لماذا تكون منافذ PCI Express على اللوحة الأم مختلفة الأحجام؟ x16 و x8 و x4 و x1 موضحًا

معيار PCI Express هو أحد العناصر الأساسية للحوسبة الحديثة ، مع فتحة على كل جهاز كمبيوتر مكتبي في العقد الأخير. لكن طبيعة الاتصال غامضة إلى حد ما: على جهاز كمبيوتر جديد ، قد تشاهد نصف دزينة من الموانئ بثلاثة أو أربعة أحجام مختلفة ، وكلها مصنفة بـ "PCIE" أو PCI-E ". إذن لماذا الارتباك ، وأي منها يمكن كنت في الواقع تستخدم?

فهم PCI Express Bus

كترقية إلى نظام (PCI Component Interconnect) الأصلي PCI ، كان لـ PCI Express ميزة كبيرة عندما تم تطويره في البداية في أوائل 2000 ، حيث استخدم ناقل الوصول من نقطة إلى نقطة بدلاً من ناقل تسلسلي. ويعني ذلك أن كل منفذ PCI فردي وبطاقاته المثبتة يمكن أن يستفيد استفادة كاملة من السرعة القصوى ، دون أن يتم انسداد بطاقات أو توسعات متعددة في حافلة واحدة.

استبدل PCI Express معيار فتحة PCI الأقدم. تدعم اللوحة الأم كلا من: PCIE x16 باللون الأزرق ، PCIE x1 باللون الأسود ، و PCI باللون البيج.

في شروط العلمانيين ، تخيل جهاز كمبيوتر سطح المكتب الخاص بك كمطعم. كان معيار PCI القديم يشبه أطعمة لذيذة ، الجميع ينتظرون في خط واحد للحصول على الخدمة ، مع سرعة الخدمة التي يحددها شخص واحد في المنضدة. PCI-E أشبه بشريط ، كل راكب يجلس في مقعد معين ، مع العديد من النوادل يأخذون طلب الجميع في الحال. (حسنًا ، لا يمكن مطلقًا الحصول على نادل إلى كل راعي على الفور ، ولكن دعنا نتظاهر بأن هذا شريط رائع حقًا.) باستخدام ممرات بيانات مخصصة لكل بطاقة توسع أو طرفية ، يمكن للكمبيوتر بأكمله الوصول إلى المكونات والملحقات بشكل أسرع.

الآن لتوسيع استعارة الديلي / بار لدينا ، تخيل أن بعض هذه المقاعد لديها العديد من السقاة محفوظة لهم فقط. هنا تأتي فكرة الممرات المتعددة.

الحياة في الممرات السريعة

لقد ذهب PCI-E من خلال العديد من التنقيحات منذ إنشائها ؛ عموماً ، تستخدم اللوحات الرئيسية الجديدة الإصدار 3 من المعيار ، مع زيادة سرعة الإصدار 4 بشكل أكبر ومن المتوقع أن يصل الإصدار 5 في عام 2019. ولكن المراجعات المختلفة تستخدم جميع الاتصالات المادية نفسها ، ويمكن أن تأتي هذه الاتصالات بأربعة أحجام أساسية : x1 و x4 و x8 و x16. (توجد منافذ x32 ، ولكنها نادرة للغاية ولا تظهر بشكل عام على الأجهزة الاستهلاكية.)

بطاقات مختلفة الحجم تدعم مختلف الممرات المختلفة ل PCI-Express.

تسمح الأحجام المادية المختلفة لأرقام مختلفة من اتصالات طرف البيانات في وقت واحد إلى اللوحة الأم: أكبر الميناء ، والمزيد من الاتصالات الحد الأقصى على البطاقة والميناء. تُعرف هذه الاتصالات بالعامية باسم "الممرات" ، حيث يتكون كل ممر PCI-E من زوجين من الإشارات ، أحدهما لإرسال البيانات والآخر لاستقبال البيانات. تسمح التنقيحات المختلفة لمعيار PCI-E بسرعات مختلفة في كل مسار. ولكن بشكل عام ، كلما ازداد عدد الممرات الموجودة على منفذ PCI-E واحد وبطاقته المتصلة ، يمكن أن تتدفق البيانات الأسرع بين الجهاز المحيط وبقية نظام الكمبيوتر..

ارجع إلى استعارة شريطنا: إذا كنت تتخيل كل راعٍ يجلس في الحانة كجهاز PCI-E ، عندها سيكون ممر x1 عبارة عن نادل واحد يخدم عميل واحد. لكن الراعي الذي يجلس في المقعد المخصص "x4" سيكون له أربعة حيث يقوم المقهى "x8" بتوفير ثمانية مشروبات فقط لمشروباتها ، أما المقعد الموجود في المقعد "x16" فسيحتوي على ستة عشر قاعًا فقط له. والآن سنكف عن الحديث عن القضبان والسقاة ، لأن شرابنا المجازيين السيئين معرضون لخطر التسمم بالكحول.

ما هي الأجهزة الطرفية التي تستخدم الموانئ?

بالنسبة إلى الإصدار 3.0 من النسخة المشتركة من PCI Express ، يكون الحد الأقصى لمعدل البيانات لكل حارة هو ثمانية gigatransfers ، وهو المصطلح الذي يعني "كل البيانات والبيانات الإلكترونية في آنٍ واحد". في العالم الحقيقي ، تكون سرعة مراجعة PCI-E 3 أقل قليلا من غيغابايت واحد في الثانية ، في كل ممر.

لذلك يمكن لجهاز يستخدم منفذ PCI-E x1 ، مثل بطاقة صوت منخفضة الطاقة أو هوائي Wi-Fi ، نقل البيانات إلى بقية الكمبيوتر بسرعة 1GBps تقريبًا. يمكن للبطاقة التي تصعد إلى الفتحة الأكبر حجمًا x4 أو x8 ، مثل بطاقة توسيع USB 3.0 ، نقل البيانات بمعدل أربع إلى ثماني مرات أسرع ، وستحتاج إلى ذلك ، إذا تم استخدام أكثر من منفذين من منافذ USB عند الحد الأقصى معدل نقل. يتم استخدام منافذ PCI-E x16 ، ذات الحد الأقصى نظريًا حوالي 15 جيجابايت في الثانية في النسخة 3.0 ، في معظم بطاقات الرسومات الحديثة التي صممها NVIDIA و AMD.

تستخدم معظم بطاقات الرسومات المنفصلة فتحة PCI-E x16 كاملة.

لا توجد أي إرشادات محددة لاستخدام بطاقات التوسيع التي تستخدم أي عدد من الممرات. تميل بطاقات الرسومات إلى استخدام x16 فقط من أجل الحد الأقصى لنقل البيانات ، ولكن من الواضح أنك لست بحاجة إلى بطاقة شبكة لاستخدام منفذ x16 وستة عشر ممرًا كاملاً عندما يكون منفذ Ethernet قادرًا فقط على نقل البيانات بمعدل غيغابت واحد في الثانية الواحدة ( حول ثمانية من إنتاج واحد من حارة PCI-E تذكر ، ثماني بتات إلى بايت). هناك كمية صغيرة من محركات الأقراص الصلبة المثبتة على PCI-E التي تفضل منفذ x4 ، ولكن يبدو أن هذه السرعة قد تم تجاوزها بسرعة بواسطة معيار M.2 الجديد ، والذي يمكنه أيضًا استخدام ناقل PCI-E. تستخدم بطاقات الشبكة المتقدمة وأجهزة المتحمسين مثل محولات ووحدات تحكم RAID مزيجًا من تنسيقات x4 و x8.

تذكر: حجم منفذ PCI-E و الممرات قد لا يكون الشيء نفسه

في ما يلي أحد الأجزاء الأكثر إرباكًا في إعداد PCI-E: قد يكون المنفذ بحجم بطاقة x16 ، ولكن ليس لديه سوى ممرات بيانات كافية لشيء أقل سرعة ، مثل x4. هذا لأنه في حين أن PCI-E يمكن أن يستوعب بشكل أساسي كميات غير محدودة من الاتصالات الفردية ، لا يزال هناك حد عملي على سعة حارة الرقاقات. اللوحات الأم الأرخص سعراً ذات الشرائح الأكثر اعتماداً على الميزانية قد تصل فقط إلى فتحة x8 واحدة ، حتى لو كانت هذه الفتحة تتسع فعليًا لبطاقة x16. وفي الوقت نفسه ، ستشمل اللوحات الأم "gamer" ما يصل إلى أربعة فتحات PCI-E كاملة الحجم x16 وحجم x16 للحصول على أقصى توافق GPU. (لقد ناقشنا ذلك بمزيد من التفصيل هنا.)

تشتمل اللوحة الرئيسية المتحمسة على خمس فتحات PCI-E x16 كاملة الحجم ، ولكن اثنتين منها فقط تمتلكان 16 مسار بيانات كامل ، بينما الآخران x8 و x4.

من الواضح أن هذا يمكن أن يسبب مشاكل. إذا كانت اللوحة الأم تحتوي على فتحتين بحجم x16 ، لكن أحدهما يحتوي على x4 ممرات فقط ، فإن توصيل بطاقة رسومات جديدة رائعة في الفتحة الخطأ قد يؤدي إلى اختناق الأداء بنسبة 75٪. هذه هي النتيجة النظرية ، بالطبع: هندسة اللوحات الأم تعني أنك لن ترى مثل هذا التراجع الدراماتيكي. النقطة هي أن البطاقة الصحيحة تحتاج إلى الدخول في الفتحة اليمنى.

لحسن الحظ ، فإن سعة حارة فتحات PCI محددة موضحة بشكل عام في دليل الكمبيوتر أو اللوحة الأم ، مع توضيح للفتحة التي لها السعة. إذا لم يكن لديك دليلك ، فعادةً ما يكتب عدد الممرات على PCB من اللوحة الأم المجاورة للمنفذ ، مثل:

تظهر التسميات على هذه المنافذ المسارات المتاحة: يحتوي منفذ x1 الموجود في الأعلى على ممر واحد ، ولكن المنفذ x16 أدناه يحتوي على أربعة مسارات فقط ، على الرغم من حجمها الفعلي. يعني PCIEX1_2 أنه المنفذ الثاني x1 على اللوحة الأم.

أيضا ، يمكن أن تناسب بطاقة x1 أو x4 أقصر في الفتحة x8 أو x16 الأطول: تكوين دبوس الأولي للجهات الكهربائية يجعلها متوافقة. قد تكون البطاقة فضفاضة بعض الشيء جسديا ، ولكن عندما تثبت في مكانها في فتحات التوسعة لحالة الكمبيوتر الشخصي ، فإنها أكثر من كافية بشكل قوي. وبطبيعة الحال ، إذا كانت جهات اتصال البطاقة أكبر فعليًا من الفتحة ، فلا يمكن إدراجها.

لذا تذكر ، عند شراء بطاقات توسيع أو ترقية لفتحات PCI Express ، يجب أن تضع في اعتبارها كلاً من الحجم والتصنيف الخاص بالمنافذ المتاحة.

Image credit: Newegg، Amazon