Peripheral Component Interconnect Express (PCIe یا PCI-E) چیست؟
Peripheral Component Interconnect Express (PCIe یا PCI-E) یک استاندارد گذرگاه گسترش سریال برای اتصال کامپیوتر به یک یا چند دستگاه جانبی است.
PCIe پایین تر را ارائه می دهد تاخیر و بالاتر نرخ های انتقال داده نسبت به اتوبوس های موازی مانند PCI و PCI eXtended. هر دستگاهی که با اتصال PCIe به مادربرد متصل است، اتصال نقطه به نقطه اختصاصی خود را دارد. این بدان معنی است که دستگاه های دارای کارت توسعه رقابت نمی کنند پهنای باند چون اتوبوس مشترکی ندارند.
PCIe چگونه کار می کند؟
اساسا PCIe یک گذرگاه داده است. هدف هر اتوبوس ارائه یک ساختار فیزیکی استاندارد است — اسلات و پریزهای برق — و پروتکل های اساسی که امکان تبادل داده ها بین دستگاه های محاسباتی را فراهم می کند.
گذرگاه هیچ گونه پردازش داده ای را انجام نمی دهد و هیچ تصمیمی در مورد داده های مبادله نمی کند. گذرگاه یکی از ویژگی‌های مشترک اکثر مادربردهای رایانه است که به شما امکان می‌دهد در صورت تمایل، دستگاه‌های اضافی را در رایانه فیزیکی نصب کنید. PCIe تنها یکی از انواع باس است. یکی دیگر از گذرگاه های رایج، گذرگاه حافظه است که به ماژول های حافظه مانند ماژول های حافظه دوگانه درون خطی یا ماژول های DIMMبرای نصب مادربرد
با PCIe، داده ها از طریق دو جفت سیگنال منتقل می شوند: دو سیم انتقال و دو سیم دریافت. هر مجموعه ای از جفت سیگنال a نامیده می شود بومو هر خط می تواند بسته های داده هشت بیتی را به طور همزمان بین دو نقطه ارسال و دریافت کند.
PCIe می تواند از یک تا 32 خط جداگانه مقیاس شود. خطوط 1، 4، 8، 12، 16 یا 32 معمولاً در دسترس هستند. تعداد خطوط روی کارت PCIe یک عامل تعیین کننده در عملکرد و هزینه آن است. به عنوان مثال، یک دستگاه PCIe ارزان قیمت مانند کارت رابط شبکه (NIC)، فقط می تواند از چهار خط یا PCIe x4 استفاده کند. در مقایسه، یک آداپتور گرافیکی با عملکرد بالا از 32 خط یا PCIe x32 برای انتقال حداکثر سرعت استفاده می کند و گران تر است.
سازگاری یکی از ویژگی های مهم PCIe است. اسلات های اتوبوس PCIe معمولا هستند سازگار با عقب با انواع دیگر اسلات‌های PCIe، به پیوندهای PCIe که از خطوط کمتری استفاده می‌کنند، اجازه می‌دهد از رابط‌های مشابه پیوندهای PCIe که از خطوط بیشتری استفاده می‌کنند، استفاده کنند. به عنوان مثال، یک کارت PCIe x8 را می توان به یک اسلات PCIe x16 وصل کرد. با این حال، اسلات‌های گذرگاه PCIe با رابط‌های اتصال برای استانداردهای اتوبوس قدیمی‌تر سازگار نیستند.
طراحی و اجرای PCIe از یک رویکرد لایه‌ای استفاده می‌کند که شبیه رویکرد مفهومی به شبکه و ارتباطات شبکه است. مدل اتصال سیستم های باز. PCIe سه لایه اصلی را پوشش می دهد:
- این لایه فیزیکی طراحی الکتریکی و منطقی را تعریف می کند. اندازه و شکل کارت‌های PCIe، اسلات‌ها، پیکربندی پین و استفاده از جفت‌های سیگنال دیفرانسیل را نشان می‌دهد.
- این لایه پیوند داده روش هایی را که در آن داده ها بسته بندی، مرتب و جابجا می شوند، تعریف می کند. مقدار دهی اولیه، حرکت داده و سیگنال دهی بین دستگاه PCIe و رابط میزبان را مدیریت می کند.
- این لایه تراکنش بالاترین و انتزاعی ترین لایه استاندارد PCIe است که محتوا را تعریف می کند – ساختار داده ها و آنچه در هر بسته داده PCIe در حین حرکت بین نقاط وجود دارد.
PCIe برای چه مواردی استفاده می شود؟
PCIe یک مکانیسم باس توسعه محیطی همه کاره و کارآمد است. این به کاربران رایانه اجازه می دهد تا یک سیستم کامپیوتری را برای برآوردن نیازها یا ترجیحات خاص که بیش از توانایی های یک مادربرد موجود است، سفارشی کنند. این سفارشی سازی با نصب یک دستگاه جدید و اغلب بهتر در شکاف توسعه و نصب دستگاه مناسب به دست می آید. درایورهای دستگاه از طریق سیستم عامل
پس از نصب، یک دستگاه توسعه دهنده می تواند گرافیک، شبکه، ذخیره سازی و سایر خدمات جدید یا بهبود یافته را به رایانه ارائه دهد. به طور مشابه، یک درایو توسعه نصب شده را می توان بعداً با یک درایو حتی جدیدتر یا بهتر جایگزین کرد و به کاربر رایانه اجازه می دهد تا عمر مفید سیستم رایانه را از طریق ارتقاء توسعه مهم افزایش دهد.
با PCIe، مدیران مرکز داده می‌توانند از شبکه‌های پرسرعت از طریق بک‌پلین‌های سرور و اتصال به گیگابیت اترنت استفاده کنند. بیان حافظه غیر فرار ذخیره سازی حالت جامد، یک آرایه اضافی از دیسک های مستقل (RAID) و InfiniBand فناوری های شبکه خارج از رک سرور گذرگاه PCIe همچنین می تواند رایانه های خوشه ای را که از فناوری HyperTransport استفاده می کنند، متصل کند. واحدهای پردازش گرافیکی پیشرفته (GPU) مدت‌هاست که برای بازی محبوب بوده‌اند، اما اکنون به طور گسترده در فناوری اطلاعات سازمانی برای پردازش داده‌های پیچیده در برنامه‌های کاربردی یادگیری ماشین و هوش مصنوعی (AI) استفاده می‌شوند.
برای لپ‌تاپ‌ها و دستگاه‌های تلفن همراه، کارت‌های Mini PCIe برای اتصال آداپتورهای بی‌سیم، درایوهای حالت جامد (SSD) برای ذخیره‌سازی و سایر تقویت‌کننده‌های عملکرد استفاده می‌شوند. PCIe خارجی (ePCIe) برای اتصال مادربرد به یک رابط خارجی PCIe استفاده می شود. در بیشتر موارد، زمانی که کامپیوتر به تعداد غیرعادی زیادی پورت PCIe نیاز دارد، طراحان از ePCIe استفاده می کنند.
چه چیزی را می توان به اسلات PCIe وصل کرد؟
تجهیزات جانبی که از PCIe برای انتقال داده استفاده می کنند شامل کارت گرافیک، کارت شبکه، شتاب دهنده های ذخیره سازی و سایر لوازم جانبی با کارایی بالا هستند. دستگاه‌های PCIe در دسته‌های کلی مختلفی قرار می‌گیرند، از جمله:
- پردازش صدا علاقه مند به کارت های صدا کاهش یافته است زیرا تراشه های صوتی مدرن مورد استفاده در اکثر مادربردها وفاداری صوتی عالی را ارائه می دهند. با این حال، کاربران با کامپیوترهایی که برای پردازش صدا و مهندسی صدا با کیفیت حرفه ای استفاده می شوند، می توانند کارت آداپتور صدای با کیفیت بالا را اضافه کنند.
- پردازش گرافیکی گرافیک و رندر به پهنای باند داده بسیار بالایی نیاز دارند تا حجم عظیمی از داده های بلادرنگ را مدیریت کنند. این باعث می شود که کارت های گرافیک به ویژه به عنوان دستگاه های PCIe مناسب باشند. برخی از CPU ها قابلیت گرافیک یکپارچه را ارائه می دهند، اما یک کارت گرافیک اختصاصی جداگانه می تواند تجربه مشاهده بسیار بهتری را ارائه دهد. علاوه بر این، قابلیت‌های پردازش ریاضی پردازنده‌های گرافیکی، افزوده‌های ارزشمندی به رایانه‌هایی است که از یادگیری ماشین و بارهای کاری هوش مصنوعی استفاده می‌کنند.
- پردازش ویدئو کارت های گرافیک مدرن می توانند کارهای زیادی را انجام دهند پخش ویدئو و وظایف پردازشی با این حال، کارت های ویدئویی اختصاصی برای کارهای ویدئویی حرفه ای مانند پخش تلویزیون و تلویزیون مداربسته پذیرش برای اهدافی مانند نظارت تصویری. آنها همچنین می توانند برای کارهای تولید ویدیو در سطح حرفه ای مانند ضبط ویدیو و پس از تولید ویدیو استفاده شوند.
- شبکه سازی مادربردها معمولا حداقل یک رابط شبکه و پورت را ارائه می دهند. اما سرورهای مدرن می توانند میزبان چندگانه باشند مجازی شده بارهای کاری، که هر کدام می توانند به پهنای باند شبکه قابل توجهی نیاز داشته باشند. برای جلوگیری از بارگذاری بیش از حد یک پورت شبکه، سرور می تواند به یک NIC چند پورت مجهز شود که می تواند دو، چهار یا حتی بیشتر پورت شبکه را ارائه دهد. این پورت های فیزیکی را می توان مجازی سازی کرد و برای بارهای کاری مختلف سرور فراهم کرد. به همین ترتیب، سیستم هایی که برای دسترسی به موارد تخصصی طراحی شده اند شبکه های ذخیره سازی قابل نصب با کانال فیبر آداپتورهای شبکه رایانه های رومیزی می توانند یک کارت شبکه بی سیم را در یک اسلات PCIe قرار دهند.
- ذخیره سازی. مادربردها به طور پیش‌فرض، کنترل‌کننده‌های ذخیره‌سازی را ارائه می‌کنند و اکثر رایانه‌های کاربر نهایی به خوبی توسط این آداپتورهای ذخیره‌سازی استاندارد ارائه می‌شوند. سیستم‌های رایانه‌ای مانند سرورهای ذخیره‌سازی که به فضای ذخیره‌سازی بیشتری نیاز دارند ممکن است شامل یک کارت کنترل‌کننده ذخیره‌سازی PCIe برای مدیریت SSDهای اضافی یا هارد دیسک‌های سنتی باشند. آداپتورهای ذخیره سازی مورد استفاده در فناوری اطلاعات سازمانی شامل ویژگی هایی مانند حافظه نهان ذخیره سازی با پشتیبان باتری و پشتیبانی از گزینه های ذخیره سازی انعطاف پذیر مانند RAID هستند. این ویژگی ها همیشه در زیرسیستم های ذخیره سازی پیش فرض مادربرد وجود ندارند.
تفاوت بین PCI و PCIe چیست؟
Peripheral Component Interconnect یک استاندارد رابط باس قدیمی است که قبل از PCIe ساخته شده است. اهداف اساسی PCI و PCIe یکسان هستند – هر دو رابط باس برای ارائه ابزار استاندارد شده برای افزودن دستگاه های جدید یا بهتر به یک سیستم کامپیوتری طراحی شده اند.
PCI یک رابط موازی است که در انواع 32 بیتی و 64 بیتی ارائه می شود. این بدان معناست که با هر تراکنش 32 یا 64 بیت داده منتقل می شود. PCI با نرخ انتقال ثابت کار می کند، جایی که سرعت PCI 32 بیتی داده ها را با سرعت 133 مگابایت در ثانیه منتقل می کند، در حالی که گذرگاه PCI 64 بیتی با سرعت 266 مگابایت در ثانیه کار می کند.
PCIe لزوماً تکامل فناوری نیست. در عوض، این یک بازنگری کامل در مورد نحوه اتصال دستگاه های توسعه دهنده به رایانه است. PCIe یک رابط سریال است که از نظر جفت یا خطوط سیگنال دیفرانسیل عمل می کند و خطوط 1، 2، 4، 8 یا 16 را ارائه می دهد. اگرچه این نشان دهنده پین های کمتری برای انتقال داده است، انتقال PCIe را می توان با سرعت بسیار بالاتری نسبت به PCI انجام داد.
اولین تکرار گذرگاه های PCIe تک خطی (x1) می توانست داده ها را تا 250 مگابایت بر ثانیه انتقال دهد. این قبلا سریعتر از یک گذرگاه PCI 64 بیتی قدیمی تر بود. آخرین نسخه برنامه ریزی شده گذرگاه x1 PCIe از انتقال اطلاعات بیش از 15 گیگابایت در ثانیه (GBps) پشتیبانی می کند. انتظار می‌رود آخرین نسخه برنامه‌ریزی‌شده گذرگاه 16 خطی (x16) PCIe حداکثر تا سرعت 242 گیگابایت در ثانیه را پشتیبانی کند.
با توجه به پیشرفت های عظیمی که PCIe ارائه می دهد، استاندارد PCIe مدت هاست که استاندارد قدیمی PCI را منسوخ کرده است. مادربردهای کامپیوتری از اواسط دهه 2000 اسلات PCI را به نفع PCIe در نظر نگرفتند.
نسخه های مختلف PCIe چیست؟
استاندارد PCIe برای اولین بار در سال 2003 ظاهر شد و تا امروز به تکامل خود ادامه می دهد. PCI Special Interest Group که با نام PCI-SIG نیز شناخته می شود، تعریف، توسعه و نگهداری استانداردهای PCIe و عملکرد آنها استانداردهای PCIe از نظر نام‌گذاری نسخه‌ها از نسخه 1.0 تا 7.0 نشان داده می‌شوند. نسخه 7.0 هنوز در حال توسعه است و برای سال 2025 برنامه ریزی شده است. این جدول نرخ انتقال هر استاندارد PCIe و برنامه کلی توسعه را مقایسه می کند.
احتمالاً پس از تصویب و انتشار PCIe 7.0 پیشرفت‌ها و بهبودهای بیشتری در استاندارد PCIe وجود خواهد داشت. با این حال، سرعت و عملکردی که در حال حاضر در استاندارد PCIe در دسترس است، با طیف وسیعی از دستگاه‌های توسعه سازگار است. پیشرفت‌های نسل بعدی به نیازهای دستگاه‌های توسعه‌دهنده و قدرت محاسباتی میزبان مربوطه مورد نیاز برای پشتیبانی از رابط‌های حتی سریعتر بستگی دارد.
اسلات اتوبوس PCIe اجزای کلیدی کامپیوترها و سرورها هستند. بیشتر بدانید اجزای فیزیکی سرور.
