PCI-Express总线简析

布景

PCI Express是一个计算机体系总线的称号，不过咱们听得最多的仍是“接口”这个词。PCI Express的确是下一代的总线接口，而选用此类接口的产品，多为显卡，而PCI-E接口的显卡，也已在2004年正式问世。早在2001年的春季“英特尔开发者论坛”（IDF2001）上，英特尔公司就提出了要用新一代的技能代替PCI总线和多种芯片的内部衔接，并称之为第三代I/O总线技能。随后在2001年末，包含Intel、AMD、DELL、IBM在内的20多家业界主导公司开端起草新技能的标准，并在2002年完结，对其正式命名为PCI Express。看来，新技能也并不是一促而僦的，它也需求长时间的预备，这样，才会让它一问世便具有适当的成熟度。

特色

1、点对点衔接方法
　　和传统的PCI总线比较，PCI Express在作业方法上有了底子的改造——选用点对点总线衔接方法。咱们知道传统的PCI总线是以独占带宽的方法进行作业的，任何一个时间PCI总线上只能有一个设备进行通讯，一旦PCI总线上设备增多，总线控制权争用的问题就会严峻限制PCI设备功用的发挥。PCI Express总线选用了点对点的衔接方法，每个设备在要求传输数据的时分各自树立自己的传输通道，关于其他设备这个通道是关闭的，各个通道互不搅扰，数据传输的功率因而大为进步。
2、串行的传输方法
　　PCI Express的数据传输为串行方法，运用“电压差动式信号传输”，便是两条线路，以相互间的电压差作为逻辑“0”“1”的表明。每两条线路组成一个通路(Lane)，每个通路的理论传送速率为2.5Gbit/s，实践中能够有两个传送通路，分为上行和下行，这样PCI Express就能够作业在双工状态下，能供给更高的传输速率和质量。
3、高速率传输
　　PCI Express分为x1、x2、x4、x8、x16和x32几种方式。形状上看x1最短，越往上则越长。它们是向下兼容的。PCI Express x16单通道就具有5GB/s（2.5Gb×16/8＝5GB/s）带宽，不过因为选用8b/10b编码，事实上的有用带宽为4GB/s（扣除20％的植入时钟信号）。同理，代替现行PCI插槽的“PCI Express x1”单通道应该具有250MB/s的带宽，而传统PCI总线的带宽为133MB/s。PCI-Express的高带宽，能完成更高的数据吞吐能力。

注：x1表明有1条数据通道，x2表明有2条数据通道，x4表明有4条数据通道，依此类推。
4、热插拔的支撑(须主板支撑）
　　PCI Express总线数据传输间隔长达3m，使得各硬件子体系完全可在空间上互相分隔，只用线缆衔接。它支撑热插拔功用，可对一切的接入设备进行实时监控，这样硬件厂商可规划出形状和巨细都契合模块化要求的部件，用户需求扩大和晋级硬件时，只需求把旧的拔掉，新的插上就能够了，不必关机。
5、杰出兼容性
　　别的PCI Express总线还在软件级别上兼容PCI标准，不需求更新操作体系和BIOS，即可运用。未来选用PCI Express总线的主板仍可支撑PCI插槽，各种PCI接口的扩展卡能够低带宽方式正常运转。这就为PCI Express的敏捷遍及供给了根底，不需面临等候软件的为难。

整体体系架构

1、PCI Express根本结构

PCI Express的根本结构包含根组件（Root Complex）、交换器（Switch）和各种终端设备（Endpoint）。根组件能够集成在北桥芯片中，用于处理器和内存子体系与I/O设备之间的衔接，而交换器的功用一般是以软件方式供给的，它包含两个或更多的逻辑PCI到PCI的衔接桥（PCI-PCI Bridge），以坚持与现有PCI兼容。当然，像PCI Express-PCI的桥设备也或许存在。在PCI Express架构中的新设备是交换器（Switch），它代替了现有架构中的I/O桥接器，用来为I/O总线供给输出端。交换器支撑在不同终端设备间进行对等通讯。下图1便是PCI Express 1.0的拓扑结构图。

图-1

2、PCI与PCI Express总线结构比较

为了便于与现行的PCI总线结构进行有用比照，现把两种总线的桌面体系架构并列于下图2中。

图-2

在图中现有的PCI架构中，用于显卡的接口为AGP，而新的PCI Express架构中以PCI Express代替了，现有PCI架构I/O桥接器中的PCI/PCI-X桥接器在PCI Express架构中悉数以Switch交换器代替，增加了一些PCI Express总线接口用于与终端设备衔接，当然为了坚持与现有PCI兼容，在第一版PCI Express架构中仍保存PCI接口。

3、桌面、移动和服务器体系中PCI Express总线技能的运用

PCI Express总线技能将全面运用于桌面、移动和服务器体系中，但各自的体系结构不完全相同，如图3左图所示的是桌面机和移动笔记本电脑中运用PCI Express总线的体系架构，而图3右图所示的是服务器和作业站中运用PCI Express总线的体系架构。除此之外，在网络中相同能够以运用PCI Express总线技能进行通讯，结构图如图4所示。

图-3

从图3中的两个运用架构比较能够看出，PCI Express总线技能在服务器和作业站中的运用更为完全，在服务器/作业站中除了内存子体系与芯片组之间的通讯外，其它都是选用PCI Express总线来与芯片衔接的，而在桌面机中在现在来说还首要是代替显卡中的AGP总线和其它PCI板卡，如网卡，至于硬盘和外设接口都仍是选用相应的总线接口直接与芯片组衔接。

图-4

从图中能够看出，PCI Express总线在网络中的运用也是十分完全的，除了内存子体系外，简直一切的外设及内置板卡都是直接或许直接经过PCI Express总线与芯片组衔接的。
综上所述，现在来说PCI Express总线首要仍是先从服务器、作业站和网络设备得到完全运用，在桌面机中首要以先代替AGP和部分PCI接口开端。