为什么我主板上的 PCI Express 端口大小不同？ x16、x8、x4 和 x1 解释

PCI Express 标准是现代计算的主要内容之一，在过去十年中生产的每台台式计算机上或多或少都有一个插槽。 但是连接的性质有点模糊：在一台新 PC 上，您可能会看到六个或三个不同尺寸的端口，都标有“PCIE”或 PCI-E。 那么为什么会出现这种混淆，以及您可以实际使用哪些呢？

了解 PCI Express 总线

作为对原始 PCI（外围组件互连）系统的升级，PCI Express 在 2000 年代初期最初开发时具有一个巨大的优势：它使用点对点访问总线而不是串行总线。 这意味着每个单独的 PCI 端口及其安装的卡都可以充分利用它们的最大速度，而不会在单个总线中阻塞多个卡或扩展。

通俗地说，将您的台式电脑想象成一家餐厅。 旧的 PCI 标准就像一个熟食店，每个人都排着长队等待上菜，服务速度受到柜台一个人的限制。 PCI-E 更像是一个酒吧，每个顾客都坐在指定的座位上，多个调酒师同时为每个人点菜。 （好吧，所以不可能立即为每位顾客安排调酒师，但我们假设这是一个非常棒的酒吧。）通过为每个扩展卡或外围设备提供专用数据通道，整个计算机可以更快地访问组件和附件。

现在扩展我们的熟食店/酒吧比喻，想象其中一些座位有多个专为他们预留的调酒师。 这就是多车道的想法出现的地方。

快车道上的生活

PCI-E自诞生以来经历了多次修改； 目前新的主板通常使用标准的第 3 版，更快的第 4 版变得越来越普遍，第 5 版预计将在 2019 年推出。但不同的修订版都使用相同的物理连接，这些连接可以有四种主要尺寸：x1、x4、x8 和 x16。 （x32 端口存在，但极为罕见，通常在消费类硬件上看不到。）

不同的物理尺寸允许同时连接到主板的数据引脚数量不同：端口越大，卡和端口上的最大连接数就越多。 这些连接通俗地称为“通道”，每个 PCI-E 通道由两个信号对组成，一个用于发送数据，另一个用于接收数据。 PCI-E 标准的不同版本允许在每条通道上使用不同的速度。 但一般来说，单个 PCI-E 端口及其连接的卡上的通道越多，外围设备和计算机系统其余部分之间的数据流动速度就越快。

回到我们的酒吧比喻：如果您将坐在酒吧的每个顾客想象成一个 PCI-E 设备，那么 x1 通道将是为单个客户服务的单个调酒师。 但是坐在指定的“x4”座位上的顾客会有四个调酒师给他拿饮料和食物，而“x8”座位上会有八名调酒师来为​​她提供饮料，而坐在“x16”座位上的那个会有多达十六个调酒师只为他。 现在我们将停止谈论酒吧和调酒师，因为我们可怜的隐喻饮酒者有酒精中毒的危险。

哪些外围设备使用哪些端口？

对于 PCI Express 的通用 3.0 修订版，每通道的最大数据速率为 8 千兆传输，这个术语的意思是“同时处理所有数据和电子开销”。 在现实世界中，PCI-E 第 3 版的速度略低于每通道每秒 1 GB。

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因此，使用 PCI-E x1 端口的设备（如低功率声卡或 Wi-Fi 天线）可以以大约 1GBps 的速度将数据传输到计算机的其余部分。 可以连接到物理上更大的 x4 或 x8 插槽的卡（如 USB 3.0 扩展卡）可以将数据传输速度提高四到八倍——如果最大使用两个以上的 USB 端口，则需要这样做传输率。 PCI-E x16 端口在 3.0 版本上的理论最大值约为 15GBps，用于几乎所有由 NVIDIA 和 AMD 设计的现代显卡。

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对于哪些扩展卡将使用哪些通道数没有任何设定的指导方针。 显卡倾向于使用 x16 只是为了最大程度地传输数据，但显然你不需要网卡来使用 x16 端口和 16 个完整通道，因为它的以太网端口只能以每秒 1 Gb 的速度传输数据（大约是一个 PCI-E 通道吞吐量的八分之一——记住，八位到一个字节）。 有少量安装了 PCI-E 的固态驱动器更喜欢 x4 端口，但这些似乎已被新的 M.2 标准迅速取代，后者也可以使用 PCI-E 总线。 高端网卡和发烧友设备（如适配器和 RAID 控制器）混合使用 x4 和 x8 格式。

记住：PCI-E 端口大小和通道可能不是一回事

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这是 PCI-E 设置中更令人困惑的部分之一：一个端口可能是 x16 卡的大小，但只有足够的数据通道用于速度慢得多的东西，比如 x4。 这是因为虽然 PCI-E 基本上可以容纳无限数量的单个连接，但芯片组的通道吞吐量仍然存在实际限制。 带有更多预算导向芯片组的更便宜的主板可能最多只能使用一个 x8 插槽，即使该插槽可以在物理上容纳 x16 卡。 同时，“游戏玩家”主板将包括多达四个完整的 x16 尺寸和 x16 通道 PCI-E 插槽，以实现最大的 GPU 兼容性。 （我们在这里更详细地讨论了这个问题。）

显然，这可能会导致问题。 如果您的主板有两个 x16 大小的插槽，但其中一个只有 x4 通道，那么将您花哨的新显卡插入错误的插槽可能会使其性能降低 75%。 当然，这是一个理论上的结果：主板的架构意味着您不会看到如此急剧的下降。 关键是，正确的卡需要进入正确的插槽。

幸运的是，特定 PCI 插槽的通道容量通常在计算机或主板手册中都有说明，并说明了哪个插槽具有哪个容量。 如果没有手册，通道数一般写在主板的PCB上靠近端口的地方，像这样：

此外，较短的 x1 或 x4 卡可以在物理上适合较长的 x8 或 x16 插槽：电触点的初始引脚配置使其兼容。 该卡在物理上可能有点松动，但是当将其拧入 PC 机箱的扩展槽中时，它已经足够坚固了。 自然，如果卡的触点在物理上大于插槽，则无法插入。

所以请记住，在为 PCI Express 插槽购买扩展卡或升级卡时，您需要注意可用端口的大小和通道等级。

图片来源：新蛋，亚马逊