, теоретичний результат: архітектура материнських плат означає, що ви не побачите такого різкого зниження. Справа в тому, що потрібна картка повинна йти в правильний слот.

На щастя, пропускна спроможність конкретних PCI-слотів, як правило, викладена в посібнику комп'ютера або материнської плати, причому ілюстрація того, який слот має потенціал. Якщо у вас немає інструкції, кількість смуг, як правило, записано на друкованій платі материнської плати поряд з портом, так:

Етикетки на цих портах показують доступні смуги: порт x1 зверху має одну смугу, але порт x16 нижче має лише чотири, незважаючи на фізичний розмір. PCIEX1_2 означає, що це другий x1 порт на материнській платі.

Крім того, коротша карта x1 або x4 може фізично вписатися в довший слот x8 або x16: початкова конфігурація електричних контактів робить її сумісною. Картка може бути трохи вільніше фізично, але при вкручуванні в слоти розширення корпусу ПК вона більш ніж достатньо міцна. Природно, якщо контакти карти фізично більше, ніж слот, його не можна вставити.

Тому пам'ятайте, що при покупці карт розширення або оновлення для слотів PCI Express, необхідно пам'ятати про розмір і рейтинг смуги доступних портів.

Зображення: Newegg, Amazon