精解pciexpress之基础篇dell

首先PCI Express和PCI不同的是实现了传输方式从并行到串行的转变。

PCI Express是采用点对点的串行连接方式，这个和以前的并行通道大为不同，它允许和每个设备建立独立的数据传输通道。

不用再向整个系统请求带宽，这样也就轻松的到达了其他接口设备可望而不可及的高带宽。

PCI Express和以往的各个接口的数据传输率的对比：PCI Express接口根据总线接口对位宽的要求不同而有所差异，分为PCI Express1X、2X、4X、8X、16X甚至32X。

由此PCI Express的接口长短也不同。

1X最小，往上侧越大。

同时PCI Express不同接口还可以向下兼容其他PCI Express小接口的的产品。

既PCI Express4X的设备可以插在PCI Express8X或16X上进行工作。

这样，只要您拥有先进的主板，就没必要非得升级档次稍差的显卡了。

它良好的向下兼容性也使不少业界人士看好。

精解PCI Express之——基础篇随着Intel 800MHz FSB芯片组i875P的推出，Intel同时也向世人显示一个全新的总线技术即将推出，那就是由Intel首先提出并开发的3GIO总线。

后来这一技术提交PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织），由PCI-SIG改名为"PCI Express"，以标准的形式正式推出，目前的最新版本为v1.0。

本连载就要带大家深入了解这一即将改变整个计算机系统结构、成为下一代总线标准的总线技术。

首先本文要向大家介绍的是一些基础知识。

一、PCI标准的发展历史要了解PCI Express总线技术的提出原因，我们先来简要回顾一下PCI总线的发展历史目前应用的计算机内部总线技术为PCI，即"Peripheral Component Interconnect"，中文名为"外围组件互连"，它是由Intel于1991年提出的（与本文要介绍的PCI-Express总线技术属同一个公司开发的）。

后来，PCI-SIG小组接替了Intel的PCI规范的发展，在1993年5月发布了PCI 2.0。

那时，PCI 的竞争对手是VESA本地总线（VL-bus或VLB），它是由视频电子标准协会提出的32bit总线，在标准的ISA插槽之后提供附加的第三和第四接口，额定频率33MHz，并且能够提供超过ISA。

但是当时作为486处理器/内存总线的直接扩展，VESA是运行在与处理器相同的频率上，因此名为"本地总线"，这种直接的扩展意味着如果连接的设备过多，则很可能会干扰处理器自身的工作，特别是当信号通过一个插槽时。

于是VESA标准中建议在33MHz频率上只使用2个插槽，或者在总线使用电子缓冲时使用3个。

在更高的频率上不能连接2个以上的设备，而在50MHz时它们则必须都内建于主板内。

由于VESA与处理器同步工作，因而随着处理器频率的提高，VESA总线类型的外围设备工作频率也得随着提高，但是外围设备要求的速度越高，其造价也就更高，对外围设备的生产成本控制造成了极大的不利。

因此，VESA只能工作在40MHz以内的频率上。

当时与VESA竞争的PCI总线技术，相对VESA来说优势非常明显，因为它是一种中间性的总线，独立于CPU，但又与主内存相连。

同时PCI总线能够与处理器异步运行，额定频率为25MHz、30MHz和33MHz。

当处理器的频率增加时，PCI总线频率仍然能够保持不变。

PCI允许的最大插槽数或外部设备数为5个或者更多，而且还不必考虑总线速度、缓冲或其它电器问题的限制。

其它的特点则使得设备的使用更加简便。

即插即用功能让系统自动进行外围设备的设置，而不必再手动设置IRQ跳脚、DMA和IO地址。

它还允许IRQ共享，有自己的中断系统。

最后，PCI总线上的数据传输是不经过CPU，而直接处理，这样降低了潜伏期和处理器的使用率。

PCI总线的真正应用是随着Intel的Pentium处理器的诞生而开始的，由于在当时与其竞争对手VESA 相比优势非常明显，使其很快在1994年成为这场总线之争的胜利者并统一了标准，从此以后，几乎所有的外围设备，从硬盘控制器、声卡到网卡和显卡，都使用PCI插槽。

二、PCI Express总线的提出因为PCI Express总线技术的提出是基于现行PCI总线技术的诸多不足而开始的，所以在此先分析研究一下现行PCI总线存在哪些不足之处。

PCI总线技术自上世纪90年代初期开始至今已为我们服务了10年有余。

在这10多年中它的发展步伐相对来说是缓慢的，总的来说PC总线是每3年性能提高一倍，从最初的8位PC/XT、16位的ISA总线、32位的EISA和MCA、VL总线到PCI、64位PCI-/66MHz、PCI-X，而处理器却通常是每个摩尔周期性能就要提高一倍（一个摩尔周期为18个月）。

正是这种技术发展上的不同步，使得PCI总线慢慢成为了整个系统的瓶颈。

虽然PCI总线技术至今仍是主流，但实际上就其本质来说它早在几年前就显得力不从心了。

高性能的图形芯片在5年前就第一个从PCI总线中分离出来，形成单独一种总线技术，那就是AGP（图形加速处理）。

到了1997年，PCI总线已经成为了图像数据传输最大的瓶颈，于是，在Intel的440LX芯片组中，AGP(图形加速接口)出现了，目的有两个：提升显卡的性能和将图像数据从PCI总线中独立出来，PCI 被解放出来供其它设备使用。

同时随着RAID阵列，千兆以太网和其他高带宽设备在消费级系统上的出现，PCI 133MB/s的带宽明显不能满足这些应用的需要了。

芯片组制造商们已经预见到这种限制所带来的问题，并且对主板芯片组作了一系列改进以减轻PCI总线的负担。

在旧式的芯片组，如Intel的440系列中，只使用一条PCI总线来连接北桥芯片和南桥芯片，这条PCI总线不仅要应对南北桥之间的通信，还有普通的PCI设备、IDE、各种I/O（串口、并口、PS/2）和USB设备的通信。

为了改善这种情况，Intel、VIA和SiS用新型的高速连接方式取代了南北桥之间的PCI总线，然后让IDE、各种I/O和USB分别使用专用连接方式连接到南桥芯片。

如Intel自800系列芯片组开始采用HubLink连接技术，AMD的芯片组之间采用HyperTransfor技术代替原来一直采用的133MB/s PCI总线。

VIA和SiS芯片组南北桥之间分别采用各自的Via-Link和MuTIOL芯片连接技术。

如图1所示的就是目前的一种典型的主板芯片架构，从这个架构图中我们可以十分清楚地看出各种I/O子系统之间几乎都采用不同的总线技术在连接。

在90年代后期，在服务器和工作站中的高速磁盘和网络适配器开始向66MHz/64位的PCI总线转移，于是又形成了PCI-X新总线标准，不久PCI-X 2.0标准也出现了。

接下来在系统内部南、北桥芯片之间的总线技术也开始绕过PCI采用其它总线技术，在外设接口方面更是早已不再采用PCI总线，在芯片组南桥中都基本集成了EIDE、USB和10/100MB/s以太网接口。

所以，今天我们的计算机系统无论是在计算机内部，还是在外部，各自为政的总线技术混在一起，统一总线标准和提高总线带宽已是当务之急。

并行PCI总线主要受到以下几方面的性能限制：它的数据传输速度只有133MB/s，根本不能满足现在复杂多媒体数据实时传输的需求。

另外它不能随着主频的提高或者电压的降低而灵活调整传输速；它的同步时钟数据传输受单一上升沿限制，而信号路由规则又受到经济的FR4技术（注：FR4是一种板材技术）的制约，接口引脚过多，不利于将来发展。

所有这些限制都促使建立一个更高带宽、通用的I/O总线。

今天，软件应用越来越依靠硬件平台，特别是I/O子系统。

各种不同的音、视频数据流应用在桌面和笔记本电脑来台中应用已非常普遍，但是在目前来说带宽仍是制约其应用的主要因素，仍未有一个完全的解决方案，无论是PCI2.2，还是PCI-X。

在服务器中，实时音、视频应用在服务器中也受到严重限制。

许多通信应用和高级PC控制系统同样需要实时的数据。

今天的桌面PC平台中，都必须面对在同一时刻处理来自不同连接的并发数据传输的挑战。

尽管许多用户对他们现有计算机系统在邮件收发、文档处理、电子表格制作、更多的互联网和商业应用等诸方面都表示非常满意，但随着计算机应用领域的不断扩大，仍然有许多当前和潜在的任务需要更快的处理器、图形处理、网络和存储子系统，而这些要求最终的结果就是在这些子系统之间需要更快的连接。

如我们的计算机正日益成为家庭数码中心，执行许多复杂的内容制作和数据操作任务，包括视频编辑和编码、图像合成处理。

高清晰度电视编码、24位/96KHz采样频率的多声道单频的捕获和回放，和一些实时3D游戏。

还有如真实声音识别和同步、强大而又精确的生物测定，和先进的加密技术。

高端PC和工作站将被用来处理更多科学计算和工程计算，高质量的3D动画影片制作和编译，先进的金融体系，和许多其它复杂工程。

正是基于PCI以上这些种种不足和计算机的应用需求，Intel提出了替代PCI总线的新总线技术--PCI Express。

在2001年春节的Intel开发者大会上，Intel展示在将用来替代PCI总线和各种不同内部芯片连接的第三代I/O总线技术，当时Intel称之为"3GIO"，意为"第三代I/O标准"。

根据Intel的说明，这个3GIO技术落后标准将成为下一个10标准，它可工作于各种不同的物理媒介上，从通用的铜线连接到光纤连接。

三、PCI Express技术优势PCI Express之所以能迅速得到业界的承认，并且被大家公认为下一代10年总线标准，它具有鲜明的技术优势，它可以全面解决PCI总线技术所面临的种种问题。

有专家预计，PCI Express的设计不只要取代PCI及AGP的插槽，同时也会是一些电脑内部系统连接接口，如处理器、绘图、网络及磁盘的I/O子系统芯片间的连接。

下面就来具体介绍这个新总线技术有哪些关键技术优势：·在两个设备之间点对点串行互联（两个芯片之间使用接口连线；设备之间使用数据电缆；而PCI Express接口的扩展卡之间使用连接插槽进行连接）；与PCI所有设备共享同一条总线资源不同，PCI Express总线采用点对点技术，能够为每一块设备分配独享通道带宽，不需要在设备之间共享资源，这样充分保障了各设备的宽带资源，提高数据传输速率；·双通道，高带宽，传输速度快，在数据传输模式上，PCI Express总线采用独特的双通道传输模式，类似于全双工模式，大大提高了数据舆速度。