PCI Express(Peripheral Component Interconnect Express)簡(jiǎn)�PCI-E,是電腦總線PCI的一�,它沿用了現(xiàn)有的PCI編程概念及通訊�(biāo)�(zhǔn),但建基于更快的串行通信系統(tǒng)。英特爾是該接口的主要支援�。PCIe僅應(yīng)用于�(nèi)部互�。由于PCIe是基于現(xiàn)有的PCI系統(tǒng),只需修改物理�而無須修改軟件就可將�(xiàn)有PCI系統(tǒng)�(zhuǎn)換為PCIe。PCIe擁有更快的速率,以取代幾乎全部�(xiàn)有的�(nèi)部總線(包括AGP和PCI�。它將作為標(biāo)�(zhǔn)的局� I/O 總線并廣泛應(yīng)用于未來各種�(jì)算機(jī)平臺(tái)�
目前�(yīng)用的�(jì)算機(jī)�(nèi)部總線技�(shù)為PCI,即"Peripheral Component Interconnect",中文名�"外圍組件互�",它是由 Intel � 1991 年提出的(與本文要介紹的 PCI-Express 總線技�(shù)屬同一�(gè)公司開發(fā)的)。后�,PCI-SIG 小組接替� Intel的PCI�(guī)范的�(fā)�,在 1993�5 月發(fā)布了 PCI 2.0。那�(shí),PCI 的競(jìng)�(zhēng)�(duì)手是 VESA 本地總線(VL-bus � VLB� ,它是由視頻電子�(biāo)�(zhǔn)�(xié)�(huì)提出� 32bit 總線,在�(biāo)�(zhǔn)� ISA 插槽之后提供附加的第三和第四接口,額定頻� 33MHz,并且能夠提供超� ISA。但是當(dāng)�(shí)作為 486處理�/�(nèi)存總線的直接�(kuò)�,VESA是運(yùn)行在與處理器相同的頻率上,因此名�"本地總線",這種直接的擴(kuò)展意味著如果連接的設(shè)備過多,則很可能�(huì)干擾處理器自身的工作,特別是�(dāng)信號(hào)通過一�(gè)插槽�(shí)。于� VESA �(biāo)�(zhǔn)中建議在 33MHz 頻率上只使用 2 �(gè)插槽,或者在總線使用電子緩沖�(shí)使用 3 �(gè)。在更高的頻率上不能連接 2 �(gè)以上的設(shè)�,而在 50MHz �(shí)它們則必須都內(nèi)建于主板�(nèi)� 由于 VESA 與處理器同步工作,因而隨著處理器頻率的提�,VESA 總線類型的外圍設(shè)備工作頻率也得隨著提�,但是外圍設(shè)備要求的速度越高,其造價(jià)也就更高,對(duì)外圍�(shè)備的生產(chǎn)成本控制造成了極大的不利。因�,VESA只能工作� 40MHz 以內(nèi)的頻率上。當(dāng)�(shí)� VESA�(jìng)�(zhēng)� PCI總線技�(shù),相�(duì) VESA來說�(yōu)�(shì)非常明顯,因?yàn)樗且环N中間性的總線,獨(dú)立于 CPU,但又與主內(nèi)存相�。同�(shí) PCI 總線能夠與處理器異步�(yùn)�,額定頻率為 25MHz�30MHz �33MHz。當(dāng)處理器的頻率增加�(shí),PCI 總線頻率仍然能夠保持不變。PCI 允許的插槽數(shù)或外部設(shè)備數(shù)� 5 �(gè)或者更�,而且還不必考慮總線速度、緩沖或其它電器問題的限�� 其它的特�(diǎn)則使得設(shè)備的使用更加�(jiǎn)�。即插即用功能讓系統(tǒng)自動(dòng)�(jìn)行外圍設(shè)備的�(shè)置,而不必再手動(dòng)�(shè)� IRQ跳腳、DMA� IO地址。它還允� IRQ共享,有自己的中斷系�(tǒng)� ,PCI 總線上的�(shù)�(jù)傳輸是不�(jīng)� CPU,而直接處�,這樣降低了潛伏期和處理器的使用率� PCI 總線的真正應(yīng)用是隨著 Intel � Pentium 處理器的誕生而開始的,由于在�(dāng)�(shí)與其�(jìng)�(zhēng)�(duì)� VESA 相比�(yōu)�(shì)非常明顯,使其很快在 1994 年成為這場(chǎng)總線之爭(zhēng)的勝利者并�(tǒng)一了標(biāo)�(zhǔn),從此以�,幾乎所有的外圍�(shè)�,從硬盤控制�、聲卡到�(wǎng)卡和顯卡,都使用 PCI插槽�
1.0 2Gb/s 250MB/s 8GB/s 2.5GT/s 2002�7�22�
1.0a 2Gb/s 250MB/s 8GB/s 2.5GT/s 2003�4�15�
1.1 2Gb/s 250MB/s 8GB/s 2.5GT/s 77W 2005�3�28�
2.0 4Gb/s 500MB/s 16GB/s 5.0GT/s 225W 2006�12�20�
2.1 4Gb/s 500MB/s 16GB/s 5.0GT/s 2009�3�4�
3.0 8Gb/s 1GB/s 32GB/s 8.0GT/s 2010�11�10�
在正式了解PCI Express串行鏈接物理和邏輯結(jié)�(gòu)�,先來看一下PCI Express系統(tǒng)架構(gòu)的方框圖。你可以看到 PCI Express連接器已被移植到系統(tǒng)中的各�(gè)不同部分,為將來的高速設(shè)備提供連接�(diǎn)�
PCI Express 的基本結(jié)�(gòu)包括根組件(Root Complex� 、交換器(Switch)和各種終端�(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)� I/O �(shè)備之間的連接,而交換器的功能通常是以軟件形式提供�,它包括兩�(gè)或更多的邏輯 PCI � PCI 的連接橋(PCI-PCI Bridge� ,以保持與現(xiàn)� PCI兼容。當(dāng)�,像 PCI Express-PCI的橋�(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�(gòu)中的 I/O橋接�,用來為 I/O 總線提供輸出�。交換器支持在不同終端設(shè)備間�(jìn)行對(duì)等通信。下� 1 就是PCI Express 1.0 的拓?fù)浣Y(jié)�(gòu)��
� 1
為了便于與現(xiàn)行的PCI總線�(jié)�(gòu)�(jìn)行有效對(duì)比, �(xiàn)把兩種總線的桌面系統(tǒng)架構(gòu)并列于下� 2 ��
� 2
在圖中現(xiàn)有的 PCI 架構(gòu)�,用于顯卡的接口� AGP,而新� PCI Express 架構(gòu)中以 PCIExpress取代�,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� PCI Express 總線接口用于與終端設(shè)備連接,當(dāng)然為了保持與�(xiàn)� PCI兼容,在� PCI Express 架構(gòu)中仍保留 PCI接口�
PCI Express 總線技�(shù)將全面應(yīng)用于桌面/移動(dòng)和服�(wù)器系�(tǒng)以及串口服務(wù)器中,但各自的體系結(jié)�(gòu)不完全相同,如圖 3 左圖所示的是桌面機(jī)和移�(dòng)筆記本電腦中使用 PCI Express 總線的系�(tǒng)架構(gòu),而圖 3右圖所示的是服�(wù)器和工作站中使用 PCI Express 總線的系�(tǒng)架構(gòu)。除此之�,在�(wǎng)�(luò)中同樣可以以使用 PCI Express 總線技�(shù)�(jìn)行通信,結(jié)�(gòu)圖如� 4 所��
� 3
從圖 3中的兩�(gè)�(yīng)用架�(gòu)比較可以看出,PCI Express 總線技�(shù)在服�(wù)器和工作站中的應(yīng)用更為徹�,在服務(wù)�/工作站中除了�(nèi)存子系統(tǒng)與芯片組之間的通信外,其它都是采用 PCIExpress總線來與芯片連接�,而在桌面�(jī)中在目前來說還主要是取代顯卡中的 AGP總線和其� PCI板卡,如�(wǎng)卡,至于硬盤和外�(shè)接口都仍是采用相�(yīng)的總線接口直接與芯片組連接�
� 4
從圖中可以看出,PCI Express總線在網(wǎng)�(luò)中的�(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��
綜上所�,目前來說PCI Express總線主要還是先從服務(wù)�、工作站和網(wǎng)�(luò)�(shè)備得到徹底應(yīng)�,在桌面�(jī)中主要以先取� AGP 和部� PCI接口開始�
PCIe的連接是建立在一�(gè)雙向的序列的�1-bit)點(diǎn)�(duì)�(diǎn)連接基礎(chǔ)之上,這稱之為“傳輸通道�。與PCI 連接形成鮮明�(duì)比的是PCI是基于總線控制,所有設(shè)備共同分享的單向32位并行總�。PCIe是一�(gè)多層�(xié)�,由一�(gè)�(duì)話層,一�(gè)�(shù)�(jù)交換層和一�(gè)物理層構(gòu)�。物理層又可�(jìn)一步分為邏輯子層和電氣子層。邏輯子層又可分為物理代碼子層(PCS)和介質(zhì)接入控制子層(MAC��
物理�
各式不同的PCI Express插槽(由上而下:x4, x16, x1,與 x16�,相較于傳統(tǒng)�32-bit PCI插槽(最下方),取自于DFI的LanParty nF4 Ultra-D�(jī)板于使用電力方面,每組流水線使用兩�(gè)單向的低電壓差分信號(hào)(LVDS)合�(jì)�(dá)�2.5兆波特。傳送及接收不同�(shù)�(jù)�(huì)使用不同的傳輸通道,每一通道可運(yùn)作四�(xiàng)資料。兩�(gè)PCIe�(shè)備之間的連接成為“鏈接�,這形成了1組或更多的傳輸通道。各�(gè)�(shè)備最少支�1傳輸通道(x1)的鏈接。也可以�2�4�8�16�32�(gè)通道的鏈�。這可以更好的提供雙向兼容�。(x2模式將用于內(nèi)部接口而非插槽模式)PCIe卡能使用在至少與之傳輸通道相當(dāng)?shù)牟宀凵希ɡ鐇1接口的卡也能工作在x4或x16的插槽上)。一�(gè)支援較多傳輸通道的插槽可以建立較少的傳輸通道(例�8�(gè)通道的插槽能支援1�(gè)通道�。PCIe�(shè)備之間的鏈接將使用兩�(shè)備中較少通道�(shù)的作為標(biāo)�(zhǔn)。一�(gè)支援較多通道的設(shè)備不能在支援較少通道的插槽上正常工作,例如x4接口的卡不能在x1的插槽上正常工作(插不入�,但它能在x4的插槽上只建�1�(gè)傳輸通道(x1�。PCIe卡能在同一�(shù)�(jù)傳輸通道�(nèi)傳輸包括中斷在內(nèi)的全部控制信息。這也方便了與PCI的兼�。多傳輸通道上的�(shù)�(jù)傳輸采取交叉存取,這意味著連續(xù)字節(jié)交叉存取在不同的通道�。這一特性被稱之為“數(shù)�(jù)條紋”,需要非常復(fù)雜的硬件支援連續(xù)�(shù)�(jù)的同步存�,也�(duì)鏈接的數(shù)�(jù)吞吐量要求極�。由于數(shù)�(jù)填充的需�,數(shù)�(jù)交叉存取不需要縮小數(shù)�(jù)包。與其它高速數(shù)傳輸�(xié)議一�,時(shí)鐘信息必須嵌入信�(hào)�。在物理層上,PCIe采用常見�8B/10B代碼方式來確保連續(xù)�1�0字符串長度符合標(biāo)�(zhǔn),這樣保證接收端不�(huì)誤讀。編碼方案用10位編碼比特代�8�(gè)未編碼比特來傳輸�(shù)�(jù),占�20%的總帶寬。到了PCIe 3.0,采�128B/130B代碼方式,僅占用1.538%的總帶寬。有些協(xié)議(如SONET)使用另外的編碼�(jié)�(gòu)如“不�(guī)則”在�(shù)�(jù)流中嵌入�(shí)鐘信�。PCIe的特性也定義了一種“不�(guī)則化”的�(yùn)算方法,但這種方法與SONET完全不同,它的方法主要用來避免數(shù)�(jù)傳輸過程中的�(shù)�(jù)重復(fù)而出�(xiàn)�(shù)�(jù)散射。代PCIe采用2.5兆位單信�(hào)傳輸�,PCI-SIG�(jì)劃在未來版本中增�(qiáng)�5~10兆位�
�(shù)�(jù)鏈接�
�(shù)�(jù)鏈接層采用按序的交換層信息包(Transaction Layer Packets,TLPs�,是由交換層生成,按32位循�(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC,本文中用LCRC)�(jìn)行數(shù)�(jù)保護(hù),采用著名的�(xié)議(Ack and Nak signaling)的信息包。TLPs能通過LCRC校驗(yàn)和連續(xù)性校�(yàn)的稱為Ack(命令正確應(yīng)答);沒有通過校驗(yàn)的稱為Nak(沒有應(yīng)答)。沒有應(yīng)答的TLPs或者等待逾時(shí)的TLPs�(huì)被重新傳�。這些�(nèi)容存�(chǔ)在數(shù)�(jù)鏈接層的緩存�(nèi)。這樣可以確保TLPs的傳輸不受電子噪音干�。PCIe�(duì)于ACK有所�(guī)范,在收到TLP封包之后,在一定時(shí)間內(nèi)必須回應(yīng)ACK,也就是ACK延遲(ACK Latency)的等待�(shí)�。因�(yīng)ACK/NAK流程的需�,必須實(shí)作出重新播送緩沖器(Replay Buffer��
Ack和Nak信號(hào)由低層的信息包傳�,這些包被稱為�(shù)�(jù)鏈接層信息包(Data Link Layer Packet,DLLP�。DLLP也用來傳送兩�(gè)互連設(shè)備的交換層之間的流控制信息和�(shí)�(xiàn)電源管理功能�
交換�
PCI Express采用分離交換(數(shù)�(jù)提交和應(yīng)答在�(shí)間上分離),可保證傳輸通道在目�(biāo)端設(shè)備等待發(fā)送回�(yīng)信息傳送其它數(shù)�(jù)信息。它采用了可信性流控制。這一模式下,一�(gè)�(shè)備廣播它可接收緩存的初始可信信號(hào)�。鏈接另一方的�(shè)備會(huì)在發(fā)送數(shù)�(jù)�(shí)�(tǒng)�(jì)每一�(fā)送的TLP所占用的可信信�(hào)�,直至達(dá)到接收端初始可信信號(hào)�。接收端在處理完畢緩存中的TLP�,它�(huì)回送發(fā)送端一�(gè)比初始值更大的可信信號(hào)�。可信信�(hào)�(tǒng)�(jì)是定制的�(biāo)�(zhǔn)�(jì)�(shù)�,這一算法的優(yōu)�(shì),相�(duì)于其他算�,如握手傳輸�(xié)議等,在于可信信�(hào)的回傳反�(yīng)�(shí)間不�(huì)影響系統(tǒng)性能,因?yàn)槿绻p方設(shè)備的緩存足夠大的�,是不會(huì)出現(xiàn)�(dá)到可信信�(hào)值的情況,這樣�(fā)送數(shù)�(jù)不會(huì)停頓。代PCIe�(biāo)稱可支援每傳輸通道單向每秒250兆字節(jié)的數(shù)�(jù)傳輸�。這一�(shù)字是根據(jù)物理信號(hào)�2500兆波特除以編碼率�10位/每字節(jié))計(jì)算而得。這意味著一�(gè)16通道(x16)的PCIe卡理論上可以�(dá)到單�250*16=4000兆字節(jié)/秒�3.7G字節(jié)/每秒)。實(shí)際的傳輸率要根據(jù)�(shù)�(jù)有效載荷�,即依賴于數(shù)�(jù)的本身特性,這是由更高層(軟件)�(yīng)用程序和中間�(xié)議層決定。PCI Express與其它高速序列連接系統(tǒng)相似,它依賴于傳�?shù)聂敯粜裕–RC校驗(yàn)和Ack算法�。長�(shí)間連續(xù)的單向數(shù)�(jù)傳輸(如高速存�(chǔ)�(shè)備)�(huì)造成>95%的PCIe通道�(shù)�(jù)占用�。這樣的傳輸受益于增加的傳輸通道,但大多�(shù)�(yīng)用程序如USB或以太網(wǎng)�(luò)控制器會(huì)把傳輸內(nèi)容拆成小的數(shù)�(jù)�,同�(shí)還會(huì)�(qiáng)制加上確�(rèn)信號(hào)。這類�(shù)�(jù)傳輸由于增加了數(shù)�(jù)包的解析和強(qiáng)制中�,降低了傳輸通道的效率。這種效率的降低并非只出現(xiàn)在PCIe��
PCI Express之所以能迅速得到業(yè)界的承認(rèn),并且被大家公認(rèn)為下一� 10 年總線標(biāo)�(zhǔn),它具有鮮明的技�(shù)�(yōu)�(shì),它可以全面解決 PCI 總線技�(shù)所面臨的種種問題。有專家�(yù)�(jì),PCIExpress的設(shè)�(jì)不只要取� PCI� AGP 的插�,同�(shí)也會(huì)是一些電腦內(nèi)部系�(tǒng)連接接口,如處理�、繪圖、網(wǎng)�(luò)及磁盤的 I/O 子系�(tǒng)芯片間的連接。下面就來具體介紹這�(gè)新總線技�(shù)有哪些關(guān)鍵技�(shù)�(yōu)�(shì)�
·在兩�(gè)�(shè)備之間點(diǎn)�(duì)�(diǎn)串行互聯(lián)(兩�(gè)芯片之間使用接口連線;設(shè)備之間使用數(shù)�(jù)電纜;� PCI Express 接口的擴(kuò)展卡之間使用連接插槽�(jìn)行連接��
與PCI所有設(shè)備共享同一條總線資源不同,PCI Express 總線采用�(diǎn)�(duì)�(diǎn)技�(shù),能�?yàn)槊恳粔K�(shè)備分配獨(dú)享通道帶寬,不需要在�(shè)備之間共享資源,這樣充分保障了各�(shè)備的寬帶資源,提高數(shù)�(jù)傳輸速率;·雙通道,高帶寬,傳輸速度快在�(shù)�(jù)傳輸模式上,PCI Express 總線采用�(dú)特的雙通道傳輸模式,類似于全雙工模�,大大提高了�(shù)�(jù)與速度。在傳輸速度上, 1.0版本的PCI Express將從每�(gè)信道單方�2.5Gbps的傳輸速率起步,而它在物理層上提供的 1�32速可選信道帶寬特性更使其可以輕松�(shí)�(xiàn)近乎"無限"的擴(kuò)展傳輸能��
·靈活�(kuò)展�
與PCI不同,PCI Express 總線能夠延伸到系�(tǒng)之外,采用專用線纜可將各種外�(shè)直接與系�(tǒng)�(nèi)� PCI Express總線連接在一起。這樣可以允許開發(fā)商生�(chǎn)出能夠與主系�(tǒng)脫離的高性能的存�(chǔ)控制�,不必再�(dān)心由于改� FireWire � USB 等其它接口技�(shù)而使存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能受到影響�
·低電源消�,并有電源管理功�
這主得益� PCI Express 總線采用� PCI總線少得多的物理�(jié)�(gòu),如� x1 帶寬模式只需4 線即可實(shí)�(xiàn)�(diào)整數(shù)�(jù)傳輸,實(shí)際上是每�(gè)通道只需 4根線,發(fā)送和接收�(shù)�(jù)的信�(hào)線各一�,另外各一根獨(dú)立的地線。當(dāng)然實(shí)際上在單通道PCI Express總線接口插槽中并不是 4 針引�,而是 18 �,� 其余� 14 針都是通過 4 根芯線相互組合得到的。由于減少了�(shù)�(jù)傳輸芯線�(shù)�,所以它的電源消耗也就大大降低了�
·支持�(shè)備熱撥插和熱交換
PCI Express 總線接口插槽中含�"熱撥插檢�(cè)信號(hào)",所以可以像 USB、IEEE 1394 總線那樣�(jìn)行熱撥插和熱交換�
·支持 QoS 鏈接配置和公證策�
·支持同步�(shù)�(jù)傳輸
PCI Express 總線�(shè)備可以通過主機(jī)橋接器芯片�(jìn)行基于主�(jī)的傳輸,也可以通過交換器�(jìn)行點(diǎn)�(duì)�(diǎn)傳輸�
·具有�(shù)�(jù)包和層協(xié)議架�(gòu)
它采用類似于�(wǎng)�(luò)通信中的 OSI 分層模式,各層使用專門的協(xié)議架�(gòu),所以可以很方便地在其它�(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用�
·每�(gè)物理鏈接含有多點(diǎn)虛擬通道
類似� InfiniBand,PCI Express總線技�(shù)在每一�(gè)物理通道中也支持多點(diǎn)虛擬通道,理論上來講每一�(gè)單物理通道中可以允許有 8 條虛擬通道�(jìn)行獨(dú)立通信控制,而且每�(gè)通信的數(shù)�(jù)包都定義不同� QoS。正因如�,它與外�(shè)之間的連接就可以得到非常的�(shù)�(jù)傳輸速率�
·可保持端�(duì)端和鏈接�(jí)�(shù)�(jù)完整�
這是得益� PCI Express 總線的分層架�(gòu),具體將在下篇介��
·具有�(cuò)誤處理和先�(jìn)的錯(cuò)誤報(bào)告功�
這也是得益于PCI Express總線的分層架�(gòu),它具有軟件�,軟件層的主要功能就是�(jìn)行錯(cuò)誤處理和提供�(cuò)誤報(bào)�,具體將在下篇介紹�
·使用小型連接,節(jié)約空間,減少�?dāng)_
PCI Express 技�(shù)不需要像PCI總線那樣在主板上布大量的�(shù)�(jù)線(PCI使用 32� 64條平行線傳輸�(shù)�(jù)�,與 PCI相比� PCI Express 總線的導(dǎo)線數(shù)量減少了將近 75% (PCI Express總線也會(huì)有好幾種版本的),速度�(huì)加快而且�(shù)�(jù)不需要同�。同�(shí)�?yàn)橹靼迳献呔€少了,從而可以使通過增加走線�(shù)量提升總線寬度的方法就更容易�(shí)�(xiàn),同�(shí)各走線之間的間隔就可以更�,減少了相互之間的串?dāng)_�
·在軟件層保持� PCI兼容
跨平�(tái)兼容是PCI Express 總線非常重要的一�(gè)特點(diǎn)。目前被廣泛采用的PCI 2.2�(shè)備可以在這一新標(biāo)�(zhǔn)提供的低帶寬模式下運(yùn)�,不�(huì)出現(xiàn)類似 PCI插卡無法� ISA或� VLB插槽上使用的問題,從而為廣大用戶提供了一�(gè)平滑的升�(jí)平臺(tái)。同�(shí)� IBM �(chuàng)�(dǎo)� PCI-X接口�(biāo)�(zhǔn)� PCI Express �(biāo)�(zhǔn)中也得到了兼�,但要注意的是它不兼容目前的 AGP 接口�
鑒于如此眾多的優(yōu)�(shì),大家都�(rèn)� PCI Express 將成為今� 10 年內(nèi)的主要內(nèi)部總線連接�(biāo)�(zhǔn),它不但將被用在�(tái)式機(jī)、筆記本電腦以及服務(wù)器平�(tái)�,甚�?xí)^�(xù)延伸到網(wǎng)�(luò)�(shè)備的�(nèi)部連接�(shè)�(jì)��
8B/10B 編碼:一種嵌入式�(shí)鐘編碼信�(hào)。編碼有兩�(gè)目的,首先它確保了數(shù)�(jù)流中有足夠的變換用于恢復(fù)�(shí)�,第� 0 � 1 的�(gè)�(shù)是匹配的,保證了 AC 耦合系統(tǒng)� DC 平衡
AGP:圖形端口使用不同接口卡的更高速PCI 總線,是為了滿足�(tái)式機(jī)專用插入式顯卡的帶寬需要而開�(fā)��
CRC:循�(huán)冗余碼校�(yàn)通過在包中添加一組計(jì)算值來檢測(cè)和糾正比特誤差的方法。這些值由包中原始�(shù)�(jù)推出
差分:差分信�(hào)采用兩條線來傳送一�(gè) 180 度異相信�(hào)。主要的好處是能降低引入噪聲的靈敏度
ExpressCard:包� PCI Express � USB2.0接口的小� I/O �
ISA Bus:工�(yè)�(biāo)�(zhǔn)�(gòu)�1984年推出的PC總線�(biāo)�(zhǔn),它把XT總線�(gòu)架擴(kuò)展到 16�。設(shè)�(jì)用來連接外設(shè)卡和主板。也被稱� AT bus
PICMG:PCI 工業(yè)�(jì)算機(jī)制造商�(lián)盟維�(hù)目前CompatPCI � PCI/ISA �(guī)范的公司�(lián)盟PCI
外設(shè)組件連接:最初由 Intel �(shè)�(jì)的高速并行總�,用來連接外設(shè)� CPU
PCI Express:PCI 的改�(jìn)版,保持 PCI 軟件的使用模型并使用具有多通路的高速(2.5Gb/s)串行總線替代物理總線SIOM 服務(wù)
I/O 模塊:I/O 模塊,為服務(wù)器和工作站應(yīng)用而設(shè)�(jì),使� PCI Express �(jìn)行通信USB2.0 是外部差分點(diǎn)�(duì)�(diǎn)串行總線,能提供的數(shù)�(jù)速率� 480Mb/s�
USB2.0 � USB1.1 的擴(kuò)�,它使用相同的線纜和連接�
在機(jī)架和刀片服�(wù)器中的應(yīng)�
絕大多數(shù)的服�(wù)器可分為兩類—I/O服務(wù)器和�(jì)算服�(wù)�。一般來�,I/O服務(wù)器擁�1-2�(gè)CPU及多�(gè)I/O插槽,以及連接到I/O資源的各種設(shè)�,如�(nèi)�、通信�(shè)備等;而計(jì)算服�(wù)器則具備更強(qiáng)的計(jì)算能力(四�(gè)或更多的CPU)及較少的I/O資源。傳�(tǒng)的機(jī)架服�(wù)器一般為19英寸��1-4U�。但新興的刀片服�(wù)器正憑借其成本少、功耗低、體積小及管理容易等特性,大肆搶占�(jī)架服�(wù)器的市場(chǎng)份額�
服務(wù)器之所以轉(zhuǎn)向PCIe技�(shù),就是為了利用PCIe在帶�、可�(kuò)展�、廣泛的生態(tài)圈等方面的優(yōu)�(shì)。今天市面上的服�(wù)器大都提供一些PCIe插槽,當(dāng)然大部分還是PCI-X插槽,但我們看�,隨著芯片組廠商在芯片組上逐步取消PCI-X接口,PCIe取代PCI-X已是�(shí)間問��
值得一提的是,如今市面上的絕大多數(shù)芯片組都提供3-4�(gè)�(shù)目有限的PCIe端口,但I(xiàn)/O密集型應(yīng)用顯然需要更多的PCIe端口,如存儲(chǔ)系統(tǒng)。于是,有些服務(wù)器廠商如PLX公司,就開發(fā)了帶有多�(gè)通道和端口的PCIe交換器,以增加服�(wù)器主板上的PCIe端口�(shù)�
通常,刀片服�(wù)器提供SAS/SATA、光纖通道、千兆以太網(wǎng)等幾種接�,以連接那些無法被所有刀片所共享的網(wǎng)�(luò)�(shè)備和存儲(chǔ)�(shè)備。上文已提到:全新的PCIe�(xié)議新增了IOV技�(shù),這將減少連接�(shù),實(shí)�(xiàn)I/O資源的共享,從而可以極大地降低服務(wù)器的采購、維�(hù)、支持及管理成本�
在PC圖像處理方面的應(yīng)�
PC圖形卡是�(qū)�(dòng)PCIe技�(shù)�(fā)展的�(guān)鍵因素�2006�,絕大部分的高端PC�(jī)都具備一�(gè)x16 PCIe插槽,以支持3D、高分辨率的圖形圖像效果�
PC視頻游戲猶如高速公路上的汽�,發(fā)展速度�?�?,顯卡廠商不斷研制高分辨率圖像處理元件(GPU�,以提高硬件性能。如�,高端圖像技�(shù)在科�(xué)、娛樂以及工程領(lǐng)域的重要性已是無可非�。GPU制造商也希望游戲發(fā)燒友�?cè)趦蓚�(gè)x16 PCIe插槽上安裝兩�(gè)GPU,來�(shí)�(xiàn)游戲體驗(yàn)�
在多顯示器計(jì)算中的應(yīng)�
多顯示器�(jì)算剛剛嶄露頭�,以往多用于金融和制圖�(lǐng)域,但隨著成本的降低,有望成為一種主流趨�(shì),其�(yīng)用領(lǐng)域主要包括:電子�(shù)�(jù)表分析程序、出版印�、CAD、CAM、CAID、工程跟�、網(wǎng)站設(shè)�(jì)、網(wǎng)�(luò)游戲、游戲開�(fā)、模型設(shè)�(jì)、商�(yè)演示、金融分�、股票交易、軟件開�(fā)、模擬仿�、視頻會(huì)議、動(dòng)�、音�/視頻編緝等等。促�(jìn)這種�(yīng)用模式發(fā)展的�(guān)鍵因素在于:PCIe技�(shù)、全新的操作系統(tǒng)、更低的�(nèi)存價(jià)�、LCD技�(shù)改�(jìn)、顯示器�(jià)格和新一代GPU�(shè)��
在上述領(lǐng)域中,用戶的工作需要同�(shí)和多種應(yīng)用程序打交道,多顯示器計(jì)算正好可以同�(shí)瀏覽及處理大量的信息資源。通過多�(gè)顯示�,用戶可以在多�(gè)顯示屏上移動(dòng)和排列各種不同的信息和圖�,從而提高工作效��
在多顯示器計(jì)算的音頻/視頻�(yīng)用中,PCIe接口提供了GPU和處理器(芯片組)間的連接。同�(shí),交換器可以用來�(kuò)展主處理器(或者芯片組)上的PCIe端口�(shù),�(jìn)而連接多�(gè)GPU。這使得板卡制造商可以�(shè)�(jì)更多的圖形端口(插槽�,以支持多顯示器系統(tǒng)�
在存�(chǔ)系統(tǒng)和路由器中的�(yīng)�
一�(gè)典型存儲(chǔ)系統(tǒng)依靠CPU、內(nèi)�、I/O芯片、模塊和存儲(chǔ)�(shè)備間的高速連接。在如今的很多系�(tǒng)中,PCIe就提供了FC、SCSI、SATA等存�(chǔ)接口與處理器間的連接,從而實(shí)�(xiàn)�(duì)整�(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的控制管理�
光纖通道總線適配器(HBA)在企業(yè)�(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)中占有重要地�。通常,HBA、FC、SCSI、SATA及其他接口都采用傳統(tǒng)的PCI/PCI-X連接總線;HBA通過芯片組連接到主�(jī)(適用于x86�(jié)�(gòu))或者直接連接主機(jī)(適用于RISC架構(gòu)�。但為了支持日益增長的CPU速度和存�(chǔ)接口�(shù)�(jù)率,利用PCI/PCI-X等傳�(tǒng)總線來設(shè)�(jì)系統(tǒng)的方法開始受到嚴(yán)重挑�(zhàn)。而且,為了增加插槽數(shù)�,還需要額外的PCI/PCI-X橋接器,從而帶來了額外的成�、噪音、復(fù)雜�、主板空間及延遲。傳�(tǒng)總線的這些不足卻促�(jìn)了PCIe等串行交換技�(shù)的普��
PCIe交換器主要用于擴(kuò)展存�(chǔ)系統(tǒng)主板的PCIe端口�(shù),用以連接更多組件或HBA上的ASIC。多�(shù)FC HBA廠商都轉(zhuǎn)向了PCIe技�(shù),因?yàn)樗峁┝舜薪涌?,擁有更高的可擴(kuò)展帶寬,完全符合FC線率�1GB/s�2GB/s�4GB/s�8GB/s)的要求。現(xiàn)�,市�(chǎng)上許多廠商都提供了相�(yīng)的FC HBA和SATA卡�
大家知道,互�(lián)�(wǎng)連接主要依靠路由器的性能,路由器控制著信息數(shù)�(jù)(包)在用戶、計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程系�(tǒng)之間的傳�,如�(wǎng)上沖�、郵�、ftp等應(yīng)�。高端路由器每秒可以處理�(shù)以百萬計(jì)的數(shù)�(jù)�,從而滿足現(xiàn)代信息社�(huì)�(duì)處理速度和實(shí)�(shí)響應(yīng)的苛刻要�。這些路由器為�(yàn)證、安�、服�(wù)�(zhì)�、路由優(yōu)化以及網(wǎng)�(luò)管理提供�(yuǎn)程包處理。一些專用處理器和定制的ASIC也會(huì)參與其中。這些處理器和ASIC需要通過高速有效的、芯片對(duì)芯片或主板對(duì)主板的互�(lián)技�(shù)�(jìn)行連接。通常,路由器由網(wǎng)�、路由器模塊及控制模塊組成�
在工�(yè)嵌入式系�(tǒng)中的�(yīng)�
如今,PCIe已經(jīng)被許多標(biāo)�(zhǔn)組織采用,用于工�(yè)嵌入式領(lǐng)�,如高端電信(Advanced Telecom�、微型TCA系統(tǒng)和AMC�(guī)格。其�,AMC采用PCIe高速串行接口,用于支持微型TCA系統(tǒng)中的AMC模塊和TCA系統(tǒng)中的載波模塊。AMC模塊被通信、醫(yī)療設(shè)備、蜂窩基站及成像系統(tǒng)等許多嵌入式�(huán)境采��
在基于X86、MIPS、PowerPC等處理器的系�(tǒng)�,PCIe接口提供了芯片組上的互聯(lián)。PCIe交換器則用于�(kuò)展芯片組或處理器上有限的端口�(shù)。有些系�(tǒng)利用交換器的PTP功能開發(fā)系統(tǒng)背板和交換機(jī),以支持更多的I/O�(shè)��
為了方便管理和控制,大多�(shù)路由器廠商采用傳�(tǒng)PCI來連接路由器的子系�(tǒng)。近來,隨著�(duì)管理模塊帶寬和處理能力需求的日益增長,迫使設(shè)�(jì)者尋求新的更快速的互聯(lián)技�(shù)。而PCIe技�(shù)由于可以同PCI兼容,正好提供了這一便利,且無須更改�(wǎng)�(luò)操作系統(tǒng)。PCIe交換器可用于連接嵌入式處理器和網(wǎng)�(luò)處理�,因?yàn)榇蠖�?shù)處理器都提供PCIe接口�
另一�(gè)例子�,傳�(tǒng)的安全系�(tǒng)在控制范圍和功能上都有局限性,比如只能�(jiǎn)單地檢測(cè)門窗開�(guān)系統(tǒng)。但最近幾�,這些系統(tǒng)的功能有了較大改�,如可以通過有線或無線攝像機(jī),對(duì)受保�(hù)區(qū)域中的多�(gè)�(diǎn)�(jìn)行視頻監(jiān)控——獲取視頻圖�,在本地�(jī)上�(jìn)行處�,然后傳送到主機(jī)�(jìn)行分�。顯�,這么多高分辨率攝像機(jī)�(duì)系統(tǒng)帶寬和吞吐量也提出了更高的要�,需要多�(gè)高速端口將信息傳送給CPU或主�(jī)。PCIe交換器因?yàn)榭梢蕴峁└咚冱c(diǎn)�(duì)�(diǎn)連接,正好可以漂亮地滿足這些要求�
綜上所�,PCI Express由于提供了高速帶�、可�(kuò)�、廣泛的生態(tài)圈、與PCI兼容等諸多優(yōu)�(shì),其�(yīng)用范圍正在從傳統(tǒng)的PC和圖形工作站�(lǐng)域向外擴(kuò)�,在服務(wù)器、存�(chǔ)、路由、多顯示器計(jì)算以及工�(yè)嵌入式系�(tǒng)中都得到了非常廣泛的�(yīng)�,其取代傳統(tǒng)的PCI/PCI-X總線也不過是�(shí)間問題�
PCI-Express 體系�(jié)�(gòu)符合第三� I/O總線的所有需�� PCI-Express 的不同就在于�(diǎn)�(duì)�(diǎn)的串行連接,可以使用更少的�(shù)�(jù)線提供更高的連接速度。它可以為任何帶寬需求的�(yīng)用以每幀 100MB/s 的速度�(jìn)行傳輸。它的先�(jìn)特征的自由縮放性能將及成為�(tǒng)一� I/O 方案而全面�(jìn)入臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦、服�(wù)�、通信、工作站的內(nèi)置設(shè)備等�(lǐng)�。PCI-Express 連接是執(zhí)行多通道、點(diǎn)�(duì)�(diǎn)連接�,而多通道可以用來建立 I/O之間的互�(lián),而使帶寬得到成倍地增加�
這種 I/O 之間的互�(lián)可以使系�(tǒng)之間的發(fā)割變得非常容�,其成本與當(dāng)前工� PCI 架構(gòu)相當(dāng),甚至更�。并� PCI-Express 與現(xiàn)在的PCI軟件保持兼容,這樣有利于在將來的系�(tǒng)中得到綜合�
隨著 PCI-SIG 頒發(fā) PCI Express 1.0以來,幾乎沒有誰�(huì)再懷� PCI Express 將是下一代總線標(biāo)�(zhǔn)。不僅原有的 PCI、AGP 總線擁戴者如此,就連許多各種不同的系統(tǒng)�(nèi)部總線開�(fā)�,如 AMD、VIA、SIS、ATi、nVIDIA等都無不提出�(duì)PCI Express 的支�,紛紛想把自己的總線技�(shù)加入� PCI Express 技�(shù)之中,尤其是 Intel 的競(jìng)�(zhēng)�(duì)� AMD。由此看�,PCIExpress 總線將一�(tǒng)天下的局面似乎沒有什么障礙,但實(shí)際上至少在目前為止還�(yuǎn)不是說這話的時(shí)�,特別是在服�(wù)器和工作站中,因?yàn)樵谄渲性缫延邢?Infiniband� PCI-X總線技�(shù)得到廣泛的應(yīng)�。還有如 RapidIO� Intel自己的超線程技�(shù)��
正如 PCI Express 工作小組 Arapahoe所說的那樣,以上所說的這些解決方案面向的目�(biāo)� PCI Express 總線不同。RapidIO 和超線程技�(shù)是針�(duì)那些特殊的應(yīng)�,� PCI Express則是為一般應(yīng)用所�(shè)�(jì)的。PCI Express 取代超線程技�(shù)而作為處理器之間接口的可能性也幾乎是不存在�,因?yàn)镻CI Express 缺乏高速緩存一致性協(xié)議,在同步時(shí)鐘周期內(nèi)高于并行接口的潛伏期也使它不適于此類�(yīng)�。所以,AMD 和nVidia 沒什么可害怕的,Intel也不�(huì)用它來取代P4 總線,因?yàn)橐粋�(gè)開放的PCI Express �(biāo)�(zhǔn)意味� Intel無法再為P4總線授權(quán)問題而起訴其他第三方芯片組廠��
但是 PCI Express仍有著巨大的�(fā)�?jié)摿Γ谝话阌猛镜亩ㄎ皇蛊湓陟`活性方面具有明顯的�(yōu)�(shì),而且這確保了它有著廣闊的�(yīng)用前��
由于有著許多改變,所以從PCI到PCI Express的轉(zhuǎn)變不�(huì)在一夜之間完�。ISA插槽掙扎了近 10年才� PCI總線全面取代而消�,所以不要認(rèn)為你� PCI�(shè)備已�(jīng)落伍了�
PCI Express 底板 1.0a�(guī)范和板卡電氣 1.0a�(guī)范都已經(jīng)�(fā)布了,但我們要等到 2004年才能看到真正的 PCI Express �(chǎn)品,在桌面機(jī)和服�(wù)器中全面采用PCI Express接口的設(shè)備更不是近兩、三年可以出�(xiàn)�?;蛟S最開始� nVidia 和ATi的顯卡產(chǎn)品以及基� Grantsdale芯片組的 Intel主板。在服務(wù)器終端市�(chǎng),Intel想要通過 Lindenhurst 和Twin Castle 芯片組來引�(jìn)PCI Express。由于各種新的因素和富有前途的性能表現(xiàn),PCI Express的未來看上去充滿希望�
維庫電子�,電子知�(shí),一查百��
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