Почему порты PCI Express на моей материнской плате имеют разные размеры? x16, x8, x4 и x1 объяснено

Стандарт PCI Express является одним из основных элементов современных вычислительных систем, поскольку в последние десять лет на каждом настольном компьютере имеется слот. Но характер соединения несколько туманный: на новом ПК вы можете увидеть полдюжины портов трех или четырех разных размеров, все помечены как «PCIE» или PCI-E ». Так почему путаница, и какие из них могут вы на самом деле используете?

Понимание шины PCI Express

В качестве обновления до оригинальной системы PCI (Peripheral Component Interconnect) система PCI Express имела одно огромное преимущество, когда она была первоначально разработана в начале 2000-х годов: она использовала шину доступа точка-точка вместо последовательной шины. Это означало, что каждый отдельный порт PCI и его установленные карты могли в полной мере использовать свою максимальную скорость, без необходимости засорять несколько карт или расширений в одной шине..

PCI Express заменил старый стандарт слотов PCI. Эта материнская плата поддерживает как PCIE x16 синего цвета, PCIE x1 черного цвета, так и PCI бежевого цвета..

С точки зрения непрофессионала, представьте свой настольный ПК как ресторан. Старый стандарт PCI был похож на гастроном, все ждали одной очереди, а скорость обслуживания была ограничена одним человеком за стойкой. PCI-E больше походит на бар, каждый патрон сидит на назначенном месте, с несколькими барменами, принимающими заказ каждого сразу. (Ладно, так что никогда не получается сразу связать бармена с каждым посетителем, но давайте представим, что это действительно отличная полоса.) Благодаря выделенным полосам данных для каждой платы расширения или периферийного устройства весь компьютер может быстрее получать доступ к компонентам и аксессуарам.

Теперь, чтобы расширить нашу метафору гастронома / бара, представьте, что для некоторых из этих мест несколько барменов зарезервированы только для них. Вот тут и возникает идея нескольких полос.

Жизнь на быстрых переулках

PCI-E претерпел множество изменений с момента его создания; в настоящее время новые материнские платы обычно используют версию 3 стандарта, причем более быстрая версия 4 становится все более распространенной, а версия 5 ожидается в 2019 году. Но все разные ревизии используют одни и те же физические соединения, и эти соединения могут быть четырех основных размеров. : x1, x4, x8 и x16. (Существуют порты x32, но они встречаются крайне редко и, как правило, не встречаются на потребительском оборудовании.)

Карты разных размеров поддерживают разные максимальные линии PCI-Express.

Разные физические размеры допускают разное количество одновременных подключений данных к материнской плате: чем больше порт, тем больше максимальное количество подключений к карте и порту. Эти соединения в разговорной речи называются «полосами», причем каждая полоса PCI-E состоит из двух сигнальных пар: одна для отправки данных, а другая для приема данных. Различные версии стандарта PCI-E допускают разные скорости на каждой полосе. Но, вообще говоря, чем больше линий на одном порту PCI-E и его подключенной карте, тем быстрее данные могут передаваться между периферийным устройством и остальной частью компьютерной системы..

Возвращаясь к метафоре нашего бара: если вы представляете, что каждый посетитель, сидящий за барной стойкой, является устройством PCI-E, то полоса x1 будет одним барменом, обслуживающим одного клиента. Но патрон, сидящий в назначенном месте «х4», имел бы четыре бармены приносили ему напитки и еду, и на сиденье «х8» было бы восемь барменов только для ее напитков, а на сиденье «х16» были бы колоссальные шестнадцать барменов только для него. И теперь мы перестанем говорить о барах и барменах, потому что наши бедные метафорические пьющие находятся в опасности отравления алкоголем.

Какие периферийные устройства используют какие порты?

Для версии PCI Express с обычной версией 3.0 максимальная скорость передачи данных на каждую полосу составляет восемь гигатрансферов, термин, который означает «все данные и электронные издержки одновременно». В реальном мире скорость для PCI-E ревизии 3 составляет чуть меньше одного гигабайта в секунду на полосу.

Таким образом, устройство, использующее порт PCI-E x1, такое как звуковая карта с низким энергопотреблением или антенна Wi-Fi, может передавать данные на остальную часть компьютера со скоростью примерно 1 Гбит / с. Карта, которая имеет физически больший слот x4 или x8, например, карта расширения USB 3.0, может передавать данные в четыре или восемь раз быстрее, и это необходимо, если бы более двух из этих портов USB использовались по максимуму Скорость передачи. Порты PCI-E x16 с теоретическим максимумом около 15 Гбит / с в версии 3.0 используются почти для всех современных видеокарт, разработанных NVIDIA и AMD..

Большинство дискретных графических карт используют полный слот PCI-E x16.

Не существует каких-либо установленных правил, по которым карты расширения будут использовать количество линий. Графические карты, как правило, используют x16 только для максимальной передачи данных, но, очевидно, вам не нужна сетевая карта для использования порта x16 и шестнадцати полных линий, когда его порт Ethernet способен передавать данные только со скоростью один гигабит в секунду ( примерно одна восьмая пропускной способности одного PCI-E, запомните, восемь бит на байт). Существует небольшое количество твердотельных накопителей, установленных на PCI-E, которые предпочитают порт x4, но, похоже, они быстро обогнали новый стандарт M.2, который также может использовать шину PCI-E. Высококачественные сетевые карты и оборудование для энтузиастов, такие как адаптеры и контроллеры RAID, используют сочетание форматов x4 и x8..

Помните: размер порта PCI-E и полосы могут не совпадать

Вот одна из наиболее запутанных частей настройки PCI-E: порт может быть размером с карту x16, но иметь только полосы данных для чего-то гораздо более быстрого, например, x4. Это связано с тем, что, хотя PCI-E может обслуживать практически неограниченное количество отдельных соединений, практическое ограничение пропускной способности чипсета все же остается. Более дешевые материнские платы с более бюджетными чипсетами могут занимать только один слот x8, даже если этот слот физически может вместить карту x16. В то же время материнские платы «для геймеров» будут иметь до четырех полных разъемов PCI-E размера x16 и x16 для максимальной совместимости с графическим процессором. (Мы обсудим это более подробно здесь.)

Эта материнская плата для энтузиастов включает пять полноразмерных слотов PCI-E x16, но только два из них имеют полные 16 линий передачи данных, остальные x8 и x4.

Очевидно, что это может вызвать проблемы. Если у вашей материнской платы есть два слота размером x16, но в одном из них есть только дорожки x4, то подключение новой модной видеокарты в неправильный слот может снизить ее производительность на 75%. Конечно, это теоретический результат: архитектура материнских плат означает, что вы не увидите такого резкого спада. Дело в том, что нужная карта должна быть в нужном слоте.

К счастью, пропускная способность отдельных PCI-слотов обычно указывается в руководстве к компьютеру или материнской плате, с иллюстрацией того, какой слот имеет какую емкость. Если у вас нет руководства, количество дорожек обычно записывается на печатной плате материнской платы рядом с портом, например, так:

Метки на этих портах показывают доступные полосы: порт x1 сверху имеет одну полосу, а порт x16 внизу имеет только четыре, несмотря на свой физический размер. PCIEX1_2 означает, что это второй порт x1 на материнской плате.

Кроме того, более короткая карта x1 или x4 может физически поместиться в более длинный слот x8 или x16: первоначальная конфигурация контактов электрических контактов делает ее совместимой. Карта может быть немного ослаблена физически, но если ее прикрутить на место в слотах расширения корпуса ПК, она более чем достаточно крепкая. Естественно, если контакты карты физически больше, чем слот, она не может быть вставлена.

Итак, помните, что при покупке карт расширения или обновления для слотов PCI Express необходимо учитывать как размер, так и рейтинг полосы доступных портов..

Изображение предоставлено: Newegg, Amazon