PCI express: perché ha sostituito PCI e AGP

Il bus PCI express, che oggi è il più utilizzato nelle schede dei computer per dialogare con le periferiche esterne su slot PCI express ed anche per l’accesso alla scheda grafica, deriva direttamente dal predecessore PCI ed ha rapidamente soppiantato l’AGP, nato per interfacciare direttamente la GPU con la memoria di sistema del computer allo scopo di gestire la composizione di immagini e l’elaborazione di grafiche particolarmente impegnative.

Malgrado si avvalga di un controller, peraltro integrato nel chipset Northbridge, il PCI Express consente un’elevata velocità di trasferimento dei dati e beneficia della scalabilità tipica delle soluzioni modulari, tanto da non aver nulla da invidiare all’AGP.

Il bus PCI, apparso per la prima volta nelle schede madri basate su processore i486, forniva 66/133 MB/s di larghezza di banda per i dati, su bus parallelo. Ben presto tale velocità divenne un collo di bottiglia ed è perciò che venne implementato l’AGP, dato che le continue richieste di aumento delle prestazioni spinte dalla necessità di gestire grafica sempre più avanzata imponevano di liberare la scheda grafica da un percorso obbligato a una velocità di trasferimento dati che ormai era troppo limitata.

 

L’Accelerated Graphics Port (AGP) è un’interfaccia di collegamento sviluppata dalla Intel nel 1996 come soluzione per aumentare prestazioni e velocità delle schede grafiche connesse ai PC. Si basa sullo standard PCI 2.1, quindi è un PCI non più a 16 bit ma a 32; ciò ha permesso, nella versione base, di raggiungere data-rate alla frequenza base di 133 MHz, vale a dire il doppio dello standard PCI. Poiché il trasferimento dei dati avviene in modalità parallela, non è possibile una comunicazione bidirezionale contemporanea.

Lo slot AGP compare per la prima volta su una scheda madre con il chipset Intel 440LX, prodotto all’inizio del 1997, sostituito in breve tempo dal 440BX, che supporta l’alimentazione a 3,3V.
La prima versione dello standard AGP raddoppiava la banda passante rispetto a un normale slot PCI perché ne raddoppiava la frequenza, raggiungendo quindi i 266 MB/s, ma era capace di funzionare anche in modalità 2x e raggiungere i 533 MB/s effettuando ben due trasferimenti per ciclo di clock. Successivamente sono state implementate le versioni AGP 4x e 8x, capaci rispettivamente di 4 e 8 trasferimenti dati per ciclo di clock, vale a dire frequenze di 1.066 MB/s e 2.133 MB/s. Per prevenire problemi di compatibilità tra le differenti versioni, ogni gestore AGP può funzionate in modalità base (1x) che viene attivata automaticamente dal BIOS in caso di problemi di comunicazione con la scheda grafica.

La versione 3.0 è stata l’ultima evoluzione di questo bus, ed è stato rimpiazzato dal più veloce PCI Express, il quale ha sostituito anche l’interfaccia PCI, dato che deriva da essa.
Questa specifica si è poi evoluta in PCI Express, dove il trasferimento dei dati non è più parallelo ma avviene in serie attraverso connessioni a coppie di linee di trasmissione e ricezione chiamate Lane (corsie), che consentono di raggiungere velocità di trasferimento dei dati fino a 250 MB/s per direzione. Questo corrisponde alla tecnologia PCI express Rev. 1. In ogni lane avvengono simultaneamente trasmissione e ricezione dei dati, diversamente da quanto accade in un bus parallelo come l’AGP, dove più dati viaggiano insieme, però solo in una direzione.

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I moderni chipset supportano il bus PCI express, che è divenuto il punto di arrivo dei bus per PC.

Più lane possono essere raggruppate per formare link PCI express x4, x8 e x16 allo scopo di aumentare la larghezza di banda e perciò il data-rate della comunicazione; quindi quando nelle specifiche di una scheda video o di una scheda madre si vede scritto che supporta la modalità PCI express 4x, significa che il bus è formato da 4 lane dei dati, ovvero quattro coppie di linee di trasmissione e ricezione unidirezionali. In base alle Lane utilizzate il connettore PCI express può assumere forme differenti; quello standard è il connettore lungo e supporta fino alla modalità 16x, mentre nelle mainboard più recenti è facile trovare dei PCI express semplificati 1x, con connettore “corto”, oppure 4x, con connettore più grande dell’1x ma più piccolo del 16x standard.
L’immagine sottostante è autoesplicativa e mostra i vari tipi di connettore PCI e PCI express su una scheda madre Asus per PC desktop.

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L’interfaccia nel tempo si è rapidamente evoluta sino a raggiungere 500 MB/s per ogni lane con la tecnologia PCI express Rev. 2.
Con il rilascio della recente tecnologia PCI express Rev. 3 (terza generazione) la larghezza di banda per lane è stata raddoppiata portandola a 1 GB/s per lane, quindi un PCI express Gen 3 con 16 lane (x16) permette di raggiungere un totale di 16 GB/s di flusso dati per direzione.

Oggigiorno i chipset delle schede madri supportano tutti il PCI Express a più lane: per esempio gli Intel 82GL40, BD82HM55, BD82PM55, BD82HM65 (gli ultimi tre dispongono di bus multipli -fino ad 8- PCI express Rev. 2).

tabella

Connessioni del chipset Intel serie 6 (BD82HM65): implementa 8 link PCI express.