什么是PCI Express 標(biāo)準(zhǔn)(上)
本白皮書主要著眼已經(jīng)得到廣泛采用的PCI |0">PCI 總線的成功優(yōu)勢所在,同時(shí)詳細(xì)介紹下一代高性能I/O 互連技術(shù)PCI Express 它將作為標(biāo)準(zhǔn)的局域I/O 總線被廣泛應(yīng)用于未來各種計(jì)算機(jī)平臺。本白皮書還將就PC 總線技術(shù)的演變歷程、PCI Express 的物理層和軟件層、PCI Express 所能帶來的益處和競爭優(yōu)勢以及此項(xiàng)嶄新技術(shù)在測量自動(dòng)化系統(tǒng)領(lǐng)域里預(yù)示的令人振奮的深遠(yuǎn)意義,做個(gè)整體技術(shù)性概述。
PC 的演進(jìn)歷史
上世紀(jì)90 年代初,PCI 總線一經(jīng)推出,即統(tǒng)一了當(dāng)時(shí)并存的多種I/O 總線,諸如VESA 局域總線,EISA,ISA 和微通道等等,如圖1所示。它首先被用于實(shí)現(xiàn)芯片與芯片間互連并替代了不全面的 ISA 總線。在早期,33MHz PCI總線很好地滿足了當(dāng)時(shí)主流外設(shè)I/O 的帶寬需要。然而現(xiàn)在情況發(fā)生了變化,處理器速度驚人地提高,以及處理器和內(nèi)存的頻率也不斷 地攀升。在這一期間,PCI 總線的頻率由33MHz 提高到66MHz, 而處理器的速度由33MHz 提高到3GHz 。一個(gè)具有新I/O 技術(shù)的總線設(shè)備如千兆以太網(wǎng)和 IEEE 1394B ,就可能占用幾乎所有 PCI 總線帶寬。
和以前的總線相比,PCI 總線具有很多優(yōu)勢,其中最重要的是處理器的獨(dú)立性,帶緩沖的隔離,總線主控和真正的即插即用。帶緩沖的隔離真正地實(shí)現(xiàn)了CPU 局域總線和 PCI 總線間在電路和時(shí)鐘方面的隔離。這一特性能為系統(tǒng)性能帶來兩個(gè)主要好處。首先是 PCI 總線和CPU 總線可以工作在各自的時(shí)鐘周期;第二是由于有獨(dú)立的PCI 總線速度和負(fù)載,可單獨(dú)提高CPU 局域總線的頻率。通過總線主控,PCI 設(shè)備以仲裁處理方式訪問 PCI 總線并且能直接控制總線處理業(yè)務(wù),而不用等主CPU 為設(shè)備提供服務(wù),從而使得整個(gè)I/O 處理業(yè)務(wù)的等待時(shí)間減少。即插即用操作,可以自動(dòng)檢測和配置設(shè)備,得到基本地址不再需要中斷運(yùn)行和手工設(shè)置開關(guān)跳線,而這些都曾使 ISA 板卡的用戶感到很棘手。
PCI 面臨的挑戰(zhàn)
出色的 PCI 已經(jīng)享受到了成功的殊榮,而今開始面臨一系列新的挑戰(zhàn),包括帶寬的限制,主管腳數(shù)的限制,缺乏如同步數(shù)據(jù)傳輸這樣的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)以及沒有下一代I/O 所需的服務(wù)質(zhì)量,以及電源管理和虛擬I/O 等問題。
自從PCI 推出以來,我們不斷完善PCI 的各項(xiàng)規(guī)格,試圖跟上日益增加的更高I/O 要求。各階段具體革新總結(jié)如下表所示:
諸如數(shù)據(jù)采集,波形生成,包含音頻和視頻流的多媒體應(yīng)用等需要保證帶寬和有確定的等待時(shí)間,如果不能滿足這一點(diǎn),有經(jīng)驗(yàn)的用戶也會束手無措。原始的PCI 規(guī)范并沒有考慮這些問題,這是因?yàn)樵谥贫ㄒ?guī)范時(shí)上述應(yīng)用并不普及。如今的同步數(shù)據(jù)傳輸,如高清晰度的無壓縮視頻和音頻,要求I/O 系統(tǒng)包含同步傳輸功能。同步傳輸?shù)牧硪粋€(gè)作用是:和典型的PCI 設(shè)備相比,局域 PCI Express 設(shè)備只用少得多的內(nèi)存就能實(shí)現(xiàn)緩沖功能,從而把所使用的可變帶寬降至最低。
最后,對下一代I/O 的要求如服務(wù)質(zhì)量測量和電源管理等,能提高數(shù)據(jù)的完整性并允許有選擇地關(guān)閉系統(tǒng)設(shè)備對于現(xiàn)代PC 不斷增加的電源功率來說這是需要重點(diǎn)考慮的。虛擬通道允許數(shù)據(jù)通過虛擬路由來傳送;即使其它通道被更重要的處理業(yè)務(wù)所阻塞,也一樣能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
盡管 PCI 總線在某些方面已有些過時(shí),但是轉(zhuǎn)變到PCI Express 還要經(jīng)過一個(gè)長期過程,并且未來許多年里PCI 總線將仍然是I/O 擴(kuò)展的強(qiáng)有力競爭者。隨著PCI Express 技術(shù)日益贏得認(rèn)可和廣泛采用,2004 年以及此后推出的新型PC 將會同時(shí)配有PCI 插槽和PCI Express 插槽。
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