PCIE 总线技术介绍

9.PCI-E在筆記型電腦之應用:
10.目前CLEVO機種應用舉例
目前廠內機種P15已採用PCI-E 3.0總線技術,如下圖： 採用PCI-E總線技術
電氣連接圖
實物圖
PCI-E 版本
1.0 1.0a
资料传输 带宽
2Gb/s 2Gb/s
单向单通 道带宽
250MB/s 250MB/s
双向16通道带 宽
8GB/s 8GB/s
原始传 输率
2.5GT/s 2.5GT/s
发表日期
2002/7/22 2003/4/15
1.1
2.0 2.1 3.0
2Gb/s
4Gb/s 4Gb/s 8Gb/s
250MB/s
500MB/s 500MB/s 1GB/s
8GB/s
16GB/s 8GB16GB/s/s 8G32GB/sB/s
2.5GT/s
5.0GT/s 5.0GT/s 8.0GT/s
2005/3/28
2006/12/20 2006/12/20 目前市場 產品應用
4.PCI-E規格與其他傳輸規格比較
5.PCI-E技術之硬件協議
PCIe的连接是建立在一个双向的序列的（1-bit）点对点连接基础之上，这称 之为“传输通道”。与PCI 连接形成鲜明对比的是PCI是基于总线控制，所有 设备共同分享的单向32位并行总线。PCIe是一个多层协议，由一个对话层，一 个数据交换层和一个物理层构成。物理层又可进一步分为逻辑子层和电气子 层。逻辑子层又可分为物理代码子层（PCS）和介质接入控制子层（MAC）。
总线宽度 32 位元 64 位元 64 位元 64 位元
工作时脉 33/66 MHz 66/100/133 MHz 133 MHz 133 MHz
资料速率 133/266 MB/s 533/800/1066 MB/s 2.1 GB/s 4.2 GB/s
AGP 2X
AGP 4X AGP 8X PCI-E 1.0 X1 PCI-E 1.0 X2 PCI-E 1.0 X4 PCI-E 1.0 X8 PCI-E 1.0 X16
1.什麽是PCI-E？
• 英文：PCI Express（Peripheral Component Interconnect Express ），中文：快捷 外設互聯標準，簡稱PCI-E，是PCI電腦匯流排的一種，它沿用了現有的PCI 編程概念及通訊標準，但建基於更快的串行通信系統。英代爾是該介面的 主要支援者。PCIe僅應用于內部互連。由於PCIe是基於現有的PCI系統，只 需修改物理層而無須修改軟體就可將現有PCI系統轉換為PCIe。PCIe擁有更 快的速率，以取代幾乎全部現有的內部匯流排（包括AGP和PCI）。英代爾 希望將來能用一個PCIe控制器和所有外部設備交流，取代現有的南橋/北橋 方案。除了這些，PCIe設備能夠支援熱拔插以及熱交換特性，支援的三種 電壓分別為+3.3V、3.3Vaux以及+12V。考慮到現在顯卡功耗的日益增加， PCIe而後在規範中改善了直接從插槽中取電的功率限制，基本可以滿足當 時(2004年)中高階顯卡的需求。這一點可以從AGP、PCIe兩個不同版本的 6600GT顯卡上就能明顯地看到，後者並不需要外接電源。PCIe只是南橋的 擴展匯流排，它與作業系統無關，所以也保證了它與原有PCI的相容性，也 就是說在很長一段時間內在主板上PCIe介面將和PCI介面共存，這也給用戶 的升級帶來了方便。由此可見，PCIe最大的意義在於它的通用性，不僅可 以讓它用於南橋和其他設備的連接，也可以延伸到晶片組間的連接，甚至 也可以用於連接圖形晶片，這樣，整個I/O系統重新統一起來，將更進一步 簡化電腦系統，增加電腦的可攜性和模組化。
PCIe的规范主要是为了提升电脑内部所有总线的速度，因此带宽有多种 不同规格标准，其中PCIe x16是专为显卡所设计的部分。AGP的资料传输效 率最高为2.1GB/s，不过对上PCIe x16的8GB/s，很明显的就分出胜负，但 8GB/s只有指资料传输的理想值，并不是使用PCIe接口的显卡，就能够有突 飞猛进的效能表现，实际的测试数据上并不会有这么大的差异存在。
7.PCI-E技術之競爭協議
基于高速序列构架产生了很多传输标准。包括HyperTransport, InfiniBand, RapidIO，和StarFabric等等。这些均有业界的不同企业支援，背后也都有大量的 资金投入标准的研究开发，所以每一标准都声称自己与众不同，独占优势。主 要的差异在于可扩展性、灵活性与反应时间、单位成本的取舍帄衡各不相同。 其中的一个例子是在传输包上增加一个复杂的头信息以支援复杂路由传输（PCI Express不支援这种方式）。这样的信息增加降低了接口的有效带宽也使传输更 复杂，但是相应创造了新的软件支援此功能。这种架构下需要软件追踪网络拓 扑结构的变化以实现系统支援热插拔。InfiniBand和StarFabric标准即能实现这以 功能。另一个例子是缩小信息包以减少反应时间。较小的信息包意味着包头占 用了包的更大百分比，这样又降低了有效带宽。能实现此功能的标准是RapidIO 和HyperTransport。PCI Express取中庸之道，定位于设计成一种系统互连接口而非 一种设备接口或路由网络协议。另外为了针对软件透明，它的设计目标限制了 它作为协议，也在某种程度上增加了它的反应时间。
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l PCI Express ExpressModule：支援热插拔的接口标准用于服务器和工作站上。
l XMC：类似CMC/PMC接口标准（支援x4 PCIe或串行 RapidI/O）。 l AdvancedTCA：用以代替Compact PCI卡，支援串行背板拓扑结构基础。 l AMC：AdvancedTCA规范的补充，支援处理器和I/O模块在ATCA板上（x1、 x2、x4 或 x8 PCIe）。 l PCI Express 外置接线[5]。 l Mobile PCI Express Module (MXM) NVIDIA所发明的图形模块规范。 l Advanced eXpress I/O Module (AXIOM) 图形模块，由ATI认可。
32 位元
32 位元 32 位元 1 位元 2 位元 4 位元 8 位元 16 位元
66 MHz
66 MHz 66 MHz 2.5 GHz 2.5 GHz 2.5 GHz 2.5 GHz 2.5 GHz
*2=532 MB/s
*4=1.0 GB/s *8=2.1 GB/s 500 MB/s（双工，文稿数据） 1 GB/s（双工） 2 GB/s（双工） 4 GB/s（双工） 8 GB/s（双工）
传输通道数 x1 x4 x8 x16
脚Pin总数 36 64 98 164
主接口区Pin数 14 42 76 142
总长度 25 mm 39 mm 56 mm 89 mm
主接口区 长度 7.65 mm 21.65 mm 38.65 mm 71.65 mm
规格 PCI 2.3 PCI-X 1.0 PCI-X 2.0（DDR） PCI-X 2.0（QDR）
From EE一部 2012.03.29
目
錄：
1.什麽是PCI-E 2.PCI-E技術之簡介 3.PCI-E技術之歷史了解 4.PCI-E技術規格與其他傳輸規格比較 5.PCI-E技術之硬件協議 6.PCI-E技術之制式標準 7.PCI-E技術之競爭協議 8.PCI-E技術之發展前景 9.PCI-E在筆記型電腦之應用 10.目前CLEVO機種應用舉例
3.PCI-E技術之歷史了解
在2001年的春季英特尔开发者论坛（IDF）上Intel公布了取代PCI总线 的第三代I\O技术，被称为“3GIO”。该总线的规范由Intel支持的AWG （Arapahoe Work Group）负责制定。2002年4月17日，AWG正式宣布3GIO 1.0规范草稿制定完毕，移交PCI特殊兴趣组织（PCI-SIG）进行审核， 2002年7月23日经过审核后正式公布，改名“PCI Express”，并根据开发 蓝图2006年正式推出Spec2.0（2.0规范）。
2.PCI-E技術之簡介
• 隨著圖像處理技術和人們對於遊戲需求的急速增長，傳統的AGP介面已 經遠遠不能滿足時下瘋狂的資料傳輸的需求，於是早在2001年的春季IDF(Intel 開發者論壇)上，Intel公司已經宣佈要用一種新的技術取代PCI匯流排和多種晶 片的內部連接，並稱之為第三代I/O匯流排技術(3rd Generation I/O，也就是 3GIO)；到了2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM等20多家業界主導公司 加入了PCI-SIG(PCI特殊興趣小組)並開始起草3GIO規範的草案；2002年草案完 成，並把3GIO正式命名為PCI Express。這就是PCI-E的由來。 簡單來說，PCIE能夠提供2.5Gbit/s的單向單線連接傳輸速率。相對于傳統PCI匯流排在單一時 間週期內只能實現單向傳輸，PCI Express的雙單工連接能提供更高的傳輸速 率和品質，它們之間的差異跟半雙工和全雙工類似。同時PCI Express串列連 接使用了內嵌時鐘技術(8b/10b編碼模式)，時鐘資訊直接寫入資料流程中，這 對比大多數帄行匯流排要額外傳輸保持同步的時鐘信號來說更能節省傳輸的 通道和提高傳輸效率。 一個PCI Express連接可以被配置成x1，x2，x4，x8， x12，x16和x32的數據帶寬。x1的通道能實現單向312.5MB/秒(2.5Gbit/s * 1 / 8位 元)的傳輸速率，同理x32通道連接就能提供10GB/秒的速率，但考慮使用 8b/10b編碼實際上有20%左右的消耗，實際的傳輸速率大概是8GB/S(x32單向)。 一般的顯卡使用的PCI-EX16標準，資料傳輸率為4.8GB/S,遠遠高於現在最流行 的AGP 8X的2.1GB/S的資料流程量。 對於廣大的消費者來說，PCI-E直接帶來 的就是顯卡性能得大幅度提升，它可以在一段時間內徹底解決困擾大家的顯 示卡傳輸帶寬的問題，而且在今後遊戲的配合下，我們可以使用更高級的顯 示卡獲得更加逼真的效果。
對話層 物理代碼子層PCS PCI-E 數據交換層
邏源自文库子層
物理層 電氣子層 介質控制子層MAC
PCIe总线的层次结构如图
6.PCI-E技術之制式標準
• • • l 半高卡 l Mini Card：用以代替Mini PCI卡（支援x1 PCIe、USB 2.0和SMBus总线接口）。 l ExpressCard：类似PC卡接口标准（支援x1 PCIe、USB 2.0、热插拔）。
8.PCI-E技術之發展前景
在2005年，PCIe已近乎称为新的个人电脑主板标准。关于此有不少评论， 但最基本的原因是它对于软件开发者完全透明——为PCI所设计的操作系统可 以不做任何代码修改来启动PCIe设备。其二，它能增强系统性能，还有强有 力的品牌认知。大部分新生产的ATi或nVidia显卡都使用了PCIe标准。nVidia在 它新开发的可扩展链接接口（Scalable Link Interface，SLI，即双显卡）上采用 了PCIe的高速数据传输，这使得两块相同芯片组显卡可同时工作于一台电脑 之上。ATi公司也基于PCIe开发了一种含两个GPU的显卡，称为交叉火力 （CrossFire）。快速卡（ExpressCard）刚刚出现在笔记本电脑上，但由于大部 分笔记本电脑仅有一个插槽，目前无法将现有的Cardbus接口完全淘汰，升级 成新的快速卡插槽。台式机就没有这种问题，因为它的多个插槽可以同时支 援PCIe和老的PCI。