▷ Pci express

Actuellement, le type de connecteur d'extension le plus courant est appelé PCI Express. Dans cet article, vous apprendrez tout ce que vous devez savoir sur ce type de connexion: ses débuts, son fonctionnement, ses versions, ses emplacements, etc.

Depuis le premier PC, sorti en 1981, l'équipe a eu des emplacements d'extension où des cartes supplémentaires peuvent être installées pour ajouter des fonctionnalités non disponibles sur la carte mère de l'équipe. Avant de parler du port PCI Express, nous devrions parler un peu de l'historique des connecteurs d' extension PC et de leurs principaux défis, afin que vous puissiez comprendre ce qui rend le port PCI Express différent.

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Types d'emplacements d'extension

Voici les types de connecteurs d'extension les plus courants qui ont été publiés pour le PC tout au long de son histoire:

• ISA (architecture industrielle standard) MCA (architecture à microcanaux) EISA (architecture industrielle standard étendue) VLB (bus local VESA) PCI (interconnexion de composants périphériques) PCI-X (interconnexion de composants périphériques étendus) AGP (port graphique accéléré) PCI Express (interconnexion de composants périphériques express)

En général, de nouveaux types d'emplacements d'extension sont libérés lorsque les types d'emplacements disponibles s'avèrent trop lents pour certaines applications. Par exemple, l' emplacement ISA d' origine disponible sur le PC IBM d'origine et sur le PC IBM XT et ses clones avait un taux de transfert théorique maximal (c'est-à-dire une bande passante) de seulement 4, 77 Mo / s.

La version 16 bits d'ISA, publiée avec l'IBM PC AT en 1984, a presque doublé la bande passante disponible à 8 Mo / s, mais ce nombre était extrêmement faible même à l'époque pour les applications à large bande passante telles que la vidéo..

Plus tard, IBM a publié l' emplacement MCA pour sa gamme d'ordinateurs PS / 2, et comme il était protégé par le droit d'auteur, d'autres fabricants ne pouvaient l'utiliser que s'ils avaient conclu un accord de licence avec IBM, ce que seulement cinq entreprises ont fait (Tandy, Apricot, Dell, Olivetti et Research Machines).

Par conséquent, les emplacements MCA étaient limités à quelques modèles de PC de ces marques. Neuf fabricants de PC se sont réunis pour créer l' emplacement EISA, mais cela n'a pas réussi pour deux raisons.

Tout d'abord, il a maintenu la compatibilité avec l'emplacement ISA d'origine, de sorte que sa fréquence d'horloge était la même que celle de l'emplacement ISA 16 bits.

Deuxièmement, l'alliance n'incluait pas les fabricants de cartes mères, de sorte que peu d'entreprises avaient accès à cette fente, tout comme elle l'avait fait avec la fente MCA.

Le premier véritable slot à grande vitesse qui a été libéré était le VLB. La vitesse la plus élevée a été atteinte en reliant l'emplacement au bus CPU local, c'est-à-dire au bus CPU externe.

De cette façon, le slot a fonctionné à la même vitesse que le bus externe du CPU, qui est le bus le plus rapide disponible sur le PC.

La plupart des processeurs à l'époque utilisaient une vitesse d'horloge externe de 33 MHz, mais des processeurs avec des vitesses d'horloge externes de 25 MHz et 40 MHz étaient également disponibles.

Le problème avec ce bus était qu'il était spécifiquement conçu pour le bus local des processeurs de classe 486. Lorsque le processeur Pentium a été libéré, il était incompatible avec lui, car il utilisait un bus local avec des spécifications différentes (fréquence d'horloge externe de 66 MHz au lieu de 33 MHz et transferts de données 64 bits au lieu de 32 bits).

La première solution à l'échelle de l'industrie est apparue en 1992, lorsque Intel a conduit l'industrie à créer le slot d'extension ultime, le PCI.

Plus tard, d'autres sociétés ont rejoint l'alliance, aujourd'hui connue sous le nom de PCI-SIG (PCI Special Interest Group). Le PCI-SIG est chargé de normaliser les emplacements PCI, PCI-X et PCI Express.

Quels sont les ports PCI Express

Le PCI Express, abréviation de PCI-E ou PCIe, est la dernière évolution du bus PCI classique et permet d'ajouter des cartes d'extension à l'ordinateur.

Il s'agit d'un port série local, contrairement au PCI, qui est parallèle, et a été développé par Intel, qui l'a introduit pour la première fois en 2004, sur le chipset 915P.

Nous pouvons trouver des bus PCI Express dans différentes versions; Il existe des versions 1, 2, 4, 8, 12, 16 et 32 ​​voies.

Par exemple, la vitesse de transfert d'un système PCI Express à 8 voies (x8) est de 2 Go / s (250 x8). Le PCI Express permet des débits de données de 250 Mo / s à 8 Go / s dans la version 1.1. La version 3.0 autorise 1 Go / s (985 Mo en fait) par voie alors que le 2.0 ne fait que 500 Mo / s.

À quoi servent les ports PCI Express?

Ce nouveau bus est utilisé pour connecter les cartes d'extension à la carte mère et est destiné à remplacer tous les bus d'extension internes d'un PC, y compris le PCI et l'AGP (l'AGP a complètement disparu, mais le PCI classique résiste toujours).

PCI, PCI-X et PCI Express

BTW, certains utilisateurs ont du mal à faire la distinction entre PCI, PCI-X et PCI Express («PCIe»). Bien que ces noms soient similaires, ils font référence à des technologies complètement différentes.

Le PCI est un bus indépendant de la plate-forme qui se connecte au système via une puce de pont (pont, qui fait partie du chipset de la carte mère). Chaque fois qu'un nouveau processeur est publié, vous pouvez continuer à utiliser le même bus PCI en repensant la puce de pont au lieu de repenser le bus, ce qui était la norme avant la création du bus PCI.

Bien que d'autres configurations soient théoriquement possibles, l'implémentation la plus courante du bus PCI était avec une horloge de 33 MHz avec un chemin de données de 32 bits, permettant une bande passante de 133 Mo / s.

Le port PCI-X est une version du bus PCI qui fonctionne à des fréquences d'horloge plus élevées et avec des chemins de données plus larges pour les cartes mères de serveurs, permettant une bande passante plus élevée pour les périphériques qui demandent plus de vitesse, comme les cartes mémoire. réseau haut de gamme et contrôleurs RAID.

Lorsque le bus PCI s'est avéré trop lent pour les cartes vidéo haut de gamme, le slot AGP a été développé. Cette fente a été utilisée exclusivement pour les cartes vidéo.

Enfin, le PCI-SIG a développé une connexion appelée PCI Express. Malgré son nom, le port PCI Express fonctionne radicalement différent du bus PCI.

Différents bus PCI Express

• PCI Express 1x avec une performance de 250Mb / s est présent en une ou deux copies sur toutes les cartes mères actuelles. PCI Express 2x avec une performance de 500Mb / s est moins étendu, réservé aux serveurs. PCI Express 4x avec une performance de 1000Mb / s est également réservé aux serveurs. Le PCI Express 16x avec une vitesse de 4000Mb / s est très répandu, présent dans toutes les cartes graphiques modernes, et est le format standard des cartes graphiques. Le port PCI Express 32x avec une performance de 8000 Mb / s est le même format que PCI Express 16x et est souvent utilisé sur les cartes mères haut de gamme pour alimenter les bus SLI ou Crossfire. Les références de ces cartes mères portent souvent la mention "32". Cela permet deux ports PCI Express câblés à 16 voies, contrairement aux SLI conventionnels, câblés en 2 x 8 voies ou Basic Crossfire, câblés en 1 × 16 + 1 × 4 voies. Ces cartes mères se caractérisent également par la présence d'un pont sud supplémentaire, uniquement dédié au bus 32x.

Le PCI-SIG a annoncé le PCI Express dans la révision 4.0, offrant deux fois la bande passante par voie par rapport à la révision 3.0.

Cet examen comprend les marges de voie, la latence système réduite, les capacités RAS supérieures, les étiquettes et crédits étendus pour les périphériques de service, l'évolutivité pour les voies et la bande passante supplémentaires, l'intégration de la plate-forme et la virtualisation améliorée des E / S.

Différences entre PCI et PCI Express

• PCI est un bus, tandis que PCI Express est une connexion série point à point, c'est-à-dire qu'il ne connecte que deux périphériques; aucun autre appareil ne peut partager cette connexion. Juste pour clarifier, sur une carte mère qui utilise des emplacements PCI standard, tous les périphériques PCI sont connectés au bus PCI et partagent le même chemin de données, de sorte qu'un goulot d'étranglement peut se produire (c'est-à-dire une diminution des performances car plus l'appareil souhaite transmettre des données en même temps). Sur une carte mère avec des emplacements PCI Express, chaque emplacement PCI Express est connecté au chipset sur la carte mère à l'aide d'une voie dédiée, ne partageant pas cette voie (chemin de données) avec d'autres emplacements PCI Express. En outre, les périphériques intégrés à la carte mère, tels que les pilotes réseau, SATA et USB, se connectent généralement au chipset de la carte mère à l'aide de connexions PCI Express dédiées. PCI et tous les autres types d'emplacements d'extension utilisent des communications parallèles, tandis que PCI Express repose sur des communications série à haut débit, le port PCI Express repose sur des voies individuelles, qui peuvent être regroupées pour créer des connexions à bande passante plus élevée. Le «x» qui suit la description d'une connexion PCI Express fait référence au nombre de voies utilisées par la connexion.

Vous trouverez ci-dessous un tableau comparatif des principales caractéristiques des connecteurs d' extension qui existaient pour le PC.

Groove	Horloge	Nombre de bits	Données par cycle d'horloge	Largeur de bande
ISA	4, 77 MHz	8	1	4, 77 Mo / s
ISA	8 MHz	16	0, 5	8 Mo / s
MCA	5 MHz	16	1	10 Mo / s
MCA	5 MHz	32	1	20 Mo / s
EISA	8, 33 MHz	32	1	33, 3 Mo / s (16, 7 Mo / s en général)
VLB	33 MHz	32	1	133 Mo / s
PCI	33 MHz	32	1	133 Mo / s
PCI-X 66	66 MHz	64	1	533 Mo / s
PCI-X 133	133 MHz	64	1	1 066 Mo / s
PCI-X 266	133 MHz	64	2	2132 Mo / s
PCI-X 533	133 MHz	64	4	4266 Mo / s
AGP x1	66 MHz	32	1	266 Mo / s
AGP x2	66 MHz	32	2	533 Mo / s
AGP x4	66 MHz	32	4	1 066 Mo / s
AGP x8	66 MHz	32	8	2133 Mo / s
PCIe 1.0 x1	2, 5 GHz	1	1	250 Mo / s
PCIe 1.0 x4	2, 5 GHz	4	1	1 000 Mo / s
PCIe 1.0 x8	2, 5 GHz	8	1	2 000 Mo / s
PCIe 1.0 x16	2, 5 GHz	16	1	4000 Mo / s
PCIe 2.0 x1	5 GHz	1	1	500 Mo / s
PCIe 2.0 x4	5 GHz	4	1	2 000 Mo / s
PCIe 2.0 x8	5 GHz	8	1	4000 Mo / s
PCIe 2.0 x16	5 GHz	16	1	8 000 Mo / s
PCIe 3.0 x1	8 GHz	1	1	1 000 Mo / s
PCIe 3.0 x4	8 GHz	4	1	4000 Mo / s
PCIe 3.0 x8	8 GHz	8	1	8 000 Mo / s
PCIe 3.0 x16	8 GHz	16	1	16 000 Mo / s

Transfert de données sur le port PCI Express

La connexion PCI Express représente une avancée extraordinaire dans la manière dont les périphériques communiquent avec l'ordinateur.

Il diffère du bus PCI à bien des égards, mais le plus important est la manière dont les données sont transférées.

La connexion PCI Express est un autre exemple de la tendance à migrer le transfert de données de la communication parallèle vers la communication série. Les autres interfaces courantes qui utilisent la communication série sont USB, Ethernet (réseau) et SATA et SAS (stockage).

Avant PCI Express, tous les bus PC et emplacements d'extension utilisaient une communication parallèle. En communication parallèle, plusieurs bits sont transférés simultanément dans le chemin de données, en parallèle.

En communication série, un seul bit est transféré dans le chemin de données par cycle d'horloge. Au début, cela rend la communication parallèle plus rapide que la communication série, car plus le nombre de bits transmis simultanément est élevé, plus la communication sera rapide.

La communication parallèle, cependant, souffre de certains problèmes qui empêchent les transmissions d'atteindre des vitesses d'horloge plus élevées. Plus l'horloge est élevée, plus les problèmes d'interférence électromagnétique (EMI) et de retard de propagation sont importants.

Lorsque le courant électrique traverse un câble, un champ électromagnétique se crée autour de celui-ci. Ce champ peut induire un courant électrique dans le câble adjacent, corrompant les informations transmises par celui-ci.

Comme nous l'avons vu précédemment, chaque bit de communication parallèle est transmis sur un câble séparé, mais il est presque impossible de rendre ces 32 câbles exactement de la même longueur sur une carte mère. À des vitesses d'horloge plus élevées, les données transmises sur des câbles plus courts arrivent plus tôt que les données transmises sur des câbles plus longs.

Autrement dit, les bits de communication parallèle peuvent arriver en retard. En conséquence, le dispositif récepteur doit attendre que tous les bits arrivent pour traiter l'intégralité des données, ce qui représente une perte de performances significative. Ce problème est connu sous le nom de retard de propagation et est exacerbé par l'augmentation des fréquences d'horloge.

Le projet d'un bus qui utilise la communication série est plus facile à mettre en œuvre que celui d'un bus qui utilise la communication parallèle, car moins de câbles sont nécessaires pour transmettre les données.

Dans une communication série typique, quatre câbles sont nécessaires: deux pour transmettre des données et deux pour recevoir, généralement avec une technique d'interférence anti-électromagnétique appelée annulation ou transmission différentielle. En cas d'annulation, le même signal est transmis sur deux câbles, tandis que le deuxième câble transmet le signal «réfléchi» (polarité inversée) par rapport au signal d'origine.

En plus de fournir une plus grande immunité aux interférences électromagnétiques, les communications série ne souffrent pas de retards de propagation. De cette façon, ils peuvent atteindre des fréquences d'horloge plus élevées plus facilement que les communications parallèles.

Une autre différence très importante entre la communication parallèle et la communication série est que la communication parallèle est généralement semi-duplex (les mêmes câbles sont utilisés pour transmettre et recevoir des données) en raison du nombre élevé de câbles requis pour sa mise en œuvre.

La communication série est en duplex intégral (il existe un jeu de câbles séparé pour transmettre les données et un autre jeu de câbles pour recevoir les données) car vous n'avez besoin que de deux câbles dans chaque direction. Avec la communication semi-duplex, deux appareils ne peuvent pas se parler en même temps; l'un ou l'autre transmet des données. Avec la communication en duplex intégral, les deux appareils peuvent transmettre des données en même temps.

Ce sont les principales raisons pour lesquelles les ingénieurs ont adopté la communication série au lieu de la communication parallèle avec le port PCI Express.

La communication série est-elle plus lente?

Cela dépend de ce que vous comparez. Si vous comparez une communication parallèle à 33 MHz qui transmet 32 ​​bits par cycle d'horloge, elle sera 32 fois plus rapide qu'une communication série à 33 MHz qui ne transmet qu'un bit à la fois.

Cependant, si vous comparez la même communication parallèle avec une communication série qui fonctionne à une fréquence d'horloge beaucoup plus élevée, la communication série peut en fait être beaucoup plus rapide.

Il suffit de comparer la bande passante du bus PCI d'origine, qui est de 133 Mo / s (33 MHz x 32 bits), avec la bande passante la plus faible qui peut être obtenue avec une connexion PCI Express (250 Mo / s, 2, 5 GHz x 1 bit).

L'idée que la communication série est toujours plus lente que la communication parallèle vient d'ordinateurs plus anciens qui avaient des ports appelés «port série» et «port parallèle».

À cette époque, le port parallèle était beaucoup plus rapide que le port série. Cela était dû à la façon dont ces ports ont été mis en œuvre. Cela ne signifie pas que les communications série sont toujours plus lentes que les communications parallèles.

Slots et cartes graphiques

La spécification PCI Express permet aux emplacements d'avoir des tailles physiques différentes, selon le nombre de voies connectées à l'emplacement.

Cela réduit la taille de l'espace requis sur la carte mère. Par exemple, si un emplacement avec une connexion x1 est requis, le fabricant de la carte mère peut utiliser un emplacement plus petit, économisant ainsi de l'espace sur la carte mère.

De nombreuses cartes mères ont des emplacements x16 connectés à des rails x8, x4 ou même x1. Avec des rainures plus grandes, il est important de savoir si leurs tailles physiques correspondent vraiment à leurs vitesses. De plus, certaines machines peuvent ralentir lorsque leurs voies sont partagées.

Le scénario le plus courant concerne les cartes mères avec deux emplacements x16 ou plus. Avec plusieurs cartes mères, il n'y a que 16 voies reliant les deux premiers emplacements x16 au contrôleur PCI Express. Cela signifie que lorsque vous installez une seule carte vidéo, elle aura une bande passante x16 disponible, mais lorsque vous installez deux cartes vidéo, chaque carte vidéo aura une bande passante x8 chacune.

Le manuel de la carte mère doit fournir ces informations. Mais une astuce pratique consiste à regarder à l'intérieur de la fente pour voir combien de contacts vous avez.

Si vous voyez les contacts dans un slot PCI Express x16 couper la moitié de ce qu'ils devraient être, cela signifie que bien que ce slot soit physiquement un slot x16, il a en fait huit voies (x8). Si avec ce même emplacement, vous voyez que le nombre de contacts est réduit au quart de ce qu'il devrait avoir, vous voyez un emplacement x16 qui n'a en fait que quatre voies (x4).

Il est important de comprendre que tous les fabricants de cartes mères ne suivent pas cette procédure; certains utilisent toujours tous les contacts même si l'emplacement est connecté à un plus petit nombre de voies. Le meilleur conseil est de consulter le manuel de la carte mère pour les informations correctes.

Pour obtenir les performances maximales possibles, la carte d'extension et le port PCI Express doivent être de la même révision. Si vous disposez d'une carte vidéo PCI Express 2.0 et que vous l'installez sur un système doté d'un port PCI Express 3.0, vous limitez la bande passante à PCI Express 2.0. La même carte vidéo installée dans un système plus ancien avec un contrôleur PCI Express 1.0 sera limitée à la bande passante de PCI Express 1.0.

Utilisations et avantages

Avec PCIe, les administrateurs de centres de données peuvent tirer parti des réseaux haut débit sur les cartes mères de serveurs et se connecter aux technologies réseau Gigabit Ethernet, RAID et Infiniband en dehors du rack de serveurs. Le bus PCIe permet également des connexions entre des ordinateurs en cluster à l'aide d'HyperTransport.

Pour les ordinateurs portables et les appareils mobiles, les mini-cartes PCI-e sont utilisées pour connecter les adaptateurs réseau sans fil, le stockage sur disque SSD et d'autres accélérateurs de performances.

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