Express快速电梯简介

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规格从1条通道连接到32条通道连接，有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。例如，PCI Express X1规格支持双向数据传输，每向数据传输带宽250MB/s，PCI Express X1已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求，但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求。因此，必须采用PCI Express X16，即16条点对点数据传输通道连接来取代传统的AGP总线。PCI Express X16也支持双向数据传输，每向数据传输带宽高达4GB/s，双向数据传输带宽有8GB/s之多，相比之下，目前广泛采用的AGP 8X数据传输只提供2.1GB/s的数据传输带宽。

尽管PCI Express技术规格允许实现X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X12，X16和X32通道规格，但是依目前形式来看，PCI Express X1和PCI Express X16将成为PCI Express主流规格，同时芯片组厂商将在南桥芯片当中添加对PCI Express X1的支持，在北桥芯片当中添加对PCI Express X16的支持。除去提供极高数据传输带宽之外，PCI Express因为采用串行数据包方式传递数据，所以PCI Express接口每个针脚可以获得比传统I/O标准更多的带宽，这样就可以降低PCI Express设备生产成本和体积。另外，PCI Express也支持高阶电源管理，支持热插拔，支持数据同步传输，为优先传输数据进行带宽优化。

在兼容性方面，PCI Express在软件层面上兼容目前的PCI技术和设备，支持PCI设备和内存模组的初始化，也就是说目前的驱动程序、操作系统无需推倒重来，就可以支持PCI Express设备。PCI Express是新一代能够提供大量带宽和丰富功能以实现令人激动的新式图形应用的全新架构。PCI Express可以为带宽渴求型应用分配相应的带宽，大幅提高中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）之间的带宽。对最终用户而言，他们可以感受影院级图象效果，并获得无缝多媒体体验。

PCI Express的主要优势就是数据传输速率高，目前最高的16X 2.0版本可达到10GB/s，而且还有相当大的发展潜力。PCI Express也有多种规格，从PCI Express 1X到PCI Express 16X，能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。目前，PCI-Express最新的接口是PCIe 3.0接口，其比特率为8GT/s，约为上一代产品带宽的两倍，并且包含发射器和接收器均衡、PLL改善以及时钟数据恢复等一系列重要的新功能，用以改善数据传输和数据保护性能。像现在的INTEL、IBM、、LSI、OCZ、、三星(计划中)、SanDisk、STEC、SuperTalent和东芝(计划中)等，而针对海量的数据增长使得用户对规模更大、可扩展性更强的系统所应用，PCIe 3.0技术的加入最新的LSI MegaRAID控制器及HBA产品的出色性能，就可以实现更大的系统设计灵活性。

PCI Express采用串行方式传输Data。它和原有的ISA、PCI和AGP总线不同。这种传输方式，不必因为某个硬件的频率而影响到整个系统性能的发挥。当然了，整个系统依然是一个整体，但是我们可以方便的提高某一频率低的硬件的频率，以便系统在没有瓶颈的环境下使用。以串行方式提升频率增进效能，关键的限制在于采用什么样的物理传输介质。目前人们普遍采用铜线路，而理论上铜这个材质可以提供的传输极限是10 Gbps。这也就是为什么PCI Express的极限传输速度的答案。

因为PCI Express工作模式是一种称之为“电压差式传输”的方式。两条铜线，通过相互间的电压差来表示逻辑符号0和1。以这种方式进行资料传输，可以支持极高的运行频率。所以在速度达到10Gbps后，只需换用光纤（Fibre Channel）就可以使之效能倍增。

PCI Express是下一阶段的主要传输总线带宽技术。然而，GPU对总线带宽的需求是子系统中最高的，显而易见的是，视频在PCI Express应占有一定的分量。显然，PCI Express的提出，并非是总线形式的一个结束。恰恰相反，其技术的成熟仍旧需要这个时间。当然了，趁这个时间，那些芯片、主板、视频等厂家是否能出来支持是PCI Express发展的关键。不过，至今依然被看好的AGP8X的性能与PCI Express在性能上的差距虽然不是太明显，但是随着PCI Express的完善，其差距将是不言而喻的。

PCI-Express是最新的总线和接口标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔提出的，很明显英特尔的意思是它代表着下一代I/O接口标准。交由PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织）认证发布后才改名为“PCI-Express”。这个新标准将全面取代现行的PCI和AGP，最终实现总线标准的统一。它的主要优势就是数据传输速率高，目前最高可达到10GB/s以上，而且还有相当大的发展潜力。PCI Express也有多种规格，从PCI Express 1X到PCI Express 16X，能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。能支持PCI Express的主要是英特尔的i915和i925系列芯片组。当然要实现全面取代PCI和AGP也需要一个相当长的过程，就象当初PCI取代ISA一样，都会有个过渡的过程。

PCI Express x16 插槽

PCI Express x1 插槽

PCIe的规范主要是为了提升电脑内部所有总线的速度，因此频宽有多种不同规格标准，其中PCIe x16是专为显卡所设计的部分。AGP的资料传输效率最高为2.1GB/s，不过对上PCIe x16的8GB/s，很明显的就分出胜负，但8GB/s只有指资料传输的理想值，并不是使用PCIe接口的显示卡，就能够有突飞猛进的效能表现，实际的测试数据上并不会有这么大的差异存在。

传输通道数   脚Pin总数   主接口区Pin数   总 长 度   主接口区 长度  

x1   36   14   25 mm   7.65 mm  

x4   64   42   39 mm   21.65 mm  

x8   98   76   56 mm   38.65 mm  

x16   164   142   89 mm   71.65 mm  

规格   总线宽度   工作时脉   传输速率  

PCI 2.3   32 位元   33/66 MHz   133/266 MiB/s  

PCI-X 1.0   64 位元   66/100/133 MHz   533/800/1066 MiB/s  

PCI-X 2.0（DDR）   64 位元   133 MHz   2.1 GiB/s  

PCI-X 2.0（QDR）   64 位元   133 MHz   4.2 GiB/s  

AGP 2X   32 位元   66 MHz   532 MiB/s  

AGP 4X   32 位元   66 MHz   1.0 GiB/s  

AGP 8X   32 位元   66 MHz   2.1 GiB/s  

PCI-E 1X   8 位元   2.5 GHz   512 MiB/s（双工）  

PCI-E 2X   8 位元   2.5 GHz   1.0 GiB/s（双工）  

PCI-E 4X   8 位元   2.5 GHz   2.0 GiB/s（双工）  

PCI-E 8X   8 位元   2.5 GHz   4.0 GiB/s（双工）  

PCI-E 16X   8 位元   2.5 GHz   8.0 GiB/s（双工）  

甚至对于某些 PCI-E 1X插槽，我们完全可以将其锯开（这样有可能会失去质保），比如可以用来插上NVDIA的显卡做为物理加速卡与ATI显卡一同工作。

PCI Express 2.0是PCI Express总线家族中的第二代版本。其中第一代的PCI Express 1.0标志于2002年正式发布，它采用高速串行工作原理，接口传输速率达到2.5GHz，而PCI Express 2.0则在1.0版本基础上更进了一步，将接口速率提升到了5GHz，传输性能也翻了一番。目前新一代芯片组产品均可支持PCI Express 2.0总线技术，X1模式的扩展口带宽总和可达到1GB/s，X16图形接口更可以达到16GB/s的惊人带宽值。

PCIe的连接是建立在一个双向的序列的（1-bit）点对点连接基础之上，这称之为“传输通道”。与PCI 连接形成鲜明对比的是PCI是基于总线控制，所有设备共同分享的单向32位并行总线。PCIe是一个多层协议，由一个对话层，一个数据交换层和一个物理层构成。物理层又可进一步分为逻辑子层和电气子层。逻辑子层又可分为物理代码子层（PCS）和介质接入控制子层（MAC）。

各式不同的PCI Express插槽（由上而下：x4,x16,x1，与 x16），相较于传统的32-bit PCI插槽（最下方），取自于DFI的LanParty nF4 Ultra-D机板

于使用电力方面，每组流水线使用两个单向的低电压差分信号（LVDS）合计达到2.5兆波特。传送及接收不同数据会使用不同的传输通道，每一通道可运作四项资料。两个PCIe设备之间的连接成为“链接”，这形成了1组或更多的传输通道。各个设备最少支持1传输通道（x1）的链接。也可以有2，4，8，16，32个通道的链接。这可以更好的提供双向兼容性。（x2模式将用于内部接口而非插槽模式）PCIe卡能使用在至少与之传输通道相当的插槽上（例如x1接口的卡也能工作在x4或x16的插槽上）。一个支持较多传输通道的插槽可以建立较少的传输通道（例如8个通道的插槽能支持1个通道）。PCIe设备之间的链接将使用两设备中较少通道数的作为标准。一个支持较多通道的设备不能在支持较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的插槽上只建立1个传输通道（x1）。PCIe卡能在同一数据传输通道内传输包括中断在内的全部控制信息。这也方便了与PCI的兼容。多传输通道上的数据传输采取交叉存取，这意味着连续字节交叉存取在不同的通道上。这一特性被称之为“数据条纹”，需要非常复杂的硬件支持连续数据的同步存取，也对链接的数据吞吐量要求极高。由于数据填充的需求，数据交叉存取不需要缩小数据包。与其它高速数传输协议一样，时钟信息必须嵌入信号中。在物理层上，PCIe采用常见的8B/10B代码方式来确保连续的1和0字符串长度符合标准，这样保证接收端不会误读。编码方案用10位编码比特代替8个未编码比特来传输数据，占用20%的总带宽。有些协议（如SONET）使用另外的编码结构如“不规则”在数据流中嵌入时钟信息。PCIe的特性也定义了一种“不规则化”的运算方法，但这种方法与SONET完全不同，它的方法主要用来避免数据传输过程中的数据重复而出现数据散射。第一代PCIe采用2.5兆位单信号传输率，PCI-SIG计划在未来版本中增强到5~10兆位。

数据链接层采用按序的交换层信息包（Transaction Layer Packets,TLPs），是由交换层生成，按32位循环冗余校验码（CRC，本文中用LCRC）进行数据保护，采用著名的协议（Ack and Nak signaling）的信息包。TLPs能通过LCRC校验和连续性校验的称为Ack（命令正确应答）；没有通过校验的称为Nak（没有应答）。没有应答的TLPs或者等待超时的TLPs会被重新传输。这些内容存储在数据链接层的缓存内。这样可以确保TLPs的传输不受电子噪音干扰。

Ack和Nak信号由低层的信息包传送，这些包被称为数据链接层信息包（Data Link Layer Packet,DLLP）。DLLP也用来传送两个互连设备的交换层之间的流控制信息和实现电源管理功能。

PCI Express采用分离交换（数据提交和应答在时间上分离），可保证传输通道在目标端设备等待发送回应信息传送其它数据信息。它采用了可信性流控制。这一模式下，一个设备广播它可接收缓存的初始可信信号量。链接另一方的设备会在发送数据时统计每一发送的TLP所占用的可信信号量，直至达到接收端初始可信信号最高值。接收端在处理完毕缓存中的TLP后，它会回送发送端一个比初始值更大的可信信号量。可信信号统计是定制的标准计数器，这一算法的优势，相对于其他算法，如握手传输协议等，在于可信信号的回传反应时间不会影响系统性能，因为如果双方设备的缓存足够大的话，是不会出现达到可信信号最高值的情况，这样发送数据不会停顿。第一代PCIe标称可支持每传输通道单向每秒250兆字节的数据传输率。这一数字是根据物理信号率2500兆波特除以编码率（10位/每字节）计算而得。这意味着一个16通道（x16）的PCIe卡理论上可以达到单向250*16=4000兆字节/秒（3.7G字节/每秒）。实际的传输率要根据数据有效载荷率，即依赖于数据的本身特性，这是由更高层（软件）应用程序和中间协议层决定。PCI Express与其它高速序列连接系统相似，它依赖于传输的鲁棒性（CRC校验和Ack算法）。长时间连续的单向数据传输（如高速存储设备）会造成>95%的PCIe通道数据占用率。这样的传输受益于增加的传输通道，但大多数应用程序如USB或以太网络控制器会把传输内容拆成小的数据包，同时还会强制加上确认信号。这类数据传输由于增加了数据包的解析和强制中断，降低了传输通道的效率。这种效率的降低并非只出现在PCIe上。