▷ Pci express

Atualmente, o tipo mais comum de slot de expansão disponível é chamado PCI Express. Neste artigo, você aprenderá tudo o que precisa saber sobre esse tipo de conexão: seu início, como funciona, versões, slots e muito mais.

Desde o primeiro PC, lançado em 1981, a equipe possui slots de expansão onde placas adicionais podem ser instaladas para adicionar recursos não disponíveis na placa-mãe da equipe. Antes de falar sobre a porta PCI Express, devemos falar um pouco sobre o histórico dos slots de expansão para PC e seus principais desafios, para que você possa entender o que diferencia a porta PCI Express.

Índice de conteúdo

Tipos de slots de expansão

Listados abaixo estão os tipos mais comuns de slots de expansão lançados para o PC ao longo de sua história:

• ISA (Arquitetura Industrial Padrão) MCA (Arquitetura de Microcanal) EISA (Arquitetura Padrão Industrial Estendida) VLB (Barramento Local VESA) PCI (Interconexão de Componentes Periféricos) PCI-X (Interconexão de Componentes Periféricos Estendida) AGP (Porta Gráfica Acelerada) PCI Express (interconexão de componente periférico expresso)

Em geral, novos tipos de slots de expansão são liberados quando os tipos de slots disponíveis são mostrados muito lentos para certos aplicativos. Por exemplo, o slot ISA original disponível no IBM PC original e no IBM XT PC e seus clones tinha uma taxa de transferência teórica máxima (isto é, largura de banda) de apenas 4, 77 MB / s.

A versão de 16 bits do ISA, lançada com o IBM PC AT em 1984, quase dobrou a largura de banda disponível para 8 MB / s, mas esse número era extremamente baixo mesmo na época para aplicativos de alta largura de banda, como vídeo..

Mais tarde, a IBM lançou o slot MCA para sua linha de computadores PS / 2 e, como estava protegido por direitos autorais, outros fabricantes só poderiam usá-lo se entrassem em um esquema de licenciamento com a IBM, algo que apenas cinco empresas fizeram (Tandy, Damasco, Dell, Olivetti e máquinas de pesquisa).

Portanto, os slots MCA estavam limitados a alguns modelos de PC dessas marcas. Nove fabricantes de PCs se uniram para criar o slot EISA, mas não tiveram êxito por dois motivos.

Primeiro, ele manteve a compatibilidade com o slot ISA original, portanto sua taxa de clock era a mesma do slot ISA de 16 bits.

Segundo, a aliança não incluía fabricantes de placas-mãe, então poucas empresas tinham acesso a esse slot, assim como o slot MCA.

O primeiro slot real de alta velocidade lançado foi o VLB. A velocidade mais alta foi alcançada vinculando o slot ao barramento de CPU local, ou seja, ao barramento de CPU externo.

Dessa maneira, o slot rodava na mesma velocidade do barramento externo da CPU, que é o barramento mais rápido disponível no PC.

A maioria das CPUs da época usava uma velocidade de clock externa de 33 MHz, mas também estavam disponíveis CPUs com velocidades de clock externas de 25 MHz e 40 MHz.

O problema com este barramento era que ele foi projetado especificamente para o barramento local dos processadores da classe 486. Quando o processador Pentium foi lançado, ele era incompatível com ele, pois usava um barramento local com especificações diferentes (freqüência de clock externo de 66 MHz em vez de 33 MHz e transferências de dados de 64 bits em vez de 32 bits).

A primeira solução em todo o setor apareceu em 1992, quando a Intel levou o setor a criar o slot de expansão definitivo, o PCI.

Mais tarde, outras empresas aderiram à aliança, que hoje é conhecida como PCI-SIG (PCI Special Interest Group). O PCI-SIG é responsável pela padronização dos slots PCI, PCI-X e PCI Express.

O que são portas PCI Express

O PCI Express, abreviação de PCI-E ou PCIe, é a evolução mais recente do barramento PCI clássico e permite que placas de expansão sejam adicionadas ao computador.

É uma porta serial local, diferente da PCI, que é paralela e foi desenvolvida pela Intel, que a introduziu pela primeira vez em 2004, no chipset 915P.

Podemos encontrar barramentos PCI Express em várias versões; Existem versões 1, 2, 4, 8, 12, 16 e 32 pistas.

Por exemplo, a velocidade de transferência de um sistema PCI Express de 8 faixas (x8) é de 2 GB / s (250 x8). O PCI Express permite taxas de dados de 250 MB / sa 8 GB / s na versão 1.1. A versão 3.0 permite 1 GB / s (985 MB atualmente) por faixa, enquanto 2, 0 apenas 500 MB / s.

Para que servem as portas PCI Express?

Esse novo barramento é usado para conectar as placas de expansão à placa-mãe e visa substituir todos os barramentos de expansão internos de um PC, incluindo o PCI e o AGP (o AGP desapareceu completamente, mas o PCI clássico ainda resiste).

PCI, PCI-X e PCI Express

BTW, alguns usuários têm dificuldade em distinguir entre PCI, PCI-X e PCI Express ("PCIe"). Embora esses nomes sejam semelhantes, eles se referem a tecnologias completamente diferentes.

O PCI é um barramento independente de plataforma que se conecta ao sistema através de um chip bridge (bridge, que faz parte do chipset da placa-mãe). Toda vez que uma nova CPU é lançada, você pode continuar usando o mesmo barramento PCI redesenhando o chip bridge em vez de redesenhar o barramento, que era a norma antes da criação do barramento PCI.

Embora outras configurações fossem teoricamente possíveis, a implementação mais comum do barramento PCI foi com um relógio de 33 MHz com um caminho de dados de 32 bits, permitindo uma largura de banda de 133 MB / s.

A porta PCI-X é uma versão do barramento PCI que opera em frequências de clock mais altas e com caminhos de dados mais amplos para placas-mãe de servidores, alcançando maior largura de banda para dispositivos que exigem mais velocidade, como cartões de memória. rede high-end e controladores RAID.

Quando o barramento PCI ficou muito lento para placas de vídeo topo de linha, o slot AGP foi desenvolvido. Este slot foi usado exclusivamente para placas de vídeo.

Finalmente, o PCI-SIG desenvolveu uma conexão chamada PCI Express. Apesar do nome, a porta PCI Express funciona radicalmente diferente do barramento PCI.

Barramentos PCI Express diferentes

• O PCI Express 1x com desempenho de 250 Mb / s está presente em uma ou duas cópias em todas as placas-mãe atuais.O PCI Express 2x com desempenho de 500 Mb / s é menos estendido, reservado para servidores. PCI Express 4x com desempenho de 1000 Mb / s também é reservado para servidores.O PCI Express 16x com uma velocidade de 4000Mb / s é muito difundido, presente em todas as placas gráficas modernas e é o formato padrão de placas gráficas.A porta PCI Express 32x com desempenho de 8000 Mb / s é o mesmo formato que o PCI Express 16x e geralmente é usado em placas-mãe topo de linha para alimentar barramentos SLI ou Crossfire. As referências dessas placas-mãe costumam ter a menção "32". Isso permite duas portas PCI Express com 16 vias, ao contrário dos SLIs convencionais, com conexão em faixas 2 x 8 ou no Basic Crossfire, com conexão em faixas 1 × 16 + 1 × 4. Essas placas-mãe também são caracterizadas pela presença de uma ponte sul adicional, dedicada apenas ao barramento 32x.

O PCI-SIG anunciou o PCI Express na revisão 4.0, oferecendo o dobro da largura de banda por faixa em comparação à revisão 3.0.

Essa revisão inclui margens de pista, latência reduzida do sistema, recursos RAS superiores, etiquetas e créditos estendidos para dispositivos de serviço, escalabilidade para faixas e largura de banda adicionais, integração de plataforma e virtualização de E / S aprimorada.

Diferenças entre PCI e PCI Express

• O PCI é um barramento, enquanto o PCI Express é uma conexão ponto a ponto serial, ou seja, conecta apenas dois dispositivos; nenhum outro dispositivo pode compartilhar esta conexão. Apenas para esclarecer, em uma placa-mãe que usa slots PCI padrão, todos os dispositivos PCI são conectados ao barramento PCI e compartilham o mesmo caminho de dados; portanto, pode ocorrer um gargalo (ou seja, uma diminuição no desempenho, porque mais dispositivo deseja transmitir dados ao mesmo tempo). Em uma placa - mãe com slots PCI Express, cada slot PCI Express é conectado ao chipset na placa-mãe usando uma pista dedicada, não compartilhando essa pista (caminho de dados) com outros slots PCI Express. Além disso, os dispositivos integrados à placa-mãe, como drivers de rede, SATA e USB, geralmente se conectam ao chipset da placa-mãe usando conexões PCI Express dedicadas. O PCI e todos os outros tipos de slots de expansão usam comunicações paralelas, enquanto o PCI Express depende de comunicações seriais de alta velocidade, a porta PCI Express depende de faixas individuais, que podem ser agrupadas para criar conexões de largura de banda mais alta. O "x" que segue a descrição de uma conexão PCI Express refere-se ao número de faixas que a conexão usa.

Abaixo está uma tabela comparativa das principais especificações dos slots de expansão que existem para o PC.

Sulco	Relógio	Número de bits	Dados por ciclo de clock	Largura de banda
ISA	4, 77 MHz	8	1	4, 77 MB / s
ISA	8 MHz	16	0, 5	8 MB / s
MCA	5 MHz	16	1	10 MB / s
MCA	5 MHz	32.	1	20 MB / s
EISA	8.33 MHz	32.	1	33, 3 MB / s (16, 7 MB / s normalmente)
VLB	33 MHz	32.	1	133 MB / s
PCI	33 MHz	32.	1	133 MB / s
PCI-X 66	66 MHz	64	1	533 MB / s
PCI-X 133	133 MHz	64	1	1.066 MB / s
PCI-X 266	133 MHz	64	2	2.132 MB / s
PCI-X 533	133 MHz	64	4	4.266 MB / s
AGP x1	66 MHz	32.	1	266 MB / s
AGP x2	66 MHz	32.	2	533 MB / s
AGP x4	66 MHz	32.	4	1.066 MB / s
AGP x8	66 MHz	32.	8	2.133 MB / s
PCIe 1.0 x1	2, 5 GHz	1	1	250 MB / s
PCIe 1.0 x4	2, 5 GHz	4	1	1.000 MB / s
PCIe 1.0 x8	2, 5 GHz	8	1	2.000 MB / s
PCIe 1.0 x16	2, 5 GHz	16	1	4.000 MB / s
PCIe 2.0 x1	5 GHz	1	1	500 MB / s
PCIe 2.0 x4	5 GHz	4	1	2.000 MB / s
PCIe 2.0 x8	5 GHz	8	1	4.000 MB / s
PCIe 2.0 x16	5 GHz	16	1	8.000 MB / s
PCIe 3.0 x1	8 GHz	1	1	1.000 MB / s
PCIe 3.0 x4	8 GHz	4	1	4.000 MB / s
PCIe 3.0 x8	8 GHz	8	1	8.000 MB / s
PCIe 3.0 x16	8 GHz	16	1	16.000 MB / s

Transferência de dados na porta PCI Express

A conexão PCI Express representa um avanço extraordinário na maneira como os dispositivos periféricos se comunicam com o computador.

Difere do barramento PCI de várias maneiras, mas o mais importante é a maneira pela qual os dados são transferidos.

A conexão PCI Express é outro exemplo da tendência de migrar a transferência de dados da comunicação paralela para a comunicação serial. Outras interfaces comuns que usam comunicação serial são USB, Ethernet (rede) e SATA e SAS (armazenamento).

Antes do PCI Express, todos os barramentos de PC e slots de expansão usavam comunicação paralela. Na comunicação paralela, vários bits são transferidos no caminho de dados ao mesmo tempo, em paralelo.

Na comunicação serial, apenas um bit é transferido no caminho de dados por ciclo de clock. A princípio, isso torna a comunicação paralela mais rápida que a comunicação serial, pois quanto maior o número de bits transmitidos ao mesmo tempo, mais rápida será a comunicação.

A comunicação paralela, no entanto, sofre de alguns problemas que impedem as transmissões de atingir velocidades de clock mais altas. Quanto maior o relógio, maiores os problemas com interferência eletromagnética (EMI) e atraso na propagação.

Quando a corrente elétrica flui através de um cabo, um campo eletromagnético é criado ao seu redor. Este campo pode induzir corrente elétrica no cabo adjacente, corrompendo as informações transmitidas por ele.

Como discutimos anteriormente, cada bit de comunicação paralela é transmitido em um cabo separado, mas é quase impossível fazer esses 32 cabos exatamente do mesmo comprimento em uma placa-mãe. Em velocidades de clock mais altas, os dados transmitidos por cabos mais curtos chegam mais cedo do que os dados transmitidos por cabos mais longos.

Ou seja, os bits em comunicação paralela podem chegar atrasados. Como conseqüência, o dispositivo receptor deve aguardar a chegada de todos os bits para processar os dados completos, representando uma perda significativa de desempenho. Esse problema é conhecido como atraso de propagação e é exacerbado com o aumento das frequências do relógio.

O projeto de um barramento que usa comunicação serial é mais fácil de implementar do que o de um barramento que usa comunicação paralela, pois são necessários menos cabos para transmitir dados.

Em uma comunicação serial típica, são necessários quatro cabos: dois para transmitir dados e dois para receber, geralmente com uma técnica de interferência anti-eletromagnética chamada cancelamento ou transmissão diferencial. Em caso de cancelamento, o mesmo sinal é transmitido em dois cabos, enquanto o segundo cabo transmite o sinal “refletido” (polaridade invertida) comparado ao sinal original.

Além de proporcionar maior imunidade à interferência eletromagnética, as comunicações seriais não sofrem atrasos na propagação. Dessa maneira, eles podem atingir frequências de clock mais altas com mais facilidade do que as comunicações paralelas.

Outra diferença muito importante entre comunicação paralela e comunicação serial é que a comunicação paralela geralmente é half-duplex (os mesmos cabos são usados ​​para transmitir e receber dados) devido ao alto número de cabos necessários para sua implementação.

A comunicação serial é full-duplex (existe um conjunto separado de cabos para transmitir dados e outro conjunto de cabos para receber dados) porque você só precisa de dois cabos em cada direção. Com comunicação half-duplex, dois dispositivos não podem se comunicar ao mesmo tempo; um ou outro está transmitindo dados. Com a comunicação full-duplex, os dois dispositivos podem transmitir dados ao mesmo tempo.

Esses são os principais motivos pelos quais os engenheiros adotaram a comunicação serial em vez da comunicação paralela com a porta PCI Express.

A comunicação serial é mais lenta?

Depende do que você está comparando. Se você comparar uma comunicação paralela de 33 MHz que transmite 32 bits por ciclo de clock, será 32 vezes mais rápida que uma comunicação serial de 33 MHz que transmite apenas um bit por vez.

No entanto, se você comparar a mesma comunicação paralela com uma comunicação serial que é executada em uma frequência de clock muito mais alta, a comunicação serial pode realmente ser muito mais rápida.

Basta comparar a largura de banda do barramento PCI original, que é de 133 MB / s (33 MHz x 32 bits), com a menor largura de banda que pode ser alcançada com uma conexão PCI Express (250 MB / s, 2, 5 GHz x 1 bit).

A noção de que a comunicação serial é sempre mais lenta que a comunicação paralela vem de computadores mais antigos que tinham portas chamadas "porta serial" e "porta paralela".

Naquela época, a porta paralela era muito mais rápida que a porta serial. Isso ocorreu devido à maneira como essas portas foram implementadas. Isso não significa que as comunicações seriais sejam sempre mais lentas que as comunicações paralelas.

Slots e placas gráficas

A especificação PCI Express permite que os slots tenham tamanhos físicos diferentes, dependendo do número de faixas conectadas ao slot.

Isso reduz o tamanho do espaço necessário na placa-mãe. Por exemplo, se um slot com conexão x1 for necessário, o fabricante da placa-mãe poderá usar um slot menor, economizando espaço na placa-mãe.

Muitas placas-mãe possuem slots x16 conectados aos trilhos x8, x4 ou até x1. Com ranhuras maiores, é importante saber se seus tamanhos físicos realmente correspondem às suas velocidades. Além disso, algumas máquinas podem ficar mais lentas quando suas faixas são compartilhadas.

O cenário mais comum é em placas-mãe com dois ou mais slots x16. Com várias placas-mãe, existem apenas 16 pistas conectando os dois primeiros slots x16 ao controlador PCI Express. Isso significa que, quando você instala uma única placa de vídeo, ela tem largura de banda x16 disponível, mas quando você instala duas placas de vídeo, cada placa de vídeo tem largura de banda x8 cada.

O manual da placa-mãe deve fornecer essas informações. Mas uma dica prática é olhar dentro do slot para ver quantos contatos você tem.

Se você vir os contatos em um slot PCI Express x16 cortando metade do que deveriam ser, isso significa que, embora esse slot seja fisicamente um slot x16, na verdade ele tem oito faixas (x8). Se, com esse mesmo slot, você perceber que o número de contatos é reduzido para um quarto do que deveria ter, você verá um slot x16 que, na verdade, possui apenas quatro faixas (x4).

É importante entender que nem todos os fabricantes de placas-mãe seguem este procedimento; alguns ainda usam todos os contatos, embora o slot esteja conectado a um número menor de faixas. O melhor conselho é verificar o manual da placa-mãe para obter as informações corretas.

Para alcançar o desempenho máximo possível, a placa de expansão e a porta PCI Express devem ter a mesma revisão. Se você possui uma placa de vídeo PCI Express 2.0 e a instala em um sistema com uma porta PCI Express 3.0, você está limitando a largura de banda ao PCI Express 2.0. A mesma placa de vídeo instalada em um sistema mais antigo com um controlador PCI Express 1.0 será limitada à largura de banda do PCI Express 1.0.

Usos e benefícios

Com o PCIe, os administradores de data center podem tirar proveito da rede de alta velocidade nas placas-mãe dos servidores e conectar-se às tecnologias de rede Gigabit Ethernet, RAID e Infiniband fora do rack do servidor. O barramento PCIe também permite conexões entre computadores em cluster usando o HyperTransport.

Para laptops e dispositivos móveis, as miniplacas PCI-e são usadas para conectar adaptadores de rede sem fio, armazenamento em disco SSD e outros aceleradores de desempenho.

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O PCI Express externo (ePCIe) permite conectar a placa-mãe a uma interface PCIe externa. Na maioria dos casos, os designers usam o ePCIe quando o computador exige um número incomumente grande de portas PCIe.