从PCI、PCI-X到PCI-Express之间的连接

本内容介绍了PCI总线/PCI-X接口及PCI-PCI-Express的知识，讲解了从PCI、PCI-X到PCI-Express之间的连接

PCI总线

PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能。PCI总线也支持总线主控技术，允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传送。PCI总线系统要求有一个PCI控制卡，它必须安装在一个PCI插槽内。这种插槽是目前主板带有最多数量的插槽类型，在当前流行的台式机主板上，ATX结构的主板一般带有5~6个PCI插槽，而小一点的MATX主板也都带有2~3个PCI插槽。根据实现方式不同，PCI控制器可以与CPU一次交换32位或64位数据，它允许智能PCI辅助适配器利用一种总线主控技术与CPU并行地执行任务。PCI允许多路复用技术，即允许一个以上的电子信号同时存在于总线之上。

　　在目前的结构中，外围设备（网络，存储和视频）使用像PCI或PCI-X那样的平行总线来连接的。平行总线已从32位33兆的PCI发展到了64位133兆的PCI-X.随着平行总线的时钟速率的增加这些总线支持的插槽数目就减少。平行总线通常包含地址/数据信号和一些边带信号。边带信号用来表示总线上数据的方向和事务处理的类型，还能用于表示中断或总线主控请求。一个典型的64位PCI-X总线在总共127个信号管脚中可包含64条地址/数据线和33个左右的边带信号。

PCI-X接口

　　PCI-X接口是并连的PCI总线（Peripheral CompONents Interconnect）的更新版本，仍采用传统的总线技术，不过有更多数量的接线针脚， 同时，如前所述的所有的连接装置会共享所有可用的频宽。与原先PCI接口所不同的是：一改过去的32位，PCI-X采用64位宽度来传送数据，所以频宽自动就倍增两倍，而扩充槽的长度当然就不可避免 的加大了，除此之外，其余的包含传输通讯协议、讯号和标准的接头格式都一并兼容，好处是3.3伏特的32位PCI适配卡可以用在PCI-X扩充槽上，当然如果 你愿意，也可以将64位PCI-X适配卡接在32位PCI扩充槽上，不过，频宽速度将会大减。

　　由于网络、存储和视频的带宽需求已经增长，一些设计师们正着眼于把点到点的结构作为有潜力的解决方案。在基于总线的结构中，带宽是由总线中所有的设备来共享的。在PCI-Express 点到点的结构中，每个设备都由一个专用连接而不必要共享带宽。点到点的结构还有其它的优点。一个典型的PCI-Express连接使用两个LVDS（低电压差分信号）对，一对用于发送，一对用于接收。在这个结构中没有边带信号。下面的图显示了一个点到点的通道，它有两个差分对（一个发送一个接收）和一个地信号。一个PCI-Express通道在每个方向同时以2.5Gb/s传送数据并使用8b/10b编码。

　　PCI Express

PCI Express的接口根据总线位宽不同而有所差异，包括X1、X4、X8以及X16（X2模式将用于内部接口而非插槽模式）。较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用。PCI Express接口能够支持热拔插，这也是个不小的飞跃。PCI Express卡支持的三种电压分别为+3.3V、3.3Vaux以及+12V.用于取代AGP接口的PCI Express接口位宽为X16,将能够提供5GB/s的带宽，即便有编码上的损耗但仍能够提供4GB/s左右的实际带宽，远远超过AGP 8X的2.1GB/s的带宽。

　　
PCI-Express提供了超越总线型PCI-X的一些优点。优点之一是为应用裁剪带宽的能力。PCI-Express信道能聚集以增加总带宽。PCI-Express通道的有效组合为x1,x2,x4,x8,x16和x32.可用的带宽直接与通道的数目成比例。通道数加倍带宽也加倍。一个10Gb以太网控制器可以使用4条PCI-Express通道来与控制器的带宽相匹配。由于PCI-Express通道不是被多个设备共享的，它的结构本质上是可热替换的。PCI-Express使用消息传递来处理一些PCI所提供的边带信号。

　　PCI-Express还提供了把大的信道分成小的信道的能力。一个8通道的PCI-Express连接能分为二个4通道的连接，四个2通道的连接，或八个1通道的连接。PCI-Express另一个优点是减少通道所需的信号数目。在传统的PCI中约有127个管脚。如果芯片厂商有兴趣提供多个PCI总线来增加额外的带宽，那么他们要为每段总线增加127个管脚。相比之下，4通道的PCI-Express连接是20个管脚。这对芯片厂商会造成重复PCI总线的困难，其主要成本之一是封装。一个有趣的度量单位是每管脚的带宽。全部管脚计数包括芯片厂商使用不同的技术所需要的地址、数据、边带、电源和地线连接。由于PCI-Express的可扩展，它的每管脚的带宽从1信道至16信道保持相同。

　　用于母板的器件从PCI到PCI-Express的转变将在2004年出现。转向PCI-Express的主要驱动力是每管脚的带宽，可扩展性，和带宽。从软件的观点PCI-Express看起来就象PCI.PCI-Express的设计师们要维持与为PCI设备编写的所有软件都兼容。一个仍要回答的问题是何时我们可以看到基于PCI-Express的插板。现在标准已有了，这只不过是市场采用率的事情了。