PCI Express چیست ؟

با توجه به اینکه مجتبی در مقالات قبلی اش اسمی از Pci express آورده بود این مطلبو از وبلاگ دوست عزیزم آقای علیرضا حق دوست اینجا آوردم. امید وارم که خوشتون بیاد:
در حال حاضر تکنولوژی های جدیدی وجود دارند که نقش انتقال اطلاعات را در کامپیوترهای Desktop برای بالا بردن سرعت و کارایی بازی میکنند. USB) Universal Serial Bus ) و Serial ATA استانداردهای پر سرعتی هستند که بر پایه انتقال اطلاعات سریال طراحی شده اند. این روش انتقال اطلاعات دارای مزیت های بسیاری است که در هرمقطع جایگزین روش های قدیمی پارالر میشود .
باس( PCI (Peripheral Component Interconnect کاربرد بسیار گسترده ای طی 10 سال اخیر داشته است . اما هم اکنون توانایی و قابلیت های آن محدود گشته است . مدل های توسعه یافته این باس مانند اسلت های 64 بیتی و فرکانس های 66 و 100 مگاهرتزی بسیار پر هزینه هستند و نمیتوانند مطابق با نیازهای آینده پهنای باند مناسبی را فراهم سازند . نسل سوم تجهیزات I/O که اخیرا با نام PCI Express نام گذاری شده است جایگزین مناسبی برای این باس خواهند بود . این نسل جدید در سری چیپست های Grantsdale اینتل و در نسخه بعدی Windows با نام Longhorn پشتیبانی خواهد شد .
حال اجازه بدهید به این تکنولوژی جدید در صنعت کامپیوتر نگاهی اجمالی بیاندازیم :

اینتل در سال 1991 PCI 1.0 را پیشنهاد نمود و پس از آن PCI 2.0 در سال 1993 توسط کادر ویژه استاندارد PCI ، عرضه گردید . رقیب PCI 2.0 در آن زمان باس VESA) VLB یا VL-Bus ) بود که توسط Video Electronics Standards Association معرفی گشته بود . VL-Bus یک باس 32 بیتی بود که سومین و چهارمین ردیف کانکتور ها را به انتهای اسلت ISA اضافه کرده بود ، تحت فرکانس 33MHz کار میکرد و کارایی بهتری نسبت به شکاف های ISA ارائه میداد . یکی دیگر از مزایای این باس همزمانی سرعت آن با سرعت پردازنده 486 و سرعت باس حافظه آن بود ، این همزمانی موجب به وجود آمدن یک سیستم سینکرون تحت فکرانس 33MHz میگشت . بنابر این دارای حداکثر کارایی در ردیف خود بود . بدلیل همزمانی VL-Bus با پردازنده ، افزایش فرکانس پردازنده مشکلی بود که با آن مواجه گردید که در این امر موفق شد تا 40 MHz خود را با پردازنده همزمان کند .
باس PCI‌ این قابلیت را داشت تا به صورت غیر همزمان با پردازنده کار کند این باس تحت فرکانس های 25 ، 30 و 33 مگاهرتز ارائه شده . از جمله دیگر مشخصه هایی که موجب افزایش بهره برداری از این باس شد Plug and Play میباشد این خصیصه به صورت اتوماتیک و بدون نیاز به تغییر جامپرهای IRQوDMA تنظیمات وابسطه باس را پیکر بندی میکرد و به IRQ ها اجازه میداد که به صورت اشتراکی عمل کنند که طبیعتا بهتر از سیستم های تک Interrupt بود . با ظهور آرایه های RAID ، Gigabit Ethernet و دیگر تجهیزات با پهنای باند گسترده بر روی باس PCI ، پهنای باند 133 MB/s این باس به اوج ضعف خود رسید چرا که این پهنای باند برای آن تجهیزات کم و محدود بود . تا سال 1997 داده های گرافیکی یکی از دلایل عمده به وجود آمدن ترافیک در این باس بودند. AGP ) Accelerated Graphics Port ) که توسط چیپست intel 440LX عرضه شد دارای دو هدف اصلی بود : بالا بردن کارایی گرافیکی و همچنین برچیدن داده های گرافیکی از روی باس PCI . با انتقال این داده ها بر روی یک باس دیگر ( از نظر فنی AGP یک باس نیست چرا که تنها یک دیوایس را پشتیبانی میکند ) باس PCI تا حدودی تخلیه گشت .
دیگر تحولی که موقعیت باس PCI را بهبود بخشید طراحی مجدد اتصال میان پل شمالی و پل جنوبی بود . در چیپست های قدیمی مانند i440 از باس PCI برای اتصال این دو بخش استفاده میشد . در این حالت باس PCI گلوگاهی بود که تمام داده های ارسالی از(به) (IDE ، Super I/O (Serial , Paraller, PS/2 و USB مجبور به عبور از آن بودند . اینتل ، VIA و SiS‌ ، باس PCI میان پل شمالی و جنوبی را با یک اتصال پر سرعت دیگر تعویض کردند و سپس IDE ،Super I/O وUSB با اتصال جدا به پل شمالی ارتباط دادند .
هم اکنون باس Communication Sterming Architecture اینتل که بر روی پل شمالی چیپستهای i875/i865 طراحی شده Gigabit Ethernet را نیز جدا از باس PCI ساخته است .
CSA ،AGP و Accelerated Hub Architecture از اینتل ، V-Link ازVIA و MuTIOL از SiS هر یک تا حدودی موفق بودند پهنای باند باس PCI را بهبود بخشند ، اما این ارتقاء ها تنها یک چاره موقتی است و بازهم نیاز به پهنای باند بیشتر احساس میشود .
3GIO)3rd generation I/O) معروف به PCI Express طرحی است که این پهنای باند چنان بهبود میبخشد که تا 10 سال آینده بی نیاز از ارتقاء میباشد . این طرح ویژه سیستم های Desktop , Mobile , Serever , Workstation , Communications networking است و تنها مورد استفاده آن در کامپیوتر های Desktop به شمار نمیرود .
PCI Express از نظر نرم افزاری کاملا با PCI مطابقت دارد به عبارت دیگر تنظیمات و درایورهای قطعات کاملا مشابه مدل های PCI آنها میباشد PCI Express به دلیل استفاده از یک باس Serial حجم و تعداد پین های کمتری را نیاز دارد به همین دلیل پیش بینی میشود که قیمت محصولات آن به مراتب نازل تر از PCI باشد ، همچنین امکان استفاده از چند کانال مجازی بر روی یک اتصال فیزیکی فراهم گشته که هریک از این اتصالات به صورت Point-to-Point عمل میکنند ، به همین دلیل هر قطعه بر روی این باس ، دارای یک اتصال اختصاصی است و دیگر پهنای باند در باس به اشتراک گذاشته نخواهد شد .
دیگر مشخصه های PCI Express عبارتند از :
- توانایی دریافت سبکهای مختلف داده
- توان مصرفی پایین
- حفظ سلامتی داده ها در مسیر انتقال و بررسی Erorr‌ در پایان هر مسیر
- اتصال Peer-To-Peer میان گره ها
- بسته بندی و طبقه بندی کردن داده ها قبل از ارسال

بر روی کامپیوتر های سطح بالا PCI Express شامل یک روت پیچیده میشود اما وجه مشترک تمام طرح های PCI Express یک سوئیچ است که در شکل زیر نشان داده شده است . هریک از تجهیزات قرار گرفته بر روی این باس که با End Point مشخص شده اند دارای یک اتصال اختصاصی برخلاف باس PCI ‌هستند که در آن از اتصال اشتراکی استفاده میشد .

سه طرح بعدی توپولوژیهای PCI Express را نشان میدهند

PCI Express ویژه سیستم های Desktop و Mobile


PCI Express ویژه Workstation


PCI Express ویژه Networking Communications

طبقه بندی معماری PCI Express در زیر نشان داده شده است .

در پایین ترین بخش ، لایه فیزیکی را مشاهده میکنید ، این لایه متشکل از اتصالی با دو سطح ولتاژ است که که برای ارسال و دریافت داده ها از آنها استفاده میشود . فرکانس اولیه که در این خطوط استفاده میشود پهنای باندی معادل 5/2 گیگابیت در ثانیه را به وجود می آورد که تا 10 گیگابیت بر ثانیه قابل افزایش خواهد بود .

همانطور که در شکل بالا مشاهده میکنید ، فرآیند انتقال اطلاعات از Device A‌ به Device B‌ توسط دو اتصال موازی هم صورت میگیرد که هریک با سطح ولتاژ مختلفی کار میکنند در مسیر بالا اطلاعات فقط در جهت رفت و در مسیر پایین فقط در جهت برگشت به صورت سریال انتقال میابند .
یکی دیگر از مشخصه های جالب PCI Express توانایی کنار هم قرار دادن خطوط اتصال و تشکیل یک باس عریض تر میباشد . با این فرض PCI Express مدلهای X1, X2, X4, X8, X12, X16 و X32‌ را شامل میشود .
شکاف های PCI Express از جهتی شبیه به شکاف های PCI هستند همانطورکه در شکل نشان داده شده کانکتور PCI Express در پشت اسلت ‍PCI و در انتهای عرض مادربرد قرار میگیرد در نتیجه استفاده از کارت های توسعه PCI یا PCI Express بر روی یک شکاف امکان پذیر میشود .

PCI Express X1 پهنای باند 200 مگابایت بر ثانیه را پیشکش میکند ، این پهنای باند حاصل دو اتصال 100 مگابایت بر ثانیه است که یکی برای رفت و یکی برای بازگشت است. نمودار زیر حداکثر پهنای باند در یک پین از خطوط اتصال را در باس های مختلف نشان میدهد .

چیپست های Grantsdale اینتل از یک باس PCI Express X16 ویژه کارت های گرافیک استفاده میکنند ، این باس پهنای باند 4 گیگابایت بر ثانیه را در هرجهت به ارمغان می آورد (8 گیگابایت بر ثانیه به صورت همزمان در دوجهت سطح مقطع باس ) ، تقریبا دو برابر پهنای باند AGP 8X بنابر این PCI Express X16 در آینده جانشین AGP خواهد و با پهنای باند گسترده خود شرایط را برای کارت های گرافیکی پیشرفته بهبود میبخشد .
در شکل زیر شکاف این باس را در پایین و شکاف PCI Express X1 را در بالا قرار دارن

شکل زیر نیز نمایی از یک مادربرد است که بر پایه توپولوژی PCI Express‌ طراحی شده است پیش بینی میشود در آینده اینگونه مادربردها جایگزین مادربردهای فعلی شوند . با توجه به محل استقرار اسلت های RAM میتوان نتیجه گرفت که اینتل بر خلاف AMD مایل نیست تا کنترلر حافظه را از پل شمالی به CPU منتقل کند . این ماکت در نمایشگاه IDF2002 به نمایش گذاشته شده بود .

همانند تغییرات و ارتقاءهای دیگر ، تحول PCI به PCI Express یک شبه رخ نمیدهد ، به نظر میرسد تا سال 2004 و تا زمان چیپست Grantsdale هیچ محصولی مبتنی بر PCI Expressn به وارد بازار نشود ؤ شاید اولین آنها کارت های گرافیکی باشند که از سوی دnVIDIA یا ATi ارائه شوند . 
منبع : www.anandtech.com
البته زحمت ترجمه این مقاله رو آقای ابرهیم حق دوست کشیدند.اگه متنش یه کمی سنگینه به هر حال سولات خودتون رو مطرح کنید تا جواب بدم.( فعلا با E-mail) .
      
         با تشکر محسن