PCI Express از سير تا پياز
قبل از توصيف مقوله PCI Express، لازم است که از تاريخچه فناوري گذرگاه ( BUS ) ، مطالبي عنوان شود.
پردازنده با ديگر تجهيزات جانبي PC، از طريق يک مسير داده به نام گذرگاه ارتباط برقرار مي کند. از زمان ساخت اولين PC در سال 1981 تاكنون، انواع مختلفي از اين گذرگاه ها به ترتيب زير طراحي شده اند:
PCI
VLB
MCA
ISA
PCI Express
PCI-X
AGP
تفاوت اصلي آنها با هم اولاً در تعداد بيت هايي که مي توانند در هر لحظه انتقال دهند و ثانياً در فرکانس کاري آنها مي باشد.
در سال 1984 ميلادي، شرکت IBM، کامپيوترAT خود را روانه بازار کرد. پردازنده، حافظه و گذرگاه I/O همگي از يک مسير اشتراکي 8MHz استفاده مي كردند.
اين گذرگاه اشتراکي به نامISA (Industry Standard Architecture) مشهور بود.
ISA يك رابط 16 بيتي بود که در نتيجه در هر لحظه فقط دو بايت را مي توانست انتقال دهد. مهم تر از آن اينکهISA فقط با فرکانس 8MHz عمل مي کرد و معمولاً به 2 يا 3 سيگنال ساعت براي انتقال اين 2 بايت احتياج داشت. البته اين خصوصيت براي تجهيزاتي که به طور ذاتي کند بودند، مثل پورت هاي سريال، پارالل، کارت هاي صداي قديمي و CDROM ها مشکل ايجاد نمي کرد ولي در عوض براي هارد ديسک هاي سريع تر و کارت هاي گرافيکي به صورت يک معضل درآمده بود. هنگامي که ISA در مقابل اين تجهيزات کم آورد، فناوري هاي ديگر پا به عرصه گذاشتند.
متاسفانه فناوري هاي گذرگاه ديگر مثل:گذرگاه MCA ( مخفف Micro Channel ) ، گذرگاه EISA ( مخفف Extended ISA ) و گذرگاه VLB ( مخفف VESA Local Bus )
هم خيلي موفق نبودند و زود از رده خارج شدند. سرانجام فناوري گذرگاه PCI، توانست پهناي باند مورد نياز سيستم ها را به ارمغان بياورد و جاي خود را سالها تثبيت کند.
در مقايسه با پيشرفتي که هر ساله در بخش هاي مختلف دنياي کامپيوتر از قبيل پردازنده ها ، کارت هاي گرافيکي و... صورت مي گيرد، به نظر مي آيد که فناوري سيستم هاي ورودي/خروجي ( I/O ) متوقف مانده است. چنانکه گذرگاه PCI در اوايل دهه 90 ميلادي ابداع شد و هنوز استفاده مي شود. هارد ديسک ها، تجهيزات جانبي، کارت هاي شبکه، کارت هاي صدا، USB ها و Firewire ها ، همگي اطلاعات را از همان گذرگاه قديمي که اززمان پردازنده 486ها وجود داشته، عبور مي دهند.
جدول 1 : مقايسه انواع گذرگاه ها
گذرگاه PCI
اينتل در ژوئن 1992، فناوريPCI را معرفي کرد. بر پايه اين فناوري همه دستگاه هاي جانبي از قبيل ديسک سخت، کارت صدا، کارت شبکه و کارت هاي ويدئويي از اين گذرگاه به طور اشتراکي استفاده مي کردند. PCI يک رابط 64 بيتي در يک بسته بندي 32 بيتي مي باشد. گذرگاه PCI در فرکانس 33MHz کار مي کند و مي تواند 32 بيت (معادل 4 بايت) را در هر پالس ساعت انتقال دهد. PCI با پهناي باند 32bit و سرعت 33MHz، حداكثر نرخ انتقال 133MB/s خواهد داشت كه بين تمام تجهيزات PCI به اشتراك گذاشته مي شود. ولي مشکل اينجاست که هر پالس ساعت در فرکانس 33MHz، برابر با 30 نانوثانيه مي شود، ولي حافظه مي توانست حداکثر با سرعت 70 نانوثانيه کارکند. بنابراين وقتي پردازنده، داده ها را از حافظه درخواست مي کند، مجبور است که حداقل 3 پالس ساعت صبر کند تا داده برسد. در صورتي که اگر داده در تمام پالس هاي ساعت انتقال داده شود (استفاده از حافظه هاي سريع تر،گذرگاهPCI مي تواند همان کارايي سيستم هاي 64 بيتي را با يک گذرگاه 32 بيتي فراهم کند.
شكل هاي 1 و 2 : PCI system layout
در حاليکه PCI ابتدا به عنوان يک منجي در دنياي کامپيوتر مطرح شده بود ولي کم کم با ورود فناوري هاي جديد تر مثل هارد ديسک هاي سريع تر، کارت هاي صداي PCI، کارت هاي شبکه10/100 و ... با مشکل مواجه شد و نياز به يک راه حل براي رسيدن به پهناي باند بالا تر، روز به روز بيشتر احساس مي شد.
يک هارد ديسک ATA133 با استفاده ازيک کنترل کننده Ultra IDE133 در تئوري
مي تواند تمام پهناي باند يک گذرگاه PCI را فقط در بعضي از لحظات ( Burst time ) اشغال کند و ساير تجهيزات را از دسترسي به اين گذرگاه محروم کند.
نرخ انتقال واقعي براي اين هارد ديسک ها، عملاً پايين تر از اين مقدار مي باشد. حالا ببينيد وضع در مورد RAIDها، SCSIها و کارت هاي شبکه گيگا بيتي و ... که نرخ انتقال بالاتري دارند چگونه است؟ همه اين فناوري ها سعي دارند که اطلاعات را از طريق همان گذرگاه PCI قديمي و کم سرعت انتقال دهند! اين يعني گلوگاه !!!
گذرگاه هاي HSP
اسلات هايAMR( مخفف Audio Modem Riser ) ، CNR ( مخفف Communications and Network Riser ) و ACR ( مخفف Advanced Communications Riser ) که بر روي بعضي از مادربردها قرار دارند، همگي يک هدف مشترک دارند و آن نصب تجهيزات HSP ( مخفف Host Signal Processing ) مي باشد. اين تجهيزات ميتوانند مودم، کارت صدا و يا کارت شبکه باشند.
HSP ها فاقد کنترلر مي باشند و پردازنده کامپيوتر، اين کارت ها را کنترل مي کند. در نتيجه اين کار تها خيلي ارزان مي باشند، اما در عوض بخشي از کارايي سيستم به خاطر اين کارت ها کاهش پيدا مي کند چرا که بخشي از توان پردازنده براي کنترل اين کارت ها مصرف مي شود. اين تجهيزات معمولاً با نام Software Controlled در بازار مشهورند، مثل مودم هاي AMR که به Soft Modem معروفند.
شكل 4 : ACR Slot
شكل 5 : CNR Slot
گذرگاه AGP
با رشد فناوري کارت هاي ويدئويي، گذرگاه PCI پاسخگوي پهناي باند مورد نياز آنها نبود و بنابراين اينتل، يک گذرگاه جديد به نام AGP طراحي کرد که فقط مختص کارت هاي گرافيکي مي باشد و با اين کار هم مشکل پهناي باند کارت هاي گرافيکي را حل کرد و هم ترافيک گذرگاه PCI را کاهش داد. AGP 8X با پهناي باند 32bit و سرعت 533MHz مي تواند حداكثر نرخ انتقال 2.1GB/s را به صورت اختصاصي فراهم كند.
جدول 2 : نسخه هاي مختلف AGP
جدول 3 : انواع AGP
جدول 4 : مقايسه انواع AGP با ساير گذرگاه ها
شكل 6 : انواع AGP Slots
شكل 7 : گذرگاه PCI و AGP
هر چند كه بار داده هاي ويدئويي توسط AGP از دوش PCI برداشته شد ولي باز هم داستان رشد فناوري تکرار شد و با آمدن فناوري هاي نوين مثل كارت هاي شبكه گيگا بيتي و RAIDها ، گذرگاه PCI با مشکل مواجه شد و توانايي پشتيباني از نرخ انتقال آنها را نداشت. به عنوان مثال يک Pentium4 با حافظه DDR مي تواند اطلاعات را با سرعت 2.1GB/s در گذرگاه حافظه انتقال دهد و نيز AGP 8x مي تواند با همين نرخ انتقال عمل کند. اينها نمونه اي از فناوري هاي جديد براي حل مشکل محدوديت گذرگاه PCI مي باشند. ولي به هيچ وجه كافي نبودند، بنابراين فكر تغيير گذرگاه PCI پا به عرصه گذاشت. با در نظر گرفتن اين واقعيت ها، خيلي بهتر است که بتوان همين گذرگاه PCI را بهبود بخشيد و سرعت آن را افزايش داد. چرا که PCI، يک بستر پايدار و انعطاف پذير براي توليد کنندگان سخت افزار و نرم افزار در طول تقريباً يک دهه فراهم کرده است. هر کس که روزهاي قبل از ويندوز 95 و تجهيزات Plug & Play را به ياد مي آورد، به خوبي متوجه مي شود که چرا کامپيوترها نسبت به گذشته خيلي به هم شبيه تر وسهل الاستفاده تر شده اند كه بخشي از اين کاملاً به PCI وابسته است.
در حال حاضر 3 نوع PCI وجود دارد که همگي براي افزايش پهناي باند طراحي شده اند. اين ها عبارتند از:
PCI–X 2.0
PCI-X 64Bit 133 MHz
PCI 66MHz
در جدول زير نرخ انتقال گذرگاه هاي PCI، PCI-X و AGPليست شده است.
جدول 5: مقايسه انواع PCI با انواع AGP
اما يک مشکل وجود دارد و آن عبارتست از اينکه اين فناوري ها بسيار پيچيده و گران قيمت مي باشند و در نتيجه راه خود را به سوي مادربرد هاي Server باز مي کنند، يعني در دنياي کامپيوتر هاي خانگي، ناشناخته باقي مي مانند. براي مثال PCI-X، براي هر Slot نياز به يک كنترلرجداگانه دارد که در نتيجه خيلي گران تمام مي شود. PCI-X توسعه ياقته PCI مي باشد که بيشتر در Server ها استفاده مي شود.
و اما PCI Express
PCI Express پاسخ به همان نياز بود. در واقع اين فناوري براي برقراري مجدد توازن بين سرعت پردازنده و سرعت سيستم طراحي شد. شركت Intel همراه با IBM، Dell، COMPAQ، HP و Microsoft استاندارد جديدي را براي اين مشکل ابداع کردند. اين استاندارد PCI Express ناميده شد که البته در ابتدا 3G IO يا نسل سوم I/O ناميده مي شد. اين استاندارد در 17 آوريل 2002 در PCI–SIG تصويب شد (کميته پاسخگو براي مديريت رابط PCI ) .
PCI Express اگر چه تکامل يافته PCI محسوب مي شود، ولي در واقع يک رابط کاملاً جديد مي باشد.
PCI Express چيست؟
PCI Express در واقع کوشش صنعت کامپيوتر براي يکپارچه کردن انواع مختلف گذرگاه هاي I/O و تبديل آنها به يک استاندارد جهاني يکسان مي باشد. بيش از 10 سال است که PCI كاربردهاي متنوعي را پوشش مي دهد، در حاليكه خيلي از آنها هنگام طراحي خصوصيات PCI هرگز پيش بيني نشده بودند. پورت هايي از قبيل AGP، ATAو USB براي رفع محدوديت هاي PCI در انتقال داده ها با سرعت بيشتر بوجود آمدند. چيزهايي از قبيل انتقال هاي ويدئويي حجيم و کاربردهاي بلادرنگ، هرگز در مشخصات PCI درنظر گرفته نشده بودند. PCI از يک ساختار موازي و Multi-Drop تشکيل شده که ريشه اصلي محدوديت آن مي باشد. اين محدوديت ها به گونه اي است که براي رسيدن به اندکي کارايي بالاتر، نياز به هزينه هنگفتي مي باشد.
همانند فناوري Hyper Transport شرکت AMD ، PCI Express هم يک ارتباط دو طرفه و سريال مي باشد که داده ها را در قالب بسته ها ( Packet ) مانند انتقال بسته هاي اطلاعاتي در ارتباطات اترنت ، منتقل مي كند.
PCI Express يک گذرگاه داده موازي نيست که تمام داده ها را از طريق اين گذر گاه با نرخ ثابت انتقال دهد، بلکه مجموعه اي از ارتباطات سريال نقطه به نقطه مي باشد که به طور جداگانه پالس ساعت (Clock) مي گيرند و هر كدام از يك مسير جداگانه استفاده مي كنند و هر كدام شامل يك جفت از خطوط داده مي باشند كه داده ها را در هر دو جهت انتقال مي دهند (Up stream & Down stream). هر کدام از اين مسير ها، قادر به انتقال داده با سرعت 2.5Gb/s در هر جهت مي باشند، بنابراين نرخ کلي انتقال داده ها حدود 250MB/s مي باشد.
جدول 6: مقايسه PCI Express با انواع PCI
ساختار PCI Express
گذرگاه PCI Express از چندين مسير نقطه به نقطه از جنس مس تشکيل شده است که براي اتصال همه بخش هايي که نياز به انتقال داده به گذرگاه قديمي تر PCI دارند، استفاده مي شود. براي انعطاف پذيري بيشتر آن، يک سوئيچ به معماري آن اضافه شده است.
کارکرد آن شبيه سوئيچ اترنت مي باشد و مابين تجهيزات PCI Express متصل شده به مادربرد و سيستم I/O قرار مي گيرد. اين خصوصيت، تجهيزات جديد تر مثل کارت هاي شبکه گيگابيت را قادر مي سازد که در صورت نياز با يکديگر مستقيماً ارتباط برقرار کنند. بدين ترتيب لازم نيست که داده ها از طريق چيپ ست به تجهيزات کناري منتقل شوند بلكه مستقيماً انتقال بين آن دو انجام مي شود.
شكل 8 : ساختار PCI Express
شكل 9 : مقايسه PCI Express با AGP
شكل 10 : شكل انواع كانكتورهاي مختلف
PCI Express از يک نوع توپولوژي شبکه اي با ساختار سوئيچ استفاده مي کند. سوئيچ جايگزين گذرگاه Multi-Drop در PCI ها شده و براي توزيع پيام هاي I/O به هر کدام از اتصالات نقطه به نقطه بکار مي رود. معني اين عبارت اين است که اگر يک دستگاه PCI Express بخواهد داده ها را به دستگاه ديگر انتقال دهد، نيازي نيست که از طريق چيپ ست انجام بگيرد و در نتيجه حجم پيام هايي که توسط چيپ ست بايد پردازش شود کاهش مي يابد.
ارتباطات PCI Express به سوئيچ وصل مي باشند. هر ارتباطي مي تواند شامل تعدادي مسير باشد که در نتيجه هر دستگاه مي تواند به طور جداگانه با تعداد مسيرهاي مورد نياز خود ارتباط برقرار کند و اينجاست که عبارات 1x،2x ، 4x، 8x و 16xمطرح مي شوند. مثلاً کارت هاي معمولي مي توانند از نوع 1x(پهناي باند کمتر) و کارت هاي گرافيکي از نوع 16x(پهناي باند بيشتر) استفاده کنند.
توجه: پهناي باند 8GB/s نشان داده شده براي PCI Express در حالت دو طرفه همزمان مي باشد و در جهت حداکثر 4GB/s قابل دسترس مي باشد.
شكل11: يك مسير (lane) در PCI Express
PCI Expressبر اساس طرح هاي آينده طراحي شده است و مزاياي آن با پيشرفت هاي سخت افزاري آينده بسيار بهتر خود را نشان مي دهد. مزاياي واقعي زماني بهتر آشکار مي شوند که به يک مسير نقطه به نقطه، بيش از يک کانال ارتباطي اختصاص داده شود. کانال ها مي توانند به يکديگر اضافه شوند تا پهناي باند مورد نياز براي بخش خاصي از سيستم I/O مثل اسلات کارت گرافيک را افزايش دهند.
دو مزيت مهم
اين فناوري دو مزيت مهم دارد، اول اينکه مقدار اثرمتقابل (Trace) مسيرها بر يکديگر در مادربردها، به خاطر مدارات نقطه به نقطه کاهش مي يابد كه اين خود باعث استفاده از 4 مسير به جاي 32 مسير براي هر ارتباط پايه شده و اشتياق فراواني را براي سازندگان مادربرد نسبت به اين فناوري بوجود آورده است، چرا که باعث کاهش هزينه توليد مادربرد خواهد شد. دوم اينکه، از آنجا که هر مسير منحصراً براي ارتباط ما بين 2 نقطه بکار مي رود، هيچ اشتراکي در پهناي باند وجود ندارد.
طراحي نقطه به نقطه به اين معني مي باشد که امکان طراحي سيستم هاي قوي تر و متهورانه تر فراهم مي شود. اتصالات PCI Express به خاطر تعداد کم سيگنال ها مي تواند توسط کانکتورها و کابل هاي کمتري ساخته شود.
فناوري هاي نوين مثل شبکه هاي گيگا بيت چند گانه شرکت اينتل (Multi-Gigabit Ethernet) به پهناي باند بسيار بالا تري از گذر گاه هاي PCI فعلي نياز دارند و در نتيجه حضور PCI Express مخصوصاً در Serverها اجتناب ناپذير مي باشد.
از موازي به سريال
تقريباً همه گذرگاه هاي PC از جمله ISA، EISA، MCA، VLB، PCI وAGP از ارتباطات موازي استفاده ميكنند. اين ارتباطات چندين بيت را همزمان منتقل ميكنند، در حاليكه در ارتباطات سريال فقط يك بيت درهر لحظه منتقل ميشود. اين موضوع در ابتدا اين مسئله را به ذهن مي رساند كه ارتباطات موازي سريع تر ميباشد، چرا كه تعداد بيت هاي منتقل شده در يك زمان بيشتر است و در نتيجه ارتباط سريع تر مي شود.
اما در عوض ارتباطات موازي از مشكلاتي رنج ميبرند كه آنها مانع از رسيدن به فركانس هاي بالا ميشوند. افزايش فركانس باعث ايجاد دو مشكل مهم يعني تداخل مغناطيسي مسيرها بر روي يكديگر و تاخير انتشار ميشود. پياده سازي گذرگاه سريال نسبت به موازي خيلي ساده تر مي باشد چرا که فقط به دو سيم براي انتقال داده نياز مي باشد: يکي براي انتقال داده و ديگري سيم زمين. از طرفي در ارتباطات سريال مي توان از فرکانس هاي خيلي بالاتر از حالت موازي استفاده کرد، چون در اين نوع ارتباط، خبري از تا خير انتشار و تداخل مغناطيسي نيست.
تفاوت عمده ديگر اين دو روش اين است که ارتباطات موازي معمولا يک طرفه ( half Duplex ) مي باشند و همان مسيرهايي که براي ارسال داده ها بكار مي روند براي دريافت آنها هم استفاده مي شوند، در حاليکه ارتباطات سريال معمولاً دو طرفه همزمان ( full Duplex ) مي باشند و از يک مسير براي ارسال و مسير ديگري براي دريافت استفاده مي شود و هر کدام فقط نياز به دو سيم دارند.
حالاممکن است شما اين سوال را مطرح کنيد که بالا خره کدام سريع تر مي باشند؟
البته در فرکانس مساوي، ارتباطات موازي سريع تر مي باشند ولي اگر فرکانس را زياد کنيم، تا جايي که ارتباطات موازي نتوانند عمل کنند، آنگاه ارتباطات سريال ارزش خود را نشان مي دهند و سرعت انتقال بيشتري خواهند داشت، چنانچه امروزه دو فناوري مهم يعني Serial ATA و PCI Expressاز همين خصوصيت ارتباطات سريال استفاده مي کنند.
و اما PCI-SIG درمورد ارتباط سريال در PCI Express مي گويد:« معماري گذرگاه سريال پهناي باند بالاتري را براي هر پين نسبت به معماري گذرگاه موازي فراهم مي آورد و در نتيجه خيلي راحتر به پهناي باند بالاتر مي توان دست يافت.»
يک نکته ظريف!
از لحاظ فني، PCI Express يک گذرگاه نيست! يک گذرگاه، يک مسير داده مي باشد که چندين دستگاه به طور همزمان به آن متصل باشند و به طور اشتراکي از آن مسير استفاده کنند، در حاليکه PCI Express يک ارتباط نقطه به نقطه مي باشد که در آن فقط دو دستگاه به هم متصل مي باشند و مسير ارتباطي آنها با هيچ دستگاه ديگري به اشتراک گذاشته نمي شود.
اما ما هم مطابق با بقيه، آن را يک گذرگاه مي ناميم هرچند مي دانيم که واقعيت چيست! (خواهي نشوي رسوا ... )
شكل 12 : گذرگاه به صورت اشتراكي ـ گذرگاه به صورت سوئيچ
كاهش هزينه
يکي از اهداف اصلي PCI Express رسيدن به يک طراحي ارزان قيمت بود که کارائي بالايي داشته باشد. به عبارت ديگر کارت هاي توسعه مي توانند با تعداد پين هاي کمتر، ساده تر باشند و اين به معني کاهش هزينه مي باشد. چنانچه امروزه مودم ها، ساده تر و ارزان تر مي باشند.
حالت هاي عملياتي
PCI Express يک گذرگاه سريال مي باشد که به صورت دو طرفه همزمان عمل مي کند. داده ها در اين گذرگاه از طريق دو جفت سيم به نام lane (مسير) انتقال داده مي شوند. هر مسير حداکثر داراي نرخ انتقال 250MB/s در هر جهت مي باشد که تقريباً دو برابر PCI مي باشد. PCI Express مي تواند با ترکيب چندين مسير براي رسيدن به کارايي بالاتر ساخته شود. PCI Express ها با تعداد مسيرهاي يك، 2، 4، 8، 16 و 32 وجود دارند.
براي مثال نرخ انتقال PCI Express با 8 مسير برابر است با 250MB/s
250MB/s x 8 = 2GB/s
PCI Express انواع متفاوتي از اسلات ها را بر اساس تعداد مسيرها تعريف مي کند که در زير شکل آنها ديده مي شود.
جدول 7: مقايسه انواع PCI Express و انواع AGP
جدول 8: تطابق Slotها با كارت ها
کانکتور هاي PCI Express از نظر ظاهري و روش اتصال مشابه با PCI مي باشند. اسلات هاي PCI Express1X از نظر اندازه تقريباً برابر با اسلات هاي AMR ( حدود 2.5cm) مي باشند. در حاليکه اسلات هاي گرافيکي PCI Express16X بسيار مشابه اسلات هاي AGP مي باشند .تجهيزات PCI Express با پهناي باند مختلف از رده هاي مياني اسلات 4xو يا 8x استفاده مي کنند.
Express Card
در بازار تجهيزات قابل حمل( نوت بوك ها ) ، يک استاندارد جديد به نام Express Card به وسيله گروه PCMCIA با همکاري گروه PCI-SIG ايجاد شده است. بسياري از شرکت هاي درگير با PCI Express عضو هر دو گروه مي باشند.
Express Card يک فناوري مي باشد که در واقع پلي بين نوت بوک هاي فعلي فاقد PCI Express و نوت بوک هاي آينده دارايPCI Express مي باشد. آن مي تواند همUSB2.0 وهم PCI Express را پشتيباني کند. در نتيجه اين امکان براي سازندگان فراهم مي شود که کارت هايي بسازند کنند که يکي يا هر دو فناوري را داشته باشند. البته اين کارت ها نمي توانند با تجهيزات طراحي شده با PC Cardها، مطابق داشته باشند و با آنها کار نمي کنند.
تجهيزاتPCI Express خارجي
از مزاياي ديگر PCI Express توانايي اتصالات خارجي آن مي باشد. همان ا تصالات نقطه به نقطه 200MB/s مي تواند روي کابل و به تجهيزات خارجي با فاصله حداکثر 5 متر ارتباط برقرار کند. نکته جالب تراينکه کانکتورهاي PCI Express به گونه اي طراحي شده اند که مي توانند به صورت Hot Plug عمل کنند (درست مثل کانکتورهاي USB).
بعيد است که سازندگان Firewireو USB2.0از آينده نزديک نگران باشند. هر چند که فناوري PCI Express امکان انتقال بدون نياز به پلي براي اتصال به سيستم I/O را برخلاف Firewire وUSB2.0 فراهم مي کند.
تجهيزات Firewire وUSB2.0 در حال حاضر خيلي متداول هستند و تجهيزات خارجي از نوع PCI Express هم يکي دو سالي طول مي کشند که در بازار خوب جا باز کنند و در اين مدت USBو Firewire فراگيرتر هم شده اند و در نتيجه سازندگان مجبورند که به پشتيباني از آنها ادامه دهند، درست به همان دليل که PCI Express طوري طراحي شده است که با PCI2.2 همزمان بر روي يك مادربرد کار کند. همچنين، Express card ها به طور واضح USB2.0 را با PCI Express در يک اسلات ترکيب مي کنند تا در تجهيزات موبايل مثل نوت بوک ها استفاده شوند. اين خود نشانه اين است که PCI Express قصد جايگزيني USB2.0 را در آينده نزديک ندارد و هم يک امتياز براي فناوري مفيد USB مي باشد که به راه خود ادامه دهد و ابداعات جديد را پيگيري کند.
معماري پيمانه اي (Modularity)
اينتل يك توپولوژي پيشنهاد داده که بر اساس آن، واحد محاسبات از مانيتور، تجهيزات واسطه و درايوهاي خارجي بوسيله اتصالات کابلي PCI Express جدا شوند. مفهوم اين پيشنهاد اين است در Serverها و حتي PC ها، به طور کامل امکان طراح پيمانه اي (Modular) به وجود مي آيد، البته اگر همه سازندگان به اين طرح راغب باشند.
اگرچه پذيرش اين طرح در راستاي اهداف PCI Express مي باشد و نتيجه آن کاربرپسندتر شدنPC ها و در نتيجه توسعه بيشتر IT مي باشد.PCI با عث پيکربندي راحت تر کامپيوترها شد و حالا چرا PCI Express ها هم اين مزيت را به طور بهتري به ارمغان نياورند؟
PCI Express16x
بزرگترين تاثيري که PCI Express در دنياي PC ها مي گذارد، در مقوله اسلات گرافيکي 16x مي باشد. در جديد ترين چيپ ست هاي AMD و Intel، اين فناوري جايگزين AGP8x شده است. از طرفي همه سازندگان حرفه اي کارت هاي گرافيکي از جمله ATI و NVIDIA، به طور پيش فرض در محصولات جديد خود از اين فناوري استفاده مي کنند.
اين اسلات 16X با 164پين، پهناي باندي را در حدود 4GB/s در هر جهت فراهم مي کند که تقريباً دو برابر پهناي باند 2.1GB/s در AGP8x مي باشد. مشخصات 16x در مورد اندازه محل اتصال کارت تا حدودي مشابه AGP مي باشد ولي کاملاً با آن منطبق نيست که اين خود يک مزيت مهم از نظر راحتي نصب و مشابهت با فناوري هاي قبلي مي باشد.
کارت هاي گرافيکي PCI Express16x در حدود 75 وات مصرف توان دارند. درحاليكه کارت هاي گرافيکي AGP8x معمولاً بين 25 تا 42 وات مصرف دارند. البته کارت هاي گرافيکي مدرن AGP8x نياز به توان بالا تري دارند که اين توان توسط کانکتورهاي اضافي براي آنها تامين مي شود. در حاليکه به دليل معرف توان بالا، کارتهاي PCI Express نياز به کانکتورهاي اضافي توان ندارد.
دو شرکت اصلي سازنده کارت هاي گرافيکي يعني NVIDIA و ATI عملاً به PCI Expressروي آورده اند و شرکتهاي مهم ديگر از 3Dlabs تا XGI نيز پشتيباني از اين فناوري را رسماً آغاز کرده اند و به نظر مي آيد که روزهاي آخر AGP8x فرا رسيده است.
PCI Express16x و AGP8x نمي توانند همزمان بر روي يک مادربرد قرار داشته باشند. اين حقيقت مانع از ساخت مادربردهاي گوناگون که از AGP8X و PCI Express به طور همزمان استفاده مي کنند، نمي شود، اگر چه اينگونه مادر بردها امکان استفاده از کارت هاي قديمي تر AGP را بر روي مادربردهاي جديد تر فراهم مي کنند، ولي امکان استفاده از حداکثر قدرت PCI Express رانمي توانند فراهم کنند.
هر مسير PCI Express قادر است كه در هر جهت 250MB/s انتقال دهد، بنابراين يك اسلات 16x مي تواند حداكثر 4GB/s در هرجهت انتقال دهد كه اين خود تقريباً دو برابر پهناي باند AGP8x مي باشد.
SLI
SLI سر واژه عبارت Scalable Link Interface مي باشد. اشتباه نکنيد! SLI يک نوع کارت گرافيکي نيست بلکه يک فناوري مي باشد.
يک سيستم SLI از قدرت دو کارت گرافيکي PCI Express شرکت NVIDIA به طور همزمان استفاده مي کند و پهناي باند را افزايش داده و در نتيجه کارايي بالايي را به دست مي آورد.
NVIDIA موفق به ابداع يک فناوري جديد به نام Dual-SLI شده است که با استفاده از اسلات هاي PCI Express16x طراحي شده است و چيپ ست nForce4 را براي آن پيش بيني کرده است. اين فناوري اين امکان را بوجود مي آورد که دو اسلات PCI Express16x، مسيرهاي 16 گانه خود را به دو بخش 8 مسيري تقسيم کنند و دو کارت گرافيکي يکسان، همزمان با هم کار کنند. اين باعث يک پيشرفت بزرگ در بازي هاي سه بعدي خواهد شد.
SLI صرفاً يک فناوري سخت افزاري نيست، بلکه از ترکيب هماهنگ و موزون سخت افزار و نرم افزار (درايور) به وجود مي آيد.
بخشي از Graphic Processing Unit)GPU) ارتباط با GPU ديگر را فعال مي کند تا بتوان کل حجم کاري را به صورت اشتراکي پردازش کرد و در اين ميان نرم افزار تصميم مي گيرد که چگونه اين تقسيم وظايف بين کارت ها انجام گيرد(Load Balancing) .
جدول9: مقايسه SLI در بازي Doom3
اگر اين تئوري به خوبي کارکند، شما ممکن است به دو برابر راندمان حالت تک کارتي برسيد، اما آيا هميشه اين گونه است؟ اين داستاني است که هميشه با دنياي کامپيوتر همراه بوده است.
آيا راندمان سيستم هاي دوپردازنده اي، دوبرابر تك پردازنده اي مي باشد؟ آيا پردازندهاي Pentium D كه دو هسته اي مي باشند، راندمانشان دوبرابر پردازندهاي Pentium تك هسته اي مي باشد؟آيا راندمان پردارندهاي Pentium4 HT كه مي توانند چند thread را همزمان پردازش كنند دو برابر پردازندهاي بدون HT مي باشد؟
پاسخ تمام سئوالات بالا منفي است و به تبع آن راندمان SLIهم هيچگاه دو برابر راندمان يك كارت PCI Express نخواهد بود.
شكل 14 : مادربرد با دو كارت گرافيك SLI
البته دليل اين موضوع در حوصله اين مقاله نمي گنجد و دوستداران علت آن مي توانند از طريق ايميل مكاتبه داشته باشند.
يك سيستم SLI شامل بخش هاي زير مي باشد:
• يك مادربرد كه حداقل دو اسلات PCI Express16x داشته باشد.
• دو كارت گرافيك PCI Express16x كاملاً يكسان و يك مدل.
• منبع تغذيه مناسب ( حداقل 500 وات)
ليست چيپ ست ها و كارت هاي گرافيكي PCI Express در جداول زير آمده است.
مادر بردهايي که مجهز به PCI Express مي باشند، بايد يکي از چيپ ست ها ي زير را داشته باشند:
جدول 10: چيپ ست هاي پشتيباني كننده از PCI Express
البته قيمت کارت هاي گرافيکي PCI Express معمولاً گران تر از معادل AGP آنها مي باشد.
نتيجه كلام
PCI Express با فناوري Hyper Transport شرکت AMD رقابت نمي کند بلکه در کنار آن براي انتقال داده ها به طور موثرتري در چيپ ست استفاده مي شود. مانند چيپ ستهاي nForce4 و K8T890.
همچنين PCI Express در نظر دارد که به عنوان يک لايه بستر در انتقال داده در روشهاي مختلف I/O مثل SATA وSCSI عمل كند و قرار نيست جايگزين آنها شود. PCI Express مي رود تا جايگزين AGP به عنوان کانال ارتباطي ما بين چيپ ست گرافيکي و پردازنده و حافظه شود.
همانطور که گفته شد، پيمانه اي بودن PCI Express ، آن را قادر مي سازد که نقش هاي زيادي را در دنياي کامپيوتر ايفا کند و در نتيجه سازندگان قادر خواهند بود که مشخص کنند که هر وسيله اي چه مقدار پهناي باند نياز دارد؟
معماري PCI Express در نظر ندارد که جايگزين فناوري فعلي گذرگاه پردازنده/حافظه شود، اما پهناي باند بالاتر و قابليت انعطاف پذيري بيشتري را براي سيستم I/O فراهم مي کند.
PCI-SIG فناوري PCI Express را با مشخصات باز براي طراحي طيف وسيعي از سيستمهاي ارتباطي فعلي و آينده كه در بخشهاي محاسبات و ارتباطات كاربرد دارند، تعريف كرده است. معماري PCI Express يك معماري انعطاف پذير، اندازه پذير، با سرعت بالا، سريال، نقطه به نقطه، Hot Plug و Hot Swap مي باشد كه از نظر نرم افزاري با PCI مطابقت دارد.
منظور از مشخصات باز اين است كه هر كسي مي تواند PCI Express را پياده سازي كند و براساس آن طرح هاي نوين ارائه كند مثل NVIDIA كه SLI را ابداع كرد. منظور از انعطاف پذيري اين است كه PCI Express مي تواند با تعداد متفاوتي از مسيرها كار كند. پياده سازي هاي اوليه آن معمولاً با يك مسير( 1x) و 16 مسير(16x) بودند، اما برحسب نياز مي توان از تعداد مسيرهاي ديگر( 4xو 8x) هم استفاده كرد و نيز اين قابليت را دارد كه تا 32 مسير(32x) افزايش داده شود.
و اما هديه اصلي PCI Express به ما
بزرگترين هديه، سرعت PCI Express مي باشد. سرعت پايه 2.5Gb/s در هر جهت هر کانال تقريباً نرخ انتقال 200MB/s را در هر کانال به ارمغان مي آرود. ( يعني 100MB/s در هر پين!) اين تقريباً دو برابر PCI هاي فعلي مي باشد.
سرعت بالاتر و انعطاف پذيري حاصل از PCI Express باعث مي شود كه خيلي زود AGP8x از صحنه خارج شود ولي PCI با سرعت كمتري از گردونه خارج مي شود، احتمالاً ديري نمي پايد كه شاهد مادربردهايي خواهيم بود كه فقط PCI Express داشته باشند و خبري از AGP و PCI بر روي آنها نباشد، همانطور كه امروز خبري از ISA بر روي مادربردها نيست.
رایانه خبر
منابع:
