امروزه اسلات PCIe به شكل‌هاي مختلف روي مادربوردها ديده مي‌شود و بسيار پركاربرد است. اسلات‌هاي PCIe و كارت‌هاي جانبي بايد به درستي انتخاب و نصب شوند. در بخش اول به مقايسه PCIe با PCI و AGP مي‌پردازيم. بخش دوم به مطالعه دقيق پي‌سي‌آي اكسپرس اختصاص دارد و در بخش سوم به مطالعه تأثير اسلات پي‌سي‌آي اكسپرس در عملكرد كارت گرافيك و سرعت اجراي بازي‌ها مي‌پردازيم.
اسلات كارت گرافيك در مادربوردهاي قديمي AGP نام داشته كه خود داراي نسخه‌هاي مختلف است مي‌شود. PCI هم اسلات ديگري براي اتصال ساير كارت‌ها بود. هر دو اسلات در مادربوردهاي امروزي، كمتر و كمتر ديده مي‌شوند و شايد به ندرت مادربوردي حرفه‌اي مجهز به يكي از اين دو اسلات در بازار پيدا كنيد.
PCI Express كه گاهاً PCIe هم نوشته مي‌شود، جايگزين اسلات PCI است. معمولاً PCI Express را در مورد كارت‌ها به كار مي‌بريم و PCIe را براي اشاره به اسلات‌هاي مربوطه روي مادربورد استفاده مي‌كنيم. PCIe و PCI به كلي متفاوت هستند اما هدف هر دو، اتصال كارت‌هاي جانبي است.
PCI و PCIe بسيار مفيد هستند چرا كه امكان اتصال كارت‌هاي جانبي مختلف را فراهم مي‌كنند
در واقع PCI مخفف Peripheral Component Interconnet و به معني رابط اجزاي جانبي است. اگر يادتان باشد، چند سال پيش در سرهم كردن يك كيس ، مودم ديال‌آپ به صورت كارت‌هاي جداگانه روي مادربورد نصب مي‌شد كه نمونه‌ي ساده‌اي از متخصصد PCI بود.
در گذشته اسلات PCI روي مادربورد براي اتصال لوازم جانبي در انديشه متخصصين گرفته مي‌شد اما امروزه PCI Express جايگزين آن شده و اتصال لوازم جانبي مختلف مثل مودم، كارت‌هاي پيشرفته‌ي پردازش صدا، كارت‌هاي شبكه با سرعت بالا، كارت‌هايي براي اضافه كردن پورت‌هاي يو‌اس‌بي و اي‌ساتا و حتي اخيراً درايوهاي حالت جامد، به راحتي صورت مي‌گيرد.
PCI و AGP، دو باس قديمي با ارتباط موازي
PCI قديمي در حالت استاندارد خود با سرعت باس 33 مگاهرتز، پهناي باندي برابر با 133 مگابايت در ثانيه ارايه مي‌كرد. در حالت سريع هم، به جاي استفاده از باس 32 بيتي، از باس 64 بيتي و با سرعت 66 مگاهرتز استفاده مي‌شد و لذا پهناي باند به 533 مگابايت در ثانيه ختم مي‌شد. دقت كنيد كه محاسبه‌ي سرعت باس عادي از حاصلضرب 33 مگاهرتز در 32 بيت معادل 4 بايت به دست مي‌آيد كه برابر با 133 مگاهرتز است.
سرعت PCI عدد كوچكي نيست اما لازمه‌ي پيشرفت، افزايش سرعت واسط‌ها است. تنها افزايش سرعت اشكال را حل نمي‌كند، به توان بيشتر و ارتباط بهينه‌تر با ساير اجزاء هم نياز است. در جدول زير مشخصات را مطالعه كنيد.
مشخصات باس PCI | |||
|---|---|---|---|
استاندارد | پهناي باس (بيت) | سرعت باس (مگاهرتز) | پهناي باند (مگابايت بر ثانيه) |
PCI 2.3 | 32 | 33 | 133 |
PCI 2.3 | 32 | 66 | 266 |
PCI 4.0 | 64 | 33 | 266 |
PCI 4.0 | 64 | 66 | 533 |
اسلات‌هاي PCI با دو ولتاژ 3.3 و 5 ولت كار مي‌كردند و از آن گذشته، كارت‌هاي PCI به دو شكل 32 يا 64 بيتي طراحي مي‌شوند. بنابراين با 4 حالت مختلف سر و كار داريم كه از انديشه متخصصين ظاهر كاملاً مشخص هستند.
اسلات 3.3 و 5 ولت متفاوت هستند و بايد كارت‌ها در اسلات صحيح نصب شوند
با چنين تنوعي، كارت‌هاي و وسايل جانبي بايد در اسلات صحيح قرار داده مي‌شد. كارتي كه قرار است با برق 3.3 ولت مشغول به كار شود، نبايد در اسلات 5 ولتي قرار بگيرد و كارت 5 ولتي هم مي‌بايست در اسلات 5 ولتي نصب شود. به تصوير زير توجه كنيد تا با شكل و شمايل اسلات‌هاي مختلف آشنا شويد، براي شناسايي نوع كارت تنها بايد به طول و محل شيار توجه كرد:
در ضمن كارت‌هاي Universal يا عمومي كه در تصوير فوق مشاهده مي‌كنيد، روي هر دو اسلات 3.3 يا 5 ولت، قابل نصب و استفاده هستند. اين نوع كارت‌ها نسبت به مدل‌هاي مشابه خود، يك شيار اضافي دارند تا روي هر دو اسلات 3.3 و 5 ولت، قابل استفاده باشند.
نمونه‌ي 32 بيتي يك كارت Universal:
و نمونه‌ي 64 بيتي آن:
شيار اضافي در انتهاي سمت راست، كارت 5 ولتي را مشخص مي‌كند و شيار سمت چپ، كارت 3.3 ولتي را. مدل Universal هر دو شيار را دارد.
خوشبختانه اسلات 64 بيتي، با كارت‌هاي 32 بيتي سازگاري دارد اما برعكس آن درست نيست، به اين معني كه اصلاً نمي‌توان كارت طويل‌تر 64 بيتي را در اسلات كوچك 32 بيتي قرار داد.
امروزه بيشتر مادربوردها اسلات قديمي PCI را فراموش كرده‌اند چرا كه دوران آن سپري شده وليكن هنوز هم برخي مادربوردها چنين اسلاتي را دارند
با توجه به تصوير فوق، اسلات‌هاي مادربورد قديمي زير، نسخه‌ي 32 بيتي PCI هستند و ولتاژ كاري هر سه نيز، 5 ولت است:
PCI Express، باس جديد با ارتباط سريال
در سال 2004، نسخه‌ي جديد PCI يعني PCI Express معرفي شد. تفاوت بزرگي بين نسخه‌ي جديد كه يك باس سريال يا سري است با نسخه‌ي قديمي به عنوان يك باس Parallel يا موازي وجود دارد.
در معماري قديمي، تمام وسايل با خطوط داده، آدرس و كنترل مشترك به باس ارتباطي متصل مي‌شدند. اما در نسخه‌ي جديد باس سريال است و هر ابزار به صورت جداگانه با يك يا چند مسير ارتباطي (Lane) به ريشه‌ي پيچيده مرتبط مي‌شود. بخش ارتباطي Root Complex يا ريشه‌ي پيچيده نام دارد كه ارتباط پردازنده را با سوييچ‌هاي ارتباطي وسايل جانبي برقرار مي‌كند.
در تصوير زير، معماري سريال PCI Express، ابزار 1 و 2 را به سوييچ و باس مربوط كرده در حالي كه در ارتباط موازي PCI، هر سه ابزار با هم و در نهايت با باس ارتباطي رابطه دارند.
ارتباط موازي محدوديت‌هايي مثل سرعت باس پايين را به دنبال دارد
همين تفاوت بزرگ، سرعت كلي باس PCI را به كمترين سرعتي كه ابزارهاي متصل شده دارند، محدود مي‌كند. مثلاً اگر تمام ابزارها 66 مگاهرتزي باشند و تنها يكي از آنها 33 مگاهرتزي باشد، سرعت همه به 33 مگاهرتز محدود مي‌شود. محدوديت سرعت به خاطر مشترك بودن تمام خطوط ارتباطي است. اما در نسخه‌ي جديد، باس به صورت سريال و البته فول-داپلكس يا دوجهته‌ي كامل است و لذا هر يك از وسايل متصل شده، از مسير اختصاصي خود با سرعت دلخواه به ريشه‌ي پيچيده وصل مي‌شود. حالت سريال در يك سيكل كلاك، تعداد بيت‌هاي كمتري را جابجا مي‌كند اما با فركانس‌هاي بالا اشكال چنداني ندارد و سرعت آن در مجموع بسيار بالاتر است.
در مجموع سرعت PCIe بسيار بالاتر از PCI قديمي است و خبري از پين‌هاي متعدد نيست. به عنوان مثال كارت گرافيكGeForce 7300 GT انويديا كه در شكل زير نشان داده شده، واسط x1 پي‌سي‌آي اكسپرس دارد و با همين واسط كوچك، سرعت ارتباطي لازم را ارايه مي‌كند.
اما اگر از اسلات AGP كه قبل از دوران PCI Express به عنوان يك واسط موازي و البته سريع‌تر از PCI براي كارت‌هاي گرافيكي مطرح بود، استفاده كنيم، ظاهر كارت گرافيك به شكل زير تغيير مي‌كند:
سرعت باس نسخه‌هاي مختلف PCIe را در ادامه مطالعه مي‌كنيم اما جالب است كه در مقايسه با سرعت 33 يا 66 مگاهرتزي PCI به مراتب بيشتر است. اشكال PCI در موازي بودن معماري ارتباطي خلاصه مي‌شود كه اجازه‌ي دستيابي به سرعت‌هاي بالاتر را نمي‌دهد.
سرعت باس PCIe به مراتب بالاتر از AGP يا PCI است، به همين علت بسيار كوچك‌تر است و پهناي باند بالايي ارايه مي‌كند
از مطالعه AGP كه روي مادربوردهاي 8 سال پيش ديده مي‌شود، صرف‌انديشه متخصصين مي‌كنيم چرا كه دوران آن سپري شده است. اما بد نيست بدانيد كه باسي موازي با سرعت 66 مگاهرتز است كه با تغييرات صورت گرفته، پهناي باند آن براي نصب كارت گرافيك‌هاي سريع، افزايش يافته است اما در قياس با PCI Express حرفي براي گفتن ندارد.
مفهوم لينك، ارتباط بينابين و مسير در PCI Express
وسايل جانبي كه براي اسلات‌هاي PCIe طراحي شده‌اند، از ارتباطي منطقي به نام لينك يا Interconncet به معني ارتباط بينابين استفاده مي‌كنند. معماري پي‌سي‌آي اكسپرس، يك معماري نقطه به نقطه است به اين معني كه هر يك از وسايل مي‌تواند با ديگر وسايل رابطه برقرار كند.
در تصوير فوق، هر سه كارت پي‌سي‌آي اكسپرس از طريق سوييچ مياني، به هم مربوط مي‌شوند.
ارتباط نقطه به نقطه پي‌سي‌آي اكسپرس، رابطه‌ي چند كارت جانبي مثل كارت گرافيك را تسريع مي‌كند
اما در PCI قديمي، ارتباط موازي راه را براي حالت نقطه به نقطه بسته است و سه كارت اشاره شده، مي‌بايست در ابتدا با هم هماهنگ شده و در نهايت به باس ارتباطي متصل مي‌شدند. پهناي باند كمي كه PCI داشت هم بين سه كارت به صورت مشترك استفاده مي‌شود و اين يعني سرعت كمتر.
هر ارتباط بينابين از طريق يك يا چند مسير (Lane) صورت مي‌گيرد. با يك مسير در يك سيكل كلاك، مي‌توان يك بيت داده را در يك جهت جابجا كرد. هر چه مسيرها بيشتر باشند، سرعت ارتباط بالاتر خواهد بود. مثلاً ممكن است كارت گرافيكي را به اسلات 16 مسيره متصل كرده باشد كه كنار آن عبارت x16 درج شده است. منظور اين است كه اسلات مورد انديشه متخصصين، نهايتاً از ارتباط 16 مسيره همراهي مي‌كند.
در تصوير زير مثال اول ارتباط فول-داپلكس تنها با يك مسير يا Lane را به تصوير كشيده است. تصوير حالت دوم x2 يا دو مسيره است. سومين حالت هم x12 است:
هر لينك ارتباطي ممكن است با 1 الي 32 مسير فعاليت كند. يكي از نكات مثبت پي‌سي‌آي اكسپرس اين است كه اگر ابزاري كه تنها به يك مسير نياز دارد و به عبارت ديگر x1 است را در اسلات x4 قرار دهيد، اشكالي ايجاد نمي‌شود چرا كه ارتباطات چند مسير، در شروع كار و راه‌اندازي ارتباط، اطلاعاتي براي تنظيم تعداد مسيرها رد و بدل مي‌شود تا در نهايت هر تعداد مسير كه لازم و كافي است، فعال شود.
در بخش بعدي انواع اسلات‌هاي پي‌سي‌آي اكسپرس و سرعت‌ها و نيز سازگاري كارت‌هاي مختلف با اسلات‌هاي مختلف را مطالعه مي‌كنيم.
هم انديشي ها