PCI-Express總線簡(jiǎn)析

PCI Express是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線的名稱，不過大家聽得最多的還是“接口”這個(gè)詞。PCI Express的確是下一代的總線接口，而采用此類接口的產(chǎn)品，多為顯卡，而PCI-E接口的顯卡，也已在2004年正式面世。早在2001年的春季“英特爾開發(fā)者論壇”（IDF2001）上，英特爾公司就提出了要用新一代的技術(shù)取代PCI總線和多種芯片的內(nèi)部連接，并稱之為第三代I/O總線技術(shù)。隨后在2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM在內(nèi)的20多家業(yè)界主導(dǎo)公司開始起草新技術(shù)的規(guī)范，并在2002年完成，對(duì)其正式命名為PCI Express?？磥?，新技術(shù)也并不是一促而僦的，它也需要長(zhǎng)期的準(zhǔn)備，這樣，才會(huì)讓它一面世便擁有相當(dāng)?shù)某墒於取?/p>本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201612/330160.htm

特點(diǎn)

1、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式
　　和傳統(tǒng)的PCI總線相比，PCI Express在工作方式上有了根本的革新——采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)總線連接方式。我們知道傳統(tǒng)的PCI總線是以獨(dú)占帶寬的方式進(jìn)行工作的，任何一個(gè)時(shí)間PCI總線上只能有一個(gè)設(shè)備進(jìn)行通訊，一旦PCI總線上設(shè)備增多，總線控制權(quán)爭(zhēng)用的問題就會(huì)嚴(yán)重制約PCI設(shè)備性能的發(fā)揮。PCI Express總線采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式，每個(gè)設(shè)備在要求傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候各自建立自己的傳輸通道，對(duì)于其他設(shè)備這個(gè)通道是封閉的，各個(gè)通道互不干擾，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男室虼舜鬄樘岣摺?br />2、串行的傳輸方式
　　PCI Express的數(shù)據(jù)傳輸為串行方式，使用“電壓差動(dòng)式信號(hào)傳輸”，即是兩條線路，以相互間的電壓差作為邏輯“0”“1”的表示。每?jī)蓷l線路組成一個(gè)通路(Lane)，每個(gè)通路的理論傳送速率為2.5Gbit/s，實(shí)際中可以有兩個(gè)傳送通路，分為上行和下行，這樣PCI Express就可以工作在雙工狀態(tài)下，能提供更高的傳輸速率和質(zhì)量。
3、高速率傳輸
　　PCI Express分為x1、x2、x4、x8、x16和x32幾種形式。形狀上看x1最短，越往上則越長(zhǎng)。它們是向下兼容的。PCI Express x16單通道就具有5GB/s（2.5Gb×16/8＝5GB/s）帶寬，不過由于采用8b/10b編碼，事實(shí)上的有效帶寬為4GB/s（扣除20％的植入時(shí)鐘信號(hào)）。同理，替代現(xiàn)行PCI插槽的“PCI Express x1”單通道應(yīng)該具有250MB/s的帶寬，而傳統(tǒng)PCI總線的帶寬為133MB/s。PCI-Express的高帶寬，能實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)吞吐能力。

注：x1表示有1條數(shù)據(jù)通道，x2表示有2條數(shù)據(jù)通道，x4表示有4條數(shù)據(jù)通道，依此類推。
4、熱插拔的支持(須主板支持）
　　PCI Express總線數(shù)據(jù)傳輸距離長(zhǎng)達(dá)3m，使得各硬件子系統(tǒng)完全可在空間上彼此分開，只用線纜連接。它支持熱插拔功能，可對(duì)所有的接入設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，這樣硬件廠商可設(shè)計(jì)出形狀和大小都符合模塊化要求的部件，用戶需要擴(kuò)充和升級(jí)硬件時(shí)，只需要把舊的拔掉，新的插上就可以了，不用關(guān)機(jī)。
5、良好兼容性
　　另外PCI Express總線還在軟件級(jí)別上兼容PCI規(guī)范，不需要更新操作系統(tǒng)和BIOS，即可使用。未來采用PCI Express總線的主板仍可支持PCI插槽，各種PCI接口的擴(kuò)展卡可以低帶寬模式正常運(yùn)行。這就為PCI Express的迅速普及提供了基礎(chǔ)，不需面對(duì)等待軟件的尷尬。

總體系統(tǒng)架構(gòu)

1、PCI Express基本結(jié)構(gòu)

PCI Express的基本結(jié)構(gòu)包括根組件（Root Complex）、交換器（Switch）和各種終端設(shè)備（Endpoint）。根組件可以集成在北橋芯片中，用于處理器和內(nèi)存子系統(tǒng)與I/O設(shè)備之間的連接，而交換器的功能通常是以軟件形式提供的，它包括兩個(gè)或更多的邏輯PCI到PCI的連接橋（PCI-PCI Bridge），以保持與現(xiàn)有PCI兼容。當(dāng)然，像PCI Express-PCI的橋設(shè)備也可能存在。在PCI Express架構(gòu)中的新設(shè)備是交換器（Switch），它取代了現(xiàn)有架構(gòu)中的I/O橋接器，用來為I/O總線提供輸出端。交換器支持在不同終端設(shè)備間進(jìn)行對(duì)等通信。下圖1就是PCI Express 1.0的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖-1

2、PCI與PCI Express總線結(jié)構(gòu)比較

為了便于與現(xiàn)行的PCI總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效對(duì)比，現(xiàn)把兩種總線的桌面系統(tǒng)架構(gòu)并列于下圖2中。

圖-2

在圖中現(xiàn)有的PCI架構(gòu)中，用于顯卡的接口為AGP，而新的PCI Express架構(gòu)中以PCI Express取代了，現(xiàn)有PCI架構(gòu)I/O橋接器中的PCI/PCI-X橋接器在PCI Express架構(gòu)中全部以Switch交換器取代，增加了一些PCI Express總線接口用于與終端設(shè)備連接，當(dāng)然為了保持與現(xiàn)有PCI兼容，在第一版PCI Express架構(gòu)中仍保留PCI接口。

3、桌面、移動(dòng)和服務(wù)器系統(tǒng)中PCI Express總線技術(shù)的應(yīng)用

PCI Express總線技術(shù)將全面應(yīng)用于桌面、移動(dòng)和服務(wù)器系統(tǒng)中，但各自的體系結(jié)構(gòu)不完全相同，如圖3左圖所示的是桌面機(jī)和移動(dòng)筆記本電腦中使用PCI Express總線的系統(tǒng)架構(gòu)，而圖3右圖所示的是服務(wù)器和工作站中使用PCI Express總線的系統(tǒng)架構(gòu)。除此之外，在網(wǎng)絡(luò)中同樣可以以使用PCI Express總線技術(shù)進(jìn)行通信，結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖-3

從圖3中的兩個(gè)應(yīng)用架構(gòu)比較可以看出，PCI Express總線技術(shù)在服務(wù)器和工作站中的應(yīng)用更為徹底，在服務(wù)器/工作站中除了內(nèi)存子系統(tǒng)與芯片組之間的通信外，其它都是采用PCI Express總線來與芯片連接的，而在桌面機(jī)中在目前來說還主要是取代顯卡中的AGP總線和其它PCI板卡，如網(wǎng)卡，至于硬盤和外設(shè)接口都仍是采用相應(yīng)的總線接口直接與芯片組連接。

圖-4

從圖中可以看出，PCI Express總線在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用也是非常徹底的，除了內(nèi)存子系統(tǒng)外，幾乎所有的外設(shè)及內(nèi)置板卡都是直接或者間接通過PCI Express總線與芯片組連接的。
綜上所述，目前來說PCI Express總線主要還是先從服務(wù)器、工作站和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備得到徹底應(yīng)用，在桌面機(jī)中主要以先取代AGP和部分PCI接口開始。