‌ فلسفه وجودی PCI Express

■ این قسمت خیلی مهمه حتما بخونید :    

از سال های قبل ، یکی از بزرگترین دغدغه های مهندسین سخت افزار کامپیوتر این بوده که دستگاه های جانبی رو چطور به کامپیوتر وصل کنیم . در این بین مشکلاتی مثل نویز ، پهنای باند ، سرعت انتقال ، سازگاری ، هزینه و خیلی مسائل دیگه وجود داشتن .

دستگاه های جانبی مثل حافظه ها ، کارت گرافیک و کارت شبکه دستگاه هایی هستن که باید به یه شکلی به کامپیوتر وصل می شدن . واسه این کار ، استانداردهای زیادی معرفی شد . ما به گذشته های دور کاری نداریم ، در سال 1992 شرکت اینتل یه استانداردی به نام PCI معرفی کرد . PCI در واقع یک مسیر مشترک برای اشتراک دیتا در دستگاه های مختلف بود . اساس کار PCI بر انتقال اطلاعات به صورت موازی بود یعنی به ازای هر بیت ، یک سیم باید در نظر گرفته میشد . مثلا اگه 32 بیتی بود 32 تا سیم باید روی مادربورد طراحی می شد تازه جدای خطوط کنترلی که واجب بودن . در انتقال موازی ، 32 تا بیت می تونن به طور همزمان و در یک کلاک پالس عبور کنن . شاید تو نگاه اول خوب باشه اما مشکلاتی هم داره . وقتی جریان از داخل یه سیم عبور میکنه میدان الکترومغناطیسی اطراف اون سیم ایجاد میشه که می تونه روی جریان سیم کناری تاثیر بذاره حالا هرچی سرعت کلاک پالس بیشتر باشه این میدان الکترومغناطیسی بیشتر میشه . پس یکی از مشکلات این بود که نمی تونستن بیشتر از یه حدی کلاک پالس رو افزایش بدن . مشکل اصلی تاثیر میدان مغناطیسی روی دیتای سیم های کناری بود 

یه مشکل مهم تر این بود که چجوری این 32 تا سیم رو روی مادربورد پیاده سازی کنن ! خب امکان این نبود که سیم ها از نظر طول یکسان طراحی بشن واسه همین مشکلی به نام Clock Skew به وجود میومد . یعنی چی ؟ یعنی به خاطر تفاوت طول مسیرها ، یه بیت زودتر می رسید به مقصد و یه بیت دیرتر . اون بیتی که زودتر می رسید حق برگشت نداشت تا زمانی که همه بیت ها برسن . اینجوری تاخیر زمانی زیاد میشد .     

مشکل دیگه این بود که در انتقال موازی دیتا ، دستگاه ها نمی تونن به طور همزمان دیتا بفرستن و بگیرن ، باید سیگنال رفت بره و به مقصد برسه حالا اگه اون یکی خواست سیگنال برگشت بفرسته می تونه . PCI Express از انتقال سری یا سریال استفاده میکنه . در انتقال سری ما کلا به 4 تا سیم نیاز داریم . دو تا واسه ارسال و دو تا هم واسه دریافت سیگنال . در انتقال سری هر بیت با هر کلاک پالس منتقل میشه ، در این نوع انتقال دیتا ، امکان افزایش سرعت کلاک پالس وجود داره . شاید پیش خودتون بگید سرعت انتقال دیتا در موازی که بیشتره چون در هر کلاک پالس 32 بیت جابجا میشه اما در نوع سری در هر کلاک فقط یک بیت ! خب در نوع سری سرعت کلاک رو بیشتر می کنن . مثلا پهنای باند در PCI حدود 133 مگاهرتز بود اما در نوع سری و کم سرعت ترین نوع PCI Express ، پهنای باند حدود 250 مگابایت در ثانیه هست چون کلاک پالسش 2.5 گیگاهرتزه .