PCIe簡(jiǎn)介、發(fā)展歷史及架構(gòu)

1 簡(jiǎn)介

PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）是一種應(yīng)用廣泛高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于擴(kuò)充計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)吞吐量以及提高設(shè)備通信速度。

PCIe本質(zhì)上是一種全雙工的的連接總線，傳輸數(shù)據(jù)量的大小由通道數(shù)lane決定的。一般，1個(gè)連接通道lane稱為X1，每個(gè)通道lane由兩對(duì)數(shù)據(jù)線組成，一對(duì)發(fā)送，一對(duì)接收，每對(duì)數(shù)據(jù)線包含兩根差分線。即X1只有1個(gè)lane，4根數(shù)據(jù)線，每個(gè)時(shí)鐘每個(gè)方向1bit數(shù)據(jù)傳輸。依此類推，X2就有2個(gè)lane，由8根數(shù)據(jù)線組成，每個(gè)時(shí)鐘傳輸2bit。類似的還有X12、X16、X32。

2 PCIe的發(fā)展

PCIe的發(fā)展歷史十分長(zhǎng)遠(yuǎn)，最早可追溯到1984年，其發(fā)展的歷史見下：

1.ISA (Industry Standard Architecture)

2.MCA (Micro Channel Architecture)

3.EISA (Extended Industry Standard Architecture)

4.VLB (VESA Local Bus)

5.PCI (Peripheral Component Interconnect)

6.PCI-X (Peripheral Component Interconnect eXtended)

7.AGP (Accelerated Graphics Port)

8.PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express)

3 PCIe的速率

每一次的升級(jí)換代都是為了解決上一代遺留的問題，而PCIe每次的升級(jí)換代主要是為了解決速率上的不足。詳情見下：

4 PCIe通道

PCIe通道比較常見有x1、x4、x8、x16，也有x2的PCIe設(shè)備。這些設(shè)備的主要的差別由

這些連接器主要的差別為：

注意 ：因?yàn)榈诙?shù)據(jù)通道的位置沒有這個(gè)綠色的對(duì)應(yīng)針腳，所以PCI-E X2插槽的設(shè)備并不存在（但是可以用于其他接口，比如X2通道的m.2 NGFF接口和SATA-Express）

5 PCIe的架構(gòu)

PCI-X和AGP都是由PCI發(fā)展而來(lái)，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，二者走了兩條不同的路徑：

• PCI-X通過不斷提供時(shí)鐘的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。
• AGP通過在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸多次數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。

但是隨著數(shù)據(jù)速率的提高，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_性越來(lái)越差。為了解決這一問題，PCIe采用差分信號(hào)傳輸?shù)姆绞絹?lái)增加數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)抗干擾性。

以下是一個(gè)典型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，但是通過PCIe Switch可以連接多個(gè)PCIe設(shè)備。可以很明顯的看出PCI和PCIe的不同：PCI是總線結(jié)構(gòu)，而PCIe是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。PCIe架構(gòu)包含CPU系統(tǒng)（中央處理器）、Root Complex(根復(fù)合器)、Memory(存儲(chǔ)器)、PCIe Switch（轉(zhuǎn)換器）、PCIe Bridge(PCIe橋)、PCIe設(shè)備。

• CPU系統(tǒng):一般為ARM和X86平臺(tái)。
• Root Complex：CPU和PCle總線之間的接口，可能包含幾個(gè)組件(處理器接口、DRAM接口等)，甚至可能包含幾個(gè)芯片。
• Switch：Switch提供了分散或者是聚合的功能，它允許更多的設(shè)備接入到 一個(gè)PCIe Port，它扮演了數(shù)據(jù)包路由的功能。
• PCIe Bridge：Bridge提供了一個(gè)轉(zhuǎn)換接口用來(lái)連接其他的總線，如PCI/PCI-X。這樣可以允許在PCIe的系統(tǒng)中接入一張舊的PCI設(shè)備。
• PCIe設(shè)備:滿足PCIe協(xié)議的總線的設(shè)備被稱為PCIe設(shè)備。
• Memory：用于存儲(chǔ)一些重要的信息。

6 PCIe常見問題

• PCIe x1設(shè)備可以直接使用在x4的卡槽，只是會(huì)浪費(fèi)資源，功能正常使用。
• PCIe x16設(shè)備可以在x8的插槽使用，由于卡槽尺寸的限制，需要另外的轉(zhuǎn)接板實(shí)現(xiàn)。
• PCIe 3.0的設(shè)備可以在PCIe2.0的主板上使用。