PCI Express: cos’è la comunicazione PCIe e come funziona

Se vuoi espandere le funzionalità sulla scheda madre del tuo computer, hai bisogno di uno standard di comunicazione in grado di collegare la CPU con schede o componenti che forniscono soluzioni aggiuntive. Per circa un decennio, questa interfaccia o bus è stata chiamata PCI Express

La possibilità di collegare altre periferiche alla scheda madre dipende dall’esistenza di uno standard di comunicazione. Per queste funzioni di interfaccia di espansione, PCI-Express, o PCIe, è in circolazione dal 2003, coesiste ancora con lo standard PCI sulla maggior parte delle schede madri sul mercato, introdotto per la prima volta da Intel nel 1992, e dalla versione 2, anche da PCI Maintenance Special Interest Gruppo (PCI-SIG). PCI, l’interfaccia di tipo parallelo, e PCIe, il punto a punto tra seriale (Serial Bus) e dispositivi, hanno sostituito le interfacce di espansione più obsolete, in particolare VESA e ISA.

PCIe è uno standard di interfaccia di espansione del bus seriale per computer progettato per sostituire i vecchi standard PCI, PCI-X e AGP.

Lo standard si basa sul trasferimento di dati seriale, in contrapposizione al trasferimento parallelo di PCI. Consente un elevato grado di modularità, in quanto più canali possono essere aggregati per aumentare la larghezza di banda disponibile o per supportare configurazioni specifiche, come l’utilizzo di due o più schede video; inoltre, la larghezza di banda di ciascun canale è indipendente dagli altri.

A partire dall’abbreviazione latina di sintesi, un bus in informatica si riferisce a un canale di comunicazione che consente a componenti e periferiche di connettersi e scambiare informazioni e dati.

PCI Bus esiste in varie versioni (PCI, PCI 2.0, ecc.), come mostrato di seguito, i trasferimenti che avvengono attraverso di esso sono costituiti da una fase di indirizzamento e da una o più fasi dati, con bassa latenza e alto throughput (che rappresenta la velocità effettiva).

PCI Express, noto anche come Peripheral Component Interconnect Express, è simile a PCI e consente di interconnettere schede grafiche, schede audio, schede GPU (Graphics Processing Unit), schede di rete fisse o wireless, dischi rigidi, SSD e altro alla scheda madre . In genere, le schede PCIe vengono aggiunte inserendo i relativi pin nei connettori o negli slot PCIe. Poiché lo standard PCI Express offre la possibilità di utilizzare da 1 a 32 collegamenti di comunicazione (teorici), detti “corsie” (linee, corsie, costituite da due coppie di fili o coppie differenziali, ciascuna coppia, per trasmissione duplex e ricezione seriale) dispongono di slot di diverse lunghezze. I più corti sono quelli con corsie (o x1, dove il prefisso x indica un numero). Quindi ci sono quattro (x4), 8 (x8) e 16 (x16) sul mercato.

Gli slot PCI express x1 sono sufficienti per le schede a basso consumo di banda, come le WI-Fi o le 10/100/1000 Ethernet; le schede PCIe x16 (che supportano anche le card 1x, 4x e 8x, garantendo solo la bandwidth già prevista per queste varianti) sono necessarie per molte schede di rete 10GbE e schede grafiche ad alte prestazioni.

Naturalmente, slot PCIe x16 sono in grado di trasferire maggiori volumi di dati rispetto a slot PCIe x1 ogni secondo.

Differenza PCI e PCI express

A differenza di PCI e PCI-X, PCIe utilizza una topologia point-to-point basata su collegamenti seriali separati che si connettono a un dispositivo chiamato root complex, dove media il dispositivo con la CPU, il sottosistema di memoria (e, tramite bridge, anche con dispositivi PCI e PCI-X). La frequenza di clock utilizzata in PCIe è 100 MHz e la sorgente di clock condivisa viene utilizzata solo come riferimento per il trasmettitore per impedire la compensazione del ricevitore. Come con altri protocolli seriali ad alta velocità, l’orologio è incorporato nei segnali scambiati tra le controparti in una connessione punto a punto. Tra i limiti del PCI spicca l’utilizzo di architetture di bus condivise e parallele. I dispositivi PCI condividono una serie di indirizzi contenuti nello spazio degli indirizzi del processore. In parallelo, il bus deve essere sincronizzato su un unico clock, che nella prima versione di PCI era di 33 MHz. PCI 66 MHz è utilizzato oggi. Esiste anche una versione più avanzata di PCI, PCI Extended o PCI-X, progettata per server e con clock a 133 MHz.

I vantaggi di PCIe e perché ripaga

I dispositivi PCIe sono utili perché sfruttano l’interfaccia PCI Express per ridurre la latenza rispetto alle interfacce parallele. Sempre più fornitori stanno investendo in PCIe e adottando nuove versioni con prestazioni, affidabilità e funzionalità migliorate. Tra questi, anche quelli che riducono i consumi energetici. I produttori di dispositivi PCIe stanno sfruttando l’interfaccia PCI Express per supportare altri tipi di interfaccia come SATA 3.0 e USB 3.0. Pertanto, puoi utilizzare le schede Mini-Sata (mSata) collegandole a un adattatore che si collega a uno slot PCIe. In alternativa, puoi aggiungere una porta USB 3.0 utilizzando una scheda PCI Express. Allo stesso tempo, PCIe supporta sempre più fattori di forma, inclusi M.2, U.2. Offre inoltre nuovi cavi che consentono di collegare dispositivi PCIe esterni agli slot PCIe sulla scheda madre. Pensa alle apparecchiature mediche o industriali elettroniche, ecc.

Cos’è l’SSD PCIexpress

Gli SSD PCIe sono unità a stato solido che non utilizzano l’interfaccia SATA della scheda madre per comunicare con il file system di Windows. Hanno il proprio controller di archiviazione integrato, che non deve essere confuso con il chip del controller SSD standard utilizzato dagli SSD. Il controller di archiviazione in un SSD PCIe utilizza il sistema operativo stesso o un driver fornito dal produttore.

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