PCIExpressのしくみ

Peripheral Component Interconnect（PCI）スロットは、コンピュータアーキテクチャの不可欠な部分であるため、ほとんどの人はそれらを当然のことと考えています。何年もの間、PCIは、サウンド、ビデオ、およびネットワークカードをマザーボードに接続するための多用途で機能的な方法でした。

しかし、PCIにはいくつかの欠点があります。プロセッサ、ビデオカード、サウンドカードやネットワークより速く、より強力な、PCIが同じ推移している得ています。32ビットの固定幅があり、一度に5つのデバイスしか処理できません。新しい64ビットPCI-Xバスはより多くの帯域幅を提供しますが、その幅が広いため、PCIの他の問題のいくつかが複雑になります。

PCI Express（PCIe）と呼ばれる新しいプロトコルは、これらの欠点の多くを排除し、より多くの帯域幅を提供し、既存のオペレーティングシステムと互換性があります。この記事では、PCIeとPCIの違いを検証します。また、PCI Expressがどのようにコンピューターを高速化し、グラフィックスパフォーマンスを向上させ、AGPスロットを置き換えることができるかについても見ていきます。

高速シリアル接続

コンピューティングの初期には、大量のデータがシリアル接続を介して移動していました。コンピューターはデータをパケットに分割し、パケットを一度に1つの場所から別の場所に移動しました。シリアル接続は信頼性がありましたが遅いため、メーカーはパラレル接続を使用して複数のデータを同時に送信し始めました。

速度が速くなるにつれて、並列接続には独自の問題があることが判明しました（たとえば、ワイヤが電磁的に相互に干渉する可能性があります）。そのため、振り子は高度に最適化されたシリアル接続に向かって振り返っています。ハードウェアの改善、およびパケットの分割、ラベル付け、再組み立てのプロセスの改善により、USB2.0やFireWireなどのはるかに高速なシリアル接続が実現しました。

PCI Expressは、バスというよりもネットワークのように動作するシリアル接続です。PCIeには、複数のソースからのデータを処理する1つのバスの代わりに、複数のポイントツーポイントシリアル接続を制御するスイッチがあります。（詳細については、LANスイッチのしくみを参照してください。）これらの接続はスイッチからファンアウトし、データを送信する必要のあるデバイスに直接つながります。すべてのデバイスには専用の接続があるため、デバイスは通常のバスのように帯域幅を共有しなくなります。次のセクションでは、これがどのように発生するかを見ていきます。

ありがとうございました

この記事を手伝ってくれたJoshuaSenecalに感謝します。

内容

1. PCIExpressレーン
2. PCIExpress接続速度
3. PCIExpressおよび高度なグラフィックス

コンピューターが起動すると、PCIeはマザーボードに接続されているデバイスを判別します。次に、デバイス間のリンクを識別し、トラフィックが移動する場所のマップを作成し、各リンクの幅をネゴシエートします。このデバイスと接続の識別は、PCIが使用するプロトコルと同じであるため、PCIeはソフトウェアやオペレーティングシステムを変更する必要はありません。

PCI Express接続の各レーンには、送信用と受信用の2対のワイヤが含まれています。データのパケットは、サイクルごとに1ビットの速度でレーンを移動します。X1接続は、最小のPCIe接続は、4本のワイヤで構成された1つのレーンを有します。各方向に1サイクルあたり1ビットを伝送します。x2リンクには8本のワイヤが含まれ、一度に2ビットを送信し、x4リンクは4ビットを送信します。他の構成はx12、x16およびx32です。

PCI Expressは、デスクトップPCとラップトップPCで利用できます。その接続にはPCI接続よりも少ないピンが含まれているため、この使用によりマザーボードの製造コストが低くなる可能性があります。また、イーサネットカード、USB 2、ビデオカードなどの多くのデバイスをサポートする可能性もあります。

しかし、1つのシリアル接続をPCIの32線またはPCIxの64線よりも速くするにはどうすればよいでしょうか。次のセクションでは、PCIeがシリアル形式で膨大な量の帯域幅を提供する方法を見ていきます。

ふたつずつ

「x16」接続の「x」は「by」を表します。PCIe接続は、1、2、4などのようにスケーラブルです。

32ビットPCIバスの最大速度は33MHzで、1秒あたり最大133MBのデータがバスを通過できます。64ビットPCI-Xバスのバス幅はPCIの2倍です。PCI-Xの仕様が異なれば、毎秒512MBから1GBのデータ転送速度が可能になります。

ただし、単一のPCI Expressレーンは、1秒あたり各方向に200MBのトラフィックを処理できます。x16 PCIeコネクタは、毎秒6.4GBの驚くべきデータを各方向に移動できます。これらの速度では、x1接続でギガビットイーサネット接続だけでなく、オーディオおよびストレージアプリケーションも簡単に処理できます。x16接続は、強力なグラフィックアダプタを簡単に処理できます。

これはどのように可能ですか？いくつかの簡単な進歩が、シリアル接続速度のこの大幅な向上に貢献しています。

バスを遅くする

干渉と信号劣化は、並列接続で一般的です。材料が貧弱で、近くのワイヤからのクロスオーバー信号がノイズに変換され、接続が遅くなります。PCI-Xバスの追加の帯域幅は、PCI-Xバスがより多くのデータを伝送できることを意味し、さらに多くのノイズを生成する可能性があります。PCIプロトコルもデータに優先順位を付けないため、より重要なデータがボトルネックに陥る可能性があります。使い方加速グラフィックス・ポート、ビデオカード用（AGP）スロットと、トラフィックのかなりの量を除去し、より高速なプロセッサとI / Oデバイスを補うには十分ではありません。

PCIeはAGP接続の必要性を排除できることを確立しました。 x16 PCIeスロットは、現在のAGP8x接続で許可されているよりもはるかに多くのデータを1秒あたりに収容できます。さらに、x16 PCIeスロットは、25ワット/ 42ワットのAGP8x接続とは対照的に、ビデオカードに75ワットの電力を供給することができます。しかし、PCIeは、グラフィックステクノロジーの将来に向けてさらに印象的な可能性を秘めています。

適切なハードウェアがあれば、2つのx16 PCIe接続を備えたマザーボードは、2つのグラフィックスアダプターを同時にサポートできます。いくつかのメーカーがこの機能を利用するシステムを開発およびリリースしています。NVIDIAスケーラブルリンクインターフェイス（SLI）：SLI認定のマザーボード、2枚のSLIグラフィックカードおよびSLIコネクタを使用すると、ユーザーは2枚のビデオカードを同じシステムに入れることができます。カードは、画面を半分に分割することで連携します。各カードは画面の半分を制御し、コネクタはすべてが同期されたままであることを確認します。

ATI CrossFire：2枚のATIRadeon®ビデオカード（1枚は「合成エンジン」チップ付き）を互換性のあるマザーボードに接続します。ATIのテクノロジーは画質に重点を置いており、同一のビデオカードを必要としませんが、高性能システムには同一のカードが必要です。Crossfireは、レンダリングの作業を次の3つの方法のいずれかに分割します。

Alienware Video Array：2枚の既製のビデオカードがVideo MergerHubと独自のソフトウェアと組み合わされています。このシステムは、特殊な冷却および電力システムを使用して、ビデオカードからのすべての余分な熱とエネルギーを処理します。Alienwareのテクノロジーは、最終的に4枚ものビデオカードをサポートする可能性があります。

PCI、PCI-X、およびPCI Expressはすべて互換性があるため、3つすべてが無期限に共存できます。これまでのところ、ビデオカードはPCIeフォーマットへの最速の移行を行っています。ネットワークアダプタとサウンドアダプタ、およびその他の周辺機器は、開発が遅れています。ただし、PCIeは現在のオペレーティングシステムと互換性があり、より高速な速度を提供できるため、最終的にはPC標準としてPCIに取って代わる可能性があります。徐々に、PCIベースのカードは時代遅れになります。

PCI Expressおよび関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

サイズアップ

小さいPCIeカードは大きいPCIeスロットに収まります。コンピュータは単に余分な接続を無視します。たとえば、x4カードはx16スロットに差し込むことができます。ただし、x16カードはx4スロットには大きすぎます。

初版：2005年8月17日

PCI Expressスロットとは何ですか？

PCIはPCIExpressと互換性がありますか？

グラフィックカードはPCIeスロットに入りますか？

PCIはPCIeと同じですか？

PCIとPCIeの主な違いは何ですか？

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