Почему порты PCI Express на моей материнской плате различаются по размеру? Объяснение x16, x8, x4 и x1

Стандарт PCI Express - один из основных элементов современных вычислений, слот есть почти на каждом настольном компьютере, выпущенном за последнее десятилетие. Но природа подключения несколько туманна: на новом ПК вы можете увидеть полдюжины портов трех или четырех разных размеров, все с пометкой «PCIE» или PCI-E ». Так к чему путаница и какие из них можно использовать?

Понимание шины PCI Express

Как обновление исходной системы PCI (Peripheral Component Interconnect), PCI Express имел одно огромное преимущество, когда он был первоначально разработан в начале 2000-х годов: он использовал шину доступа точка-точка вместо последовательной шины. Это означало, что каждый отдельный порт PCI и установленные на нем карты могли в полной мере использовать свою максимальную скорость, без забивания нескольких карт или расширений на одной шине.

Проще говоря, представьте свой настольный компьютер в виде ресторана. Старый стандарт PCI был похож на гастроном, где все стояли в очереди, чтобы их обслужили, а скорость обслуживания ограничивалась одним человеком у стойки. PCI-E больше похож на бар, где каждый посетитель сидит на своем месте, а несколько барменов принимают заказ каждого одновременно. (Ладно, так что никогда невозможно сразу найти бармена для каждого посетителя, но давайте представим, что это действительно отличный бар.) Благодаря выделенным линиям передачи данных для каждой карты расширения или периферийного устройства весь компьютер может получить доступ к компонентам и аксессуарам быстрее.

Теперь, чтобы расширить нашу метафору гастронома / бара, представьте, что на некоторых из этих мест зарезервировано несколько барменов только для них. Вот тут-то и появляется идея нескольких полос движения.

Жизнь в быстрых переулках

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

Различные физические размеры допускают разное количество одновременных подключений контактов данных к материнской плате: чем больше порт, тем больше максимальное количество подключений на карте и порту. Эти соединения в просторечии известны как «дорожки», при этом каждая дорожка PCI-E состоит из двух сигнальных пар, одна для отправки данных, а другая для приема данных. Различные версии стандарта PCI-E допускают разную скорость на каждой полосе. Но, вообще говоря, чем больше линий имеется на одном порту PCI-E и подключенной к нему карте, тем быстрее могут передаваться данные между периферийным устройством и остальной частью компьютерной системы.

Возвращаясь к нашей метафоре бара: если вы представите каждого посетителя, сидящего за стойкой, как устройство PCI-E, то дорожка x1 будет одним барменом, обслуживающим одного клиента. Но у посетителя, сидящего на отведенном месте «x4», будет  четыре  бармена, приносящих ему напитки и еду, а на сиденье «x8» будет восемь барменов только для ее напитков, а на сиденье «x16» будет целых шестнадцать. бармены только для него. А теперь мы перестанем говорить о барах и барменах, потому что нашим бедным образным пьющим грозит отравление алкоголем.

Какие периферийные устройства используют какие порты?

Для стандартной версии PCI Express версии 3.0 максимальная скорость передачи данных на полосу составляет восемь гигабайт, что означает «все данные и электронные накладные расходы одновременно». В реальном мире скорость для PCI-E версии 3 составляет чуть меньше одного гигабайта в секунду на полосу.

СВЯЗАННЫЕ: Сейчас подходящее время для покупки новой видеокарты NVIDIA или AMD?

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 подключается к физически большему слоту x4 или x8, например, карта расширения USB 3.0, может передавать данные в четыре или восемь раз быстрее - и это было бы необходимо, если бы более двух из этих USB-портов использовались с максимальной скоростью. Скорость передачи. Порты PCI-E x16 с теоретическим максимумом около 15 Гбайт / с для версии 3.0 используются почти для всех современных видеокарт, разработанных NVIDIA и AMD.

СВЯЗАННЫЕ: Что такое слот расширения M.2 и как его использовать?

Нет никаких установленных правил, какие карты расширения будут использовать какое количество полос. Видеокарты, как правило, используют x16 только ради максимальной передачи данных, но, очевидно, вам не нужна сетевая карта для использования порта x16 и шестнадцати полных линий, когда его порт Ethernet может передавать данные только со скоростью один гигабит в секунду ( примерно восьмая пропускной способности одной линии PCI-E - помните, восемь бит на байт). Существует небольшое количество твердотельных накопителей, установленных на PCI-E, которые предпочитают порт x4, но их, похоже, быстро обогнал новый стандарт M.2, который также может использовать шину PCI-E. Высококачественные сетевые карты и оборудование для энтузиастов, такое как адаптеры и контроллеры RAID, используют сочетание форматов x4 и x8.

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

СВЯЗАННЫЕ: Что такое «набор микросхем» и почему мне это нужно?

Вот одна из самых запутанных частей настройки PCI-E: порт может быть размером с карту x16, но иметь достаточно линий данных только для чего-то гораздо менее быстрого, например x4. Это связано с тем, что, хотя PCI-E может поддерживать практически неограниченное количество отдельных подключений, все еще существует практический предел пропускной способности набора микросхем. Более дешевые материнские платы с более бюджетными наборами микросхем могут подойти только до одного слота x8, даже если этот слот физически может вместить карту x16. Между тем материнские платы для геймеров будут иметь до четырех полных слотов PCI-E размера x16 и x16-lane для максимальной совместимости с графическим процессором. (Мы обсудили это более подробно здесь.)

Очевидно, это может вызвать проблемы. Если на вашей материнской плате есть два слота размером x16, но в одном из них есть только x4 полосы, то установка модной новой 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 правильная карта должна быть вставлена ​​в правильный слот.

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

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 болтающейся физически, но когда она закреплена в слотах расширения корпуса ПК, она более чем достаточно прочная. Естественно, если контакты карты физически больше слота, ее нельзя вставить.

Поэтому помните, что при покупке карт расширения или обновлений для слотов PCI Express вы должны учитывать как размер, так и рейтинг доступных портов.

Изображение предоставлено: Newegg, Amazon