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PCI-Express總線簡析

作者: 時(shí)間:2016-12-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
背景

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,它也需要長期的準(zhǔn)備,這樣,才會讓它一面世便擁有相當(dāng)?shù)某墒於取?/p>本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/330160.htm

特點(diǎn)

1、點(diǎn)對點(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)爭用的問題就會嚴(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。每兩條線路組成一個(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。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)。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。


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