التكنولوجياالمعلوماتمفالاتمقالاتمنوعاتwallpaper download
كل ما تريد معرفته عن PCI Express
كل ما تريد معرفته عن PCI Express
محتوى الموضوع:
1- تعريف ناقل PCI و تاريخه
2- التحديات التى تواجه PCI
3- المعمارية التى يقوم عليها PCI
4- المعمارية التى يقوم عليها الحاسوب اليوم و فى المستقبل
5- أنواع PCI و خصائصهم
6- فوائد و مميزات PCI Express
7- تكنولوجيا جديدة على الساحة PCI Express 3.0- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
نبدأ بالموضوع باذن الله
1- تعريف ناقل PCI و تاريخه
PCI (Peripheral Component Interconnect) Express أى اتصال المكونات الطرفية و هى عبارة عن تكنولوجيا نقل متسلسلة و محجمة من ادخلات و اخراجات صنعت لاستبدال ناقل PCI الذى أصبح قاعدة دائمة فى لوحات الام التى صنعت فى أوائل 1990 حتى عام 2004.
فى الجزء الاخير من عام 2004 شقوق PCI Express بدأت فى الظهور جنبا الى جنب مع الشقوق الاساسية مما أدى الى بدء التحول التدريجى.
قدمت شركة Intel لاول مرة تكنولوجيا PCI فى عام 1991 لاستبدال ناقل ISA/EISA و قد تم الاستيلاء على هذه التكنولوجيا من قبل شركة PCI Special Interest Group PCI-SIG فى عام 1993 و قد قاموا بمراجعة البروتوكول الخاص بال PCI و بالرغم من أن PCI كان قوى و ثابت بما فيه الكفاية ليعيش لاكثر من عقدالا أن عرض النطاق الترددى (bandwidth) المتوفر كان 133 MB/ps أى أن الاجهزة التى تحتاج الى طاقة كثيرة استخدمت الموارد بنسبة 100% و قد تم حل هذه المشكلة جزئيا فى عام 1997 عن طريق تشغيل شق AGP (Accelerated Graphics Port) منفصل أى منفذ المعجل الرسومى مع وجود عرض نطاق ترددى منفصل و قد تم أيضا أخذ خطوات أخرى على مستوى الرقاقة جنبا الى جنب مع المكونات المدمجة التى ساعدت على توسيع أهمية و قدرة PCI و لكن مع مجىء SATA,RAID,Gigabyte Ethernet و الاجهزة التى تحتاج الى طاقة و تكنولوجيا جديدة كان من اللازم التوجهه الى معمارية جديدة.
و قد قدم ناقل PCI العديد من المميزات التى لم تكن موجودة فى الناقلات القديمة و كان من أهمها استقلال المعالج,اتقان الناقل و أهميته و فوائده و عمليات Plug And Play حقيقية فمثلا من خلال اتقان الناقل لوحات الام التى تدعم PCI تكون لديها القدرة على الوصول الى ناقل PCI من خلال عملية تحكيم و التحكم مما يؤدى الى التحكم فى اجراءات الناقل بطريقة مباشرة و فائدة عمليات Plug And Play تكمن فى أنها تسمح للاجهزة بأن يتم كشفها و تكوينها تلقائيا و بذلك تكون قد قدت على التكوين و الكشف اليدوى الذى أحبط المستخدمين.- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
2- التحديات التى تواجه PCI
بالرغم من أن PCI تمتع بكثير من النجاح الا أنه الان يواجه سلسلة من التحديات منها قيود عرض النطاق الترددى,نقص خدمات نقل البيانات مثل نقل البيانات متساوية الزمن و نقص الخصائص لتلبية متطلبات الجيل الجديد من I/O مثل جودة الخدمة,ادارة الطاقة و المحاكاة الافتراضية لل IQ.
النطاق الترددى الخاص بناقل PCI الذى يمكن استخدامه من الممكن أن يكون قليلا بشكل ملحوظ عن النطاق الترددى النظرى و هذا بسبب طوبولوجيا الناقل فعند ناقل PCI النطاق الترددى المستخدم يقل كلما زادت الاجهزة.
بم أن ترددات PCI أصبحت غير كافية فى بعض التطبيقات قامت مشتقات PCI مثل PCI-X و AGP بتوفير النطاق الترددى عن طريق زيادة ترددات الناقل و لكن من الاثار الجانبية من زيادة الترددات هى أنها تؤدى الى تخفيض متساوى فى المسافة التى يمكن توجيه الناقل فيها و عدد الموصلات التى يمكن للناقل استقبالها و تشغيلها و هذا يؤدى الى مفهوم تقسيم ناقل PCI الى قطاعات متعددة و كل واحد من هذه القطاعات تتطلب ناقل PCI-X كامل ليتم توجيهه و توصيله من ال HOST الى كل شق يعمل فمثلا 64-bit PCI-X يتطلب 150 pins لكل قطاع و بالطبع هذا سعره غالى ليتم و يضع الضغط على التوجيه و التوصيل و هذه التكلفة الاضافية يمكن تبريرها فقط عندما يكون النطاق الترددى شىء مهم جدا مثل استخدامه فى Servers.
التطبيقات مثل اكتساب البيانات و تطبيقات الوسائط المتعددة مثل بث الصوت و الفيديو تتطلب نطاق ترددى مضمون و الذى بدونه سيقابل المستخدم الكثير من المشاكل و مواصفات PCI لم تقم بمعالجة هذه المشكلات لان التطبيقات لم تكن منتشرة فى الوقت الذى كان يتم فيه تنمية المواصفات.
نقل البيانات المتزامنة الموجود اليوم مثل الفيديو و الصوت عالى الجودة الغير مضغوط يشرح و يثبت الاحتياج الى نظام ال I/O حتى يمكن وجود قدرات نقل البيانات المتزامنة و لكن من الاثار الجانبية لنقل البيانات المتزامنة هى أن لوحات أم PCI Express الطبيعية تحتاج الى ذاكرة أقل للتخزين المؤقت من لوحات الام المثالية.
أخيرا متطلبات الجيل الجديد من I/O مثل جودة قياسات الخدمة و ادارة الطاقة يحسن من سلامة البيانات الموجودة فى الاجهزة.
PCI Express و هو الجيل الجديد من ناقل PCI قدم لاول مرة فى عام 2004 للتغلب على هذه التحديات فاليوم معظم الحواسيب يتم شحنها بمزيج من شقوق PCI و شقوق PCI Express.- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
3- المعمارية التى يقوم عليها PCI
معمارية PCI Express يمكن تصنيفها فى طبقات كما موضح فى الشكل, التوافق مع نموذج معالجة PCI يتم المحافظة عليها للتأكد من أن جميع التطبيقات و ال Drivers تعمل بدون تغير أو مشاكل ف تكوين PCI Express يستخدم اليات ثابتة و قياسية معرفة فى خصائص PCI Plug And Play.
طبقات السوفتوير تولد طلبات القراءة و الكتابة التى يتم نقلها عن طريق طبقات التعامل الى أجهزة I/O باستخدام بروتوكول, أم طبقة الاتصال و الترابط فهى تضيف أعداد متسلسلة و مترابطة الى هذه الحزم لخلق اليات نقل بيانات مرنة و قوية.
الطبقة المادية الرئيسية تتكون من قناة بسيطة ثنائية وضعت كأداة نقل ازدواجى أداة استقبال ازدواجى, زوجان النقل و الاستقبال عند دمجهم مع بعض يسميان Lane أى ممر فمثلا السرعة الاولى 2.5 Gb/s توفر نطاق ترددى بحوالى 250 MB/s فى جميع الاتجاهات لكل ممر PCI Express Lane و على عكس PCI الذى كان باستخدامه تتم مشاركة النطاق الترددى بين الاجهزة قام PCI Express بجعل النطاق الترددى متوفر لكل الاجهزة.- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
4- المعمارية التى يقوم عليها الحاسوب اليوم و فى المستقبل
معمارية الحاسوب فى 2002 تكونت من عدد من متطلبات متباينة لكل موصل فعلى سبيل المثال اللوحات الرسومية كان يتم ربطهم عن طريق ال AGP و الذاكرة كان يتم توصيلها الى جسر I/O عن طريق عدد من الواجهات مثل HubLink و هو الموضح فى الشكل
كما موضح فى الشكل نجد أن PCI Express يوحد نظام I/O عن طريق استخدام معمارية ناقل شائعة و بالاضافة على ذلك PCI Express يستبدل بعض الناقلات الداخلية التى تربط الانظمة الفرعية.- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
5- أنواع PCI و خصائصهم
PCI Express متوفر فى عدد من أشكال I/O المختلفة و هذا يعتمد على منصة التطبيق (Notebook,Desktop,Server) فمثلا ال Servers التى تحتاج الى نطاق ترددى عالى تحتوى على شقوق PCI Express أكثر و هذه الشقوق توفر ممرات PCI Express أعلى و النقيض لذلك يمكن أن نجده فى ال Notebooks فهى ممكن أن تستخدم معمارية شق PCI Express داخليا و لكنها توفر ممر واحد x1 للاجهزة الطرفية متوسطة السرعة.بعض أنواع PCI:
لوحة أم تحتوى على شقوق PCI Express Express x8 و PCI-X
لوحة رسومية بواجهه x16
شق x8
شق x4
شق x1
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
6- فوائد و مميزات PCI Express
للحواسيب القائمة على القياس و النظم التلقائية أصبح ناقل PCI أفضل ناقل للوحات Plug In Expansion للعديد من الاعوام و مع تطور الحاسوب لم يستطع ناقل PCI مجاراة باقى المنصة لذلك جاء PCI Express لحل هذه المشاكل و يقدم ناقل PCI Express كثير من الفوائد عن طريق 5 مجالات رئيسية و هى:الاداء العالى
و هى ترتبط على وجه التحديد مع النطاق الترددى و قد قام PCI Express بزيادة الاداء بمقدار الضعف فى رابط x1 و يزداد الاداء تدريجيا كلما زادت الممرات (Lanes) و توجد فائدة اخرى غير واضحة و هى أن النطاق الترددى متوفر فى الاتجاهين معا على كل رابط (Link)تبسيط I/O
و هى ترتبط بتبسيط الناقلات الداخلية التى يمكن للمستخدم الوصول اليها مثل AGP,PCI-X و HubLink و هذه الخاصية تقلل من تعقيد التصميم و سعر التصنيعمعمارية متطابقة
PCI Express يؤسس معمارية قادرة على التكيف للتكنولوجيات و المحافظة على استثمارت السوفتوير فى نفس الوقت و يوجد مجالين رئيسيين يستفيدان من المعمارية المتطابقة و هما الطبقة المادية و توافق السوفتويرجيل I/O الجديد
PCI Express يوفر قدرات جديدة لاكتساب البيانات و الوسائط المتعددة عن طريق نقل البيانات المتزامنةسهولة الاستخدام
PCI Express يسهل بطريقة كبيرة كيفيه اضافة مكونات جديدة للجهاز و تطوير النظم
7- تكنولوجيا جديدة على الساحة PCI Express 3.0
تم الاعلان عن اخر مواصفات PCI Express 3.0 فى شهر نوفمبر عام 2010 و تؤكد الخصائص أن الاداء سيتضاعف عند المقارنة مع مواصفات PCI Express 2.0, تطوير مواصفات PCI Express 3.0 استغرق بضع سنوات و لكن بعدما انتهى فريق العمل من تطوير المواصفات اخذ المطورون الاسراع فى ادماج هذه التكنولوجيا الجديدة فى منجاتهم لتلبية طلبات عملائها الراغبين فى زيادة الاداء فمثلا منتجات مراكز البيانات مثل الشبكات,التخزين و ال Servers كلها تستفيد من زيادة السرعة الذى يوفرها PCI Express 3.0 و لكن الشركات كلها تتساءل كم من الوقت سيستغرق السوق حتى يتكيف مع PCI Express؟ و يمكن الاجابة على هذا السؤال من خلال النظر الى الجدول الاتى
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
و يمكن من خلال هذا الجدول المقارنة بين PCI Express 1.1,2.0 و 3.0
عندما ننظر الى الجدول نجد أن بدلا من زيادة ال Raw Bit Rate من 5.0 GT/s الى 10 GT/s تم زيادة فقط الى 8.0 GT/s و هذا لان التحول الى 10 GT/s سيأتى بالحديد من التحديات لجماعة التصميم منها:
1- امكانية التغير فى مكونات و موصلات ال PCB
2- خطر التوافق الكهروميكانيمى
3- النقص الممكن فى امتداد القنوات و الممرات المدعمة- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
و يمكن من خلال هذا الجدول معرفة الترددات الطبيعية للمتحكمات الخاصة بال PCI Express 1.1,2.0 و 3.0
من السهل جعل متحكمات 16 lane PCI Express 1.1 و 2.0 تعمل بالترددات الطبيعية ف 16 رمز أقل من حجم الحزمة الادنى لذلك لا توجد مشاكل فى هذا و لكن عندما نأتى لمتحكم 16 lane PCI Express 3.0 فهناك تأتى المشاكل لان لانه من الصعب جدا أن يعمل بسرعة التردد الطبيعى و هو 1GHz و ذلك بسبب التعقيد و قيود التكنولوجيا لذلك فالتصميم سيحتاج الى معالجة 16 رموز متعددة لكل Core Cycle فالعمل مع 16 رموز متعددة فى نفس الوقت سيدفع الى أقل من الحد الادنى لحجم الحزمة مثلما تقول مواصفات PCI Express فمثلا:
اذا كان التصميم يعمل بنصف سرعة الردد الطبيعى (500 MHz) فهنا سيحتاج التصميم الى معالجة مجموعتين من 16 رموز لكل Core Clock 32 و هذا يعنى أن المتحكم يجب أن يكون 256-bits و الحد الادنى لحجم الحزمة كما موضح فى مواصفات PCI Express 3.0 هو 20 Byte فى الطول و هذا يؤدى الى حالة خاصة ففى هذه الطريقة 2 من رموز (STP) يجب أن تتم معالجتهم فى نفس الوقت و هذا الجدول يوضح أكثر فهو يوضح واجهه 16-bit PIPE
