Чем отличаются разные версии PCI Express

Стандарт PCI Express – это основа современных компьютеров. Одна из многих. Какую материнскую плату ПК ни возьми, слоты PCI Express в данный момент уверенно занимают в ней свое место. И надо признать, что они вытесняют другие стандарты. В частности, такие как PCI. 

Однако даже у стандарта PCI Express есть свои разновидности. У него же такой характер подключения, который отличается от других вариантов. 

Если возьмешь новые материнские платы, которые были изготовлены после 2010 года, то можешь рассмотреть на одной материнской плате множество портов. Они обозначаются как PCIE либо PCI-E, и они иногда различаются по набору линий: или одна (x1), или несколько (x2, x4, x8, x12, x16 и x32).

Шина PCI Express: что это такое?

В начале века, мы перешли со стандарта PCI (то есть взаимосвязь периферийных компонентов), который откровенно устарел, на PCI Express. 

У данного стандарта было одно большое преимущество. Вместо последовательной шины, то есть вместо PCI, стали применять двухточечную шину доступа. Это надо понимать так: каждый отдельный порт PCI, а также карты, которые в него установлены, могли сполна применять максимальную пропускную способность. Причем так, чтобы не мешать друг другу, как это бывало, когда подключаешься к PCI. 

Тогда периферийных девайсов, которые вставляли в карты расширения, существовало много. Например, аудио карты, сетевые карты, ТВ-тюнеры и пр. Какой из них ни возьми, он обязательно потребует достаточного количества ресурсов ПК. 

Можете представить собственный декстопный ПК, как маленький магазин, в котором один-два продавца? Старый стандарт PCI нужно воспринимать в качестве гастронома. Ведь каждый ждал в единственной общей очереди, чтобы его обслужили. Проблемы появлялись потому, что за прилавком всего один продавец. 

По этой аналогии PCI-E (PCI Express) нужно воспринимать в качестве гипермаркета. Здесь уже любой покупатель направляется за товаром по своему маршруту. И его уже могут обслужить на выходе сразу несколько кассиров. Очереди меньше, покупки идут быстрее.

Понятно, что в гипермаркет скорость обслуживания покупателей больше, чем в маленьком магазине. Причем в несколько раз. Ведь у маленькой торговой точки пропускная способность – это один продавец. И большего себе в таком магазине позволить не могут.

Как влияет число линий на пропускную способность

Далее нам предстоит расширить наше сравнение магазина с гипермаркетом. Представим, что в каждом отделе гипермаркета есть кассиры, которые зарезервированы лишь для него. Именно здесь и может появиться идея нескольких полос передачи данных.

Стандарт PCI-E после того, как его разработали, часто изменялся. Сейчас же новые материнские платы, как правило, массово применяют уже его третью версию. Причем более быстрая четвертая версия также получила некоторое распространение. Да и пятая версия уже вышла на рынок. 

Отличия в физических размерах портов PCI-Express предоставляют возможность их четкого разделения по численности одновременных соединений с материнской платой. Понятно, что большой порт физически может больше осуществлять передачу на карту или обратно максимальных подключений. 

Данные соединения некоторые определяют как линии. Такая линия может быть представлена в качестве дорожки, которая соединяется из двух сигнальных пар. Одна предназначена для того, чтобы отправлять данные. Другая же – для того, чтобы их принимать. 

Теперь вернемся к нашим рассуждениям о магазине и гипермаркете. Когда мы говорим про единственного кассира в магазинчике, то полоса x1 и станет этим единственным продавцом, который в состоянии обслужить лишь одного покупателя. У гипермаркета, у которого четыре кассира, уже присутствуют четыре линии х4. И аналогию можно продолжить, увеличивая количество кассиров в соответствии с количеством линий, умножая их на 2.

В каких девайсах применяют PCI Express

Для версии PCI Express 3.0 общая скорость передачи данных может составить максимум 8 ГТ/с (Гигатранзакций/с). На практике же для этой версии стандарта скорость несколько ниже гигабайта в секунду на одну полосу.

Значит, любой девайс, который применяет порт PCI-E x1 (в частности, звуковая карта малой мощности или Wi-Fi-антенна), способны осуществлять передачу данных с максимальной скоростью в 1 Гбит/с.

Скорость, с которой осуществляют передачу данных порты PCI-E x16, по теории, лимитируется максимальной полосой пропуска на уровне примерно 15 Гбит/с. Этого более, чем достаточно было в 2017 году для всех тогдашних графических видеокарт, которые создали NVIDIA и AMD.

Стандарт PCI Express 4.0 предоставляет возможность применять уже 16 ГТ/с (Гигатранзакций/с), а PCI Express 5.0 ориентируется на показатель 32 ГТ/с (Гигатранзакций/с).

Однако сейчас нет таких компонентов, которые смогли бы применять такое количество полос, где пропускная способность максимальная. Как правило, актуальные качественные графические карты применяют x16 стандарта PCI-E 3.0. 

В продаже вам могут предложить твердотельные накопители PCI-E, которые осуществляют поддержку порта x4, но их очень быстро вытесняет новый стандарт M.2 для твердотельных накопителей. Они тоже могут применять шину PCI-E. Сетевые карты высокого качества и оборудование для продвинутых пользователей (например, RAID-контроллеры) применяют сочетание форматов x4 и x8.

Различия в размерах портов и линий PCI Express

Тут мы сталкиваемся с одной из самых запутанных проблем по PCI-E: порт могут изготовить в форм-факторе x16, однако у него при этом может быть недостаточное число полос для того, чтобы пропускать данные. Это можно объяснить тем, что даже, когда PCI-E способен нести на себе неограниченное число отдельных соединений, то все-таки есть реальный предел пропускной способности полосы. 

Материнские платы более дешевые, с недорогими бюджетными чипсетами, иногда имеют лишь единственный слот x8. Даже тогда, когда данный слот способен физически разместить карту форм-фактора x16.

Конечно, это иногда связано с некоторыми проблемами. Когда у материнской платы пара слотов размером x16, но при этом у одного из них лишь полосы x4, то при подключении новой графической карты уменьшается производительность первой. Причем намного. Аж на 75 процентов. 

Безусловно, это лишь теоретический результат. Архитектура материнских плат устроена так, что не заметишь резкого падения производительности.

Правильная конфигурация пары графических видеокарт должна задействовать именно пару слотов x16, когда вы желаете, чтобы был максимальный комфорт от этого тандема. Каково число линий на вашей материнской плате у того или иного слота? Установить это можно с помощью руководства на официальном сайте производителя.

И знайте, что меньшая по длине карта x1 либо x4 способна физически вложиться в более удлиненный слот x8 либо x16. Схема электрических контактов карты делает это вполне реальным. Но, конечно, когда карта физически больше по сравнению со слотом, то вставить ее не получится.

Вот почему, когда вы будете покупать карты расширения или будете обновлять текущие, то не забывайте о том, каков размер слота PCI Express и каково количество необходимых полос.