什么是PCI Express协议

外围设备互连（PCI）插槽是计算机体系结构中不可或缺的一部分，以至于大多数人将其存在视为理所当然。多少年来，PCI一直是将声卡、显卡和网卡连接到主板的万能且实用的。 但PCI也有一些不足之处。处理器、显卡、声卡和网络的速度越来越快，并且功能越来越强大，而PCI却一直在“原地踏步”。它的带宽固定为32位，而且每次只能处理5个设备。新款的64位PCI-X总线可以提供更高的带宽，但也随之带来了一些其他的PCI问题。 一种名为PCI Express（PCIe）的新协议消除了其中许多的不足，提供更高的带宽，并且与现有的操作系统兼容。在本文中，我们将了解PCIe与PCI的区别所在。我们还将介绍PCI Express如何使计算机运行得更快、如何能潜在地增加图形性能，以及能否代替AGP插槽。 鸣谢 感谢Joshua Senecal对本文的帮助。 高速串行连接 在早期的计算中，大量数据通过串行连接进行传输。计算机将数据分割成数据包，然后每次将数据包从一个地方移到另一个地方。串行连接很稳定，但速度慢，因此制造商开始使用并行连接来同时发送多个数据段。 结果证明，随着速度越来越快，并行连接也存在其固有问题。例如，导线之间会发生电磁干扰，因此，现在焦点又重新回到高度优化的串行连接。硬件的改善以及分割、标记和重组数据包流程的改进使串行连接的速度越来越快，例如USB2.0和FireWire。 匹配大小 较小的PCIe卡可以插入到较大的PCIe插槽中。计算机只需忽略多余的连接。例如，x4卡可以插入到x16插槽中。但是，x16卡因太大而无法插入到x4插槽中。 PCI Express是串行连接，其运行机制更像网络，而不像总线。PCIe使用交换机控制多个点到点的串行连接，而不是使用一条总线处理多个源的数据。（有关详细信息，请参见LAN交换机工作原理。）这些连接从交换机向四处散开，直接指向数据需要到达的设备。每个设备都有专用的连接，因此设备不再像普通总线那样共享带宽。 计算机启动时，PCIe会确定插入主板的是哪些设备。然后它会识别设备间的链接，创建数据目的地的映射并协调每个链接的带宽。由于PCIe对设备和连接的识别所采用的协议与PCI所使用的相同，因此不需要修改软件或操作系统。 PCI Express连接的每条线路包含两对导线，其中一对用于发送，另一对用于接收。数据包以每周期一位的速度在线路间传输。x1连接，即最小的PCIe连接，有一条由四根导线组成的线路。各方向上每周期都传输一位。x2链接包含八根导线，一次传输两位，x4链接传输四位，以此类推。其他配置还有x12、x16和x32。 PCI Express可供桌面和便携式PC使用。使用它可以降低主板生产的成本，因为其连接需要的针比PCI连接要少。它还可以支持多种设备，包括以太网卡、USB2和显卡。 2x2 “x16”连接中的“x”代表“乘”。PCIe连接可以扩展一倍、两倍、四倍等。 但是一个串行连接是如何快于PCI的32根导线或PCIx的64根导线的呢？在下一部分中，我们将介绍PCIe如何以串行提供高带宽。 速度更快，连接更少 32位PCI总线的最大速度可以达到33兆赫兹，即总线每秒最多可传输133兆字节的数据。64位PCI-X总线是PCI总线带宽的两倍。不同的PCI-X规范允许的数据传输速度也不同，范围从每秒512兆字节到1G字节。 使用PCI的设备共享通用总线，但每个使用PCI Express的设备与交换机之间都具有自己的专用连接。 一条PCI Express线路每个方向每秒钟可以处理200兆字节的通信量。x16PCIe连接器每个方向每秒钟可以传输惊人的6.4G字节数据。具备了这样的速度，x1连接可以轻松处理1吉比特的以太网连接以及音频和存储应用程序。x16连接可以轻松应对功能强大的图形适配器。 这是如何实现的呢？以下几个简单的改进对串行连接速度的突飞猛进做出了贡献： · 数据的优先级允许系统最先移动最重要的数据，并有助于预防出现瓶颈； · 时间相关（实时）的数据传输； · 改进用于建立连接的物理； · 更好的握手和错误； · 数据包分割和重组的更好办法。另外，由于每个设备都有其专用的、与交换机点到点的连接，因此来自多个源的信号不再共用一条总线。 降低总线速度 干扰和信号降级在并行连接中很普遍。劣质材料和周围导线的交叉信号变成噪音，降低了连接的速度。PCI-X总线额外的带宽意味着它能传输更多的数据，同时也会产生更多的噪音。PCI协议并不设置数据的优先级，因此更重要的数据可能会陷入瓶颈中。显卡使用加速图形端口（AGP）插槽可以避免大量的通信量，但仍无法应对速度更快的处理器和I/O设备。 我们已经认识到，有了PCIe，就不再需要AGP连接。x16PCIe插槽每秒容纳的数据远远超过当前的AGP8x连接。此外，x16PCIe插槽可以为显卡提供75瓦的电力，而AGP8x连接只能提供25瓦或42瓦。而且PCIe在未来图形技术的存储方面拥有更加出人意料的潜力。 HowStuffWorks Shopper供图 PCI Express显卡 HowStuffWorks Shopper供图 AGP8x显卡 通过合适的硬件，带有两个x16PCIe连接的主板可以同时支持两个图形适配器。一些制造商正在开发和发行采用该功能的系统： · 英伟达可扩展链接接口（SLI）：使用获得SLI认证的主板、两个SLI图形卡和一个SLI连接器，用户可在一个系统中使用两块显卡。这两块显卡通过将屏幕一分为二来协同工作。每个显卡控制半个屏幕，连接器确保所有同步。 英伟达供图 英伟达 SLI链接卡 · ATI CrossFire：两块ATI Radeon显卡，其中一块带有“合成引擎”芯片，插入兼容主板中。虽然高性能系统的两块显卡必须完全相同，但 ATI技术关注图像质量，所以不要求显卡完全相同。Crossfire通过以下三种方式之一来划分渲染工作： · 将屏幕一分为二，给每块显卡指定半个屏幕（称为“裁剪”） · 将屏幕分割为“瓦片”（像西洋跳棋盘），并使一块显卡负责“白色”瓦片，另一块显卡负责“黑色”瓦片 · 每块显卡交替负责渲染各帧 · Alienware视频阵列：两块现成的显卡与Video Merger Hub和专用软件结合使用。该系统将使用专门的冷却和电力系统处理来自显卡的所有额外的热量和能源。Alienware技术最多可支持四块显卡。 英伟达供图 两块显卡并行运行 PCI Express的未来 PCI、PCI-X和PCI Express相互兼容，因此它们三个可以一直共存。到目前为止，显卡已经以最快的速度转变为PCIe格式。网络、声卡适配器以及其他外设在开发上慢了一步。但是由于PCIe与当前操作系统兼容，并且提供更快的速度，因此它可能最终会替代PCI成为PC标准。慢慢地，基于PCI的卡将逐渐过时。 有关PCI Express及相关主题的更多信息，请查看下一页上的链接