计算机主板pci插槽,什么是PCI插槽 PCI-E插槽如何辨别【详解】_Reset12138的博客-程序员宅基地

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主板上的扩展插槽曾经是多种多样的,例如曾经非常流行的组合就是PCI插槽搭配AGP插槽,其中AGP插槽主要用在显卡上,而PCI插槽的用途则更广一些,不仅有用在显卡上,还能用于扩展其它设备,如网卡、声卡、调制解调器等等。这两种插槽曾经共同为广大DIY玩家服役多年,然而在一个速率更高、扩展性更强的插槽出现之后,它们就快速退出舞台,被后者彻底取代。而这种可以在短时间内淘汰前辈的新型插槽,就是我们今天要讲的主角,也是现在显卡以及各种扩展卡所用的主流插槽,即PCI-E插槽。什么是PCI插槽?PCI-E插槽到底长什么样子?如何辨别呢

现在PCI-E插槽已经成为了主板上的主力扩展插槽,除了显卡会用到PCI-E插槽外,诸如独立声卡、独立网卡、USB 3.0/3.1接口扩展卡以及SSD等硬件都可以运用PCI-E插槽,因此现在的主板除非是受到板型或者平台芯片的限制,否则厂商都会给它们装上足够多的PCI-E插槽,以确保自家产品的扩展能力,满足玩家的运用需要。只是这主板上的PCI-E插槽有长有短,那它们之间又有什么不一样呢?

PCI-E插槽的相关规范

我们在了解PCI-E插槽之前,先来简单看看PCI-E的相关规范。PCI-E规范又称为PCI Express规范,其由PCI-SIG组织进行制定,该组织组建于1992年,现在成员有包括英特尔、AMD、NVIDIA、惠普、戴尔、高通、联想、IBM等业界老大在内的900多家精英企业,除了现行的PCI-E规范之外,早年的PCI规范以及PCI-X规范也是由该组织制定的。

与基于半双工共享并行架构而制定的PCI以及AGP规范不一样,PCI-E规范是基于全双工点对点串行架构制定的,而且还支持热拔插,其中全双工代表每个PCI-E通道在同一周期内可以实现数据的双向传输;点对点意味着每个PCI-E设备都是独立连接,不需要向整个总线请求带宽;串行传输则可以让其信号速率轻松达到GT/s(相当于GHz)的级别。

现在PCI-E规范已经发展出5个大版本,每一次大版本的进化,都能带来相比上一版本近乎于翻倍的带宽。第一个PCI-E的正式规范也就是PCI-E 1.0诞生于2002年,其信号速率为2.5GT/s,采用8b/10b编码方式,单通道单向带宽达到250MB/s,16通道双向带宽为8GB/s。该规范随后还发展出PCI-E 1.0a和PCI-E 1.1版本,虽然细节上有不少改进但是带宽并没有改变。

PCI-E 2.0规范则在2007年正式发布,其相比于PCI-E 1.x规范最大的变化是信号速率翻倍至5GT/s,因此其带宽也跟随着一起翻倍,单通道单向带宽为500MB/s,16通道双向带宽为16GB/s。此外PCI-E 2.0规范还将对应插槽的供电能力翻倍至最高150W的水平,但出于对兼容性以及主板供电压力等多方面的考虑,最终无论主板厂商、显卡厂商又或者其它PCI-E设备的厂商,在产品开发时都是按照PCI-E 1.0规范的供电要求也就是75W执行的,供电需要高于75W者一律配置外接供电,这个行业规则一直沿用至今。

PCI-E 3.0规范则是现在的主流,其于2010年正式发布,相比PCI-E 2.x规范不仅信号速率提升至8GT/s,而且编码方式也改成了更高效的128b/130b模式,因此单通道单向带宽依然实现了接近翻倍的提升,达到985MB/s的水平,16通道双向带宽高达31.5GB/s。

PCI-E 4.0和PCI-E 5.0则是属于未来的规范,前者在今年10月底才推出了正式版,其再一次实现了信号速率的翻倍,16通道双向带宽达到63GB/s的水平;而后者则计划到2019年方能公布正式版规范,能带来的依然是翻倍的信号速率和翻倍的带宽,16通道双向带宽达到126GB/s。然而基于PCI-E 4.0规范的设备现在依然处于开发和测验阶段,估计要到2018年的年底方能进入消费级市场,PCI-E 5.0规范的推广恐怕最快也要到2020年才能开始了。

PCI-E插槽到底长什么样子?

与经常换插槽的处理器不一样,PCI-E规范虽然已经发展出5大版本,但是在插槽的结构却基本维持一致,同样通道数的PCI-E插槽,我们是无法从外观判定其对应的是哪个版本的PCI-E规范。同时更高版本的插槽也兼容低版本的设备,反之亦然,只是速率上要遵守“短板原理”,因此PCI-E插槽的兼容性是很强的。

当然PCI-E插槽也不是仅有一种,按照PCI-SIG提供的规范,PCI-E插槽有x1,x2,x4,x8,x12,x16和x32共计7种版本,对应1/2/4/8/12/16/32通道,其中PCI-E x32由于体积问题,仅使用在某些特殊场合中,对应的量产产品几乎为零;PCI-E x12则主要用在服务器领域,基本不会出现在消费级平台上;PCI-E x2则主要用于内部的接口而非扩展插槽,即便是部分有提供该接口的主板,其PCI-E x2也基本是以M.2接口的形式出现,而非PCI-E插槽的形式。因此现在主板上主流的PCI-E插槽,基本就集中在PCI-E x1/x4/x8/x16四种上,下面我们就来看看这4种插槽到底长什么样子。

我们首先从PCI-E x16插槽讲起,PCI-E x16插槽全长89mm,拥有164根针脚,分为前后两组,位于前面较短的插槽有22根针脚,主要用于供电,后面一组较长的插槽142根,主要用于数据传输。这样规划让PCI-E x16插槽拥有了极佳的兼容性,可以向下兼容x1/x4/x8级别的设备,在加上其16通道所带来的高带宽,因此PCI-E x16插槽可以说是PCI-E插槽在消费级领域中的完全体,其多数用于安装数据吞吐量很大的产品,如显卡以及RAID阵列卡等。

由于PCI-E x16插槽常用于显卡,因此其基本由处理器直接引出,这样显卡与处理器之间的数据交换就可以实现最低的延迟,让系统的性能可以得到充分的发挥。

相比于PCI-E x8插槽全长56mm,拥有98根针脚,相比于PCI-E x16主要是数据针脚减少至76根,供电针脚并无变化。不过我们很少在主板上看见真正的PCI-E x8插槽,因为它通常会以PCI-E x16插槽的形式出现,但数据针脚只有一半是有效的,也就是说实际带宽只有真正的PCI-E x16插槽的一半

实际上把PCI-E x8插槽做成PCI-E x16的样子是有原因的,因为PCI-E x8就是为了搭建多显卡平台而生的,为了让采用PCI-E x16接口的显卡顺利安装到PCI-E x8接口上,后者自然需要把自己“伪装”成PCI-E x16插槽。当然也有部分PCI-E x8插槽会在后部开一小口,让显卡能够安装,但这样的接口往往需要定制,成本并不比PCI-E x16插槽低,而且视觉上的冲击力也不够,因此直接采用PCI-E x16插槽来做PCI-E x8插槽自然也是情理之中。

那么我们该如何区分真正的PCI-E x16插槽和PCI-E x8模式的PCI-E x16插槽呢?有经验玩家可以观察主板布线,后者的后半段往往是没有线路连接的,甚至没有针脚焊接。不过这并不是最快速的方式,实际上除了旗舰级的平台如X299能提供多条真正的PCI-E x16插槽外,主流级平台包括新近发布的Z370平台都只会提供一条真正的PCI-E x16插槽,就是最靠近处理器的那条。而第二条和第三条PCI-E x16插槽,则多数是PCI-E x8甚至是x4级别的。

PCI-E x4插槽的长度为39mm,同样是在PCI-E x16插槽的基础上,以减少数据针脚的方式实现,主要用于PCI-E SSD,或者是通过PCI-E转接卡安装M.2 SSD等方面。PCI-E x4插槽通常由主板芯片扩展而来,不过随着处理器内部PCI-E通道数的增多,现在有部分高端主板可以开始提供直连处理器的PCI-E x4插槽,用于安装PCI-E SSD时理论上可以提供更好的性能,例如4K QD性能相比运用主板芯片的PCI-E x4插槽时会有一定的提升。

找不到PCI-E x4插槽?其实它是以M.2接口的形式出现

不过与PCI-E x8插槽相似的是,PCI-E x4插槽现在也是很少以真身示人,更多地是以“速率为PCI-E x4级别的PCI-E x16插槽”的形式登场,又或者是扩展为M.2接口,用于安装M.2 SSD、M.2无线网卡或者其它M.2接口设备,其余扩展卡则留给PCI-E x1插槽负责。

PCI-E x1插槽的长度是最短的,仅有25mm,相比PCI-E x16插槽,其数据针脚是大幅度减少至14个。PCI-E x1插槽的带宽通常由主板芯片提供,面向的产品比较广泛,独立网卡、独立声卡、USB 3.0/3.1扩展卡等都会用到PCI-E x1插槽,你甚至可以通过转接线给PCI-E x1插槽装上显卡,用来挖矿或者实现多屏输出。

此外PCI-E x1插槽还存在着另外一个形态,一般称为Mini PCI-E插槽,常见于Mini-ITX主板以及笔记本电脑上,多数用来扩展无线网卡,但由于其在物理结构上与mSATA插槽相同,因此也有不少主板会通过跳线或者BIOS设定让Mini PCI-E接口在PCI-E模式或者SATA模式中切换,以实现一口两用的效果。

不过Mini PCI-E插槽由于带宽上的限制,最终并未有得到广泛的普及,它和mSATA接口在面临M.2接口的进攻时都选择了快速撤退,如今其地位和作用都已经被M.2接口取代,基本上已经告别主流。

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