從PCI、PCI-X到PCI-Express之間的連接 - 全文

本內(nèi)容介紹了PCI總線/PCI-X接口及PCI-PCI-Express的知識(shí)，講解了從PCI、PCI-X到PCI-Express之間的連接

PCI總線

PCI總線是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在CPU和原來(lái)的系統(tǒng)總線之間插入的一級(jí)總線，具體由一個(gè)橋接電路實(shí)現(xiàn)對(duì)這一層的管理，并實(shí)現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供了信號(hào)緩沖，使之能支持10種外設(shè)，并能在高時(shí)鐘頻率下保持高性能。PCI總線也支持總線主控技術(shù)，允許智能設(shè)備在需要時(shí)取得總線控制權(quán)，以加速數(shù)據(jù)傳送。PCI總線系統(tǒng)要求有一個(gè)PCI控制卡，它必須安裝在一個(gè)PCI插槽內(nèi)。這種插槽是目前主板帶有最多數(shù)量的插槽類(lèi)型，在當(dāng)前流行的臺(tái)式機(jī)主板上，ATX結(jié)構(gòu)的主板一般帶有5~6個(gè)PCI插槽，而小一點(diǎn)的MATX主板也都帶有2~3個(gè)PCI插槽。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式不同，PCI控制器可以與CPU一次交換32位或64位數(shù)據(jù)，它允許智能PCI輔助適配器利用一種總線主控技術(shù)與CPU并行地執(zhí)行任務(wù)。PCI允許多路復(fù)用技術(shù)，即允許一個(gè)以上的電子信號(hào)同時(shí)存在于總線之上。

　　在目前的結(jié)構(gòu)中，外圍設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)和視頻）使用像PCI或PCI-X那樣的平行總線來(lái)連接的。平行總線已從32位33兆的PCI發(fā)展到了64位133兆的PCI-X.隨著平行總線的時(shí)鐘速率的增加這些總線支持的插槽數(shù)目就減少。平行總線通常包含地址/數(shù)據(jù)信號(hào)和一些邊帶信號(hào)。邊帶信號(hào)用來(lái)表示總線上數(shù)據(jù)的方向和事務(wù)處理的類(lèi)型，還能用于表示中斷或總線主控請(qǐng)求。一個(gè)典型的64位PCI-X總線在總共127個(gè)信號(hào)管腳中可包含64條地址/數(shù)據(jù)線和33個(gè)左右的邊帶信號(hào)。

PCI-X接口

　　PCI-X接口是并連的PCI總線（Peripheral CompONents Interconnect）的更新版本，仍采用傳統(tǒng)的總線技術(shù)，不過(guò)有更多數(shù)量的接線針腳， 同時(shí)，如前所述的所有的連接裝置會(huì)共享所有可用的頻寬。與原先PCI接口所不同的是：一改過(guò)去的32位，PCI-X采用64位寬度來(lái)傳送數(shù)據(jù)，所以頻寬自動(dòng)就倍增兩倍，而擴(kuò)充槽的長(zhǎng)度當(dāng)然就不可避免 的加大了，除此之外，其余的包含傳輸通訊協(xié)議、訊號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)的接頭格式都一并兼容，好處是3.3伏特的32位PCI適配卡可以用在PCI-X擴(kuò)充槽上，當(dāng)然如果 你愿意，也可以將64位PCI-X適配卡接在32位PCI擴(kuò)充槽上，不過(guò)，頻寬速度將會(huì)大減。

　　由于網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和視頻的帶寬需求已經(jīng)增長(zhǎng)，一些設(shè)計(jì)師們正著眼于把點(diǎn)到點(diǎn)的結(jié)構(gòu)作為有潛力的解決方案。在基于總線的結(jié)構(gòu)中，帶寬是由總線中所有的設(shè)備來(lái)共享的。在PCI-Express 點(diǎn)到點(diǎn)的結(jié)構(gòu)中，每個(gè)設(shè)備都由一個(gè)專(zhuān)用連接而不必要共享帶寬。點(diǎn)到點(diǎn)的結(jié)構(gòu)還有其它的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)典型的PCI-Express連接使用兩個(gè)LVDS（低電壓差分信號(hào)）對(duì)，一對(duì)用于發(fā)送，一對(duì)用于接收。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中沒(méi)有邊帶信號(hào)。下面的圖顯示了一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的通道，它有兩個(gè)差分對(duì)（一個(gè)發(fā)送一個(gè)接收）和一個(gè)地信號(hào)。一個(gè)PCI-Express通道在每個(gè)方向同時(shí)以2.5Gb/s傳送數(shù)據(jù)并使用8b/10b編碼。

　　PCI Express

PCI Express的接口根據(jù)總線位寬不同而有所差異，包括X1、X4、X8以及X16（X2模式將用于內(nèi)部接口而非插槽模式）。較短的PCI Express卡可以插入較長(zhǎng)的PCI Express插槽中使用。PCI Express接口能夠支持熱拔插，這也是個(gè)不小的飛躍。PCI Express卡支持的三種電壓分別為+3.3V、3.3Vaux以及+12V.用于取代AGP接口的PCI Express接口位寬為X16,將能夠提供5GB/s的帶寬，即便有編碼上的損耗但仍能夠提供4GB/s左右的實(shí)際帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)AGP 8X的2.1GB/s的帶寬。

　　
PCI-Express提供了超越總線型PCI-X的一些優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)之一是為應(yīng)用裁剪帶寬的能力。PCI-Express信道能聚集以增加總帶寬。PCI-Express通道的有效組合為x1,x2,x4,x8,x16和x32.可用的帶寬直接與通道的數(shù)目成比例。通道數(shù)加倍帶寬也加倍。一個(gè)10Gb以太網(wǎng)控制器可以使用4條PCI-Express通道來(lái)與控制器的帶寬相匹配。由于PCI-Express通道不是被多個(gè)設(shè)備共享的，它的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是可熱替換的。PCI-Express使用消息傳遞來(lái)處理一些PCI所提供的邊帶信號(hào)。

　　PCI-Express還提供了把大的信道分成小的信道的能力。一個(gè)8通道的PCI-Express連接能分為二個(gè)4通道的連接，四個(gè)2通道的連接，或八個(gè)1通道的連接。PCI-Express另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減少通道所需的信號(hào)數(shù)目。在傳統(tǒng)的PCI中約有127個(gè)管腳。如果芯片廠商有興趣提供多個(gè)PCI總線來(lái)增加額外的帶寬，那么他們要為每段總線增加127個(gè)管腳。相比之下，4通道的PCI-Express連接是20個(gè)管腳。這對(duì)芯片廠商會(huì)造成重復(fù)PCI總線的困難，其主要成本之一是封裝。一個(gè)有趣的度量單位是每管腳的帶寬。全部管腳計(jì)數(shù)包括芯片廠商使用不同的技術(shù)所需要的地址、數(shù)據(jù)、邊帶、電源和地線連接。由于PCI-Express的可擴(kuò)展，它的每管腳的帶寬從1信道至16信道保持相同。

　　用于母板的器件從PCI到PCI-Express的轉(zhuǎn)變將在2004年出現(xiàn)。轉(zhuǎn)向PCI-Express的主要驅(qū)動(dòng)力是每管腳的帶寬，可擴(kuò)展性，和帶寬。從軟件的觀點(diǎn)PCI-Express看起來(lái)就象PCI.PCI-Express的設(shè)計(jì)師們要維持與為PCI設(shè)備編寫(xiě)的所有軟件都兼容。一個(gè)仍要回答的問(wèn)題是何時(shí)我們可以看到基于PCI-Express的插板。現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)已有了，這只不過(guò)是市場(chǎng)采用率的事情了。