什么是PCI Express協(xié)議

外圍設(shè)備互連（PCI）插槽是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中不可或缺的一部分，以至于大多數(shù)人將其存在視為理所當(dāng)然。多少年來(lái)，PCI一直是將聲卡、顯卡和網(wǎng)卡連接到主板的萬(wàn)能且實(shí)用的方法。

但PCI也有一些不足之處。處理器、顯卡、聲卡和網(wǎng)絡(luò)的速度越來(lái)越快，并且功能越來(lái)越強(qiáng)大，而PCI卻一直在“原地踏步”。它的帶寬固定為32位，而且每次只能處理5個(gè)設(shè)備。新款的64位PCI-X總線可以提供更高的帶寬，但也隨之帶來(lái)了一些其他的PCI問(wèn)題。

一種名為PCI Express（PCIe）的新協(xié)議消除了其中許多的不足，提供更高的帶寬，并且與現(xiàn)有的操作系統(tǒng)兼容。在本文中，我們將了解PCIe與PCI的區(qū)別所在。我們還將介紹PCI Express如何使計(jì)算機(jī)運(yùn)行得更快、如何能潛在地增加圖形性能，以及能否代替AGP插槽。

高速串行連接

在早期的計(jì)算中，大量數(shù)據(jù)通過(guò)串行連接進(jìn)行傳輸。計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)分割成數(shù)據(jù)包，然后每次將數(shù)據(jù)包從一個(gè)地方移到另一個(gè)地方。串行連接很穩(wěn)定，但速度慢，因此制造商開(kāi)始使用并行連接來(lái)同時(shí)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)段。

結(jié)果證明，隨著速度越來(lái)越快，并行連接也存在其固有問(wèn)題。例如，導(dǎo)線之間會(huì)發(fā)生電磁干擾，因此，現(xiàn)在焦點(diǎn)又重新回到高度優(yōu)化的串行連接。硬件的改善以及分割、標(biāo)記和重組數(shù)據(jù)包流程的改進(jìn)使串行連接的速度越來(lái)越快，例如USB2.0和FireWire。

PCI Express是串行連接，其運(yùn)行機(jī)制更像網(wǎng)絡(luò)，而不像總線。PCIe使用交換機(jī)控制多個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的串行連接，而不是使用一條總線處理多個(gè)源的數(shù)據(jù)。（有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn)LAN交換機(jī)工作原理。）這些連接從交換機(jī)向四處散開(kāi)，直接指向數(shù)據(jù)需要到達(dá)的設(shè)備。每個(gè)設(shè)備都有專用的連接，因此設(shè)備不再像普通總線那樣共享帶寬。

計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)，PCIe會(huì)確定插入主板的是哪些設(shè)備。然后它會(huì)識(shí)別設(shè)備間的鏈接，創(chuàng)建數(shù)據(jù)目的地的映射并協(xié)調(diào)每個(gè)鏈接的帶寬。由于PCIe對(duì)設(shè)備和連接的識(shí)別所采用的協(xié)議與PCI所使用的相同，因此不需要修改軟件或操作系統(tǒng)。

PCI Express連接的每條線路包含兩對(duì)導(dǎo)線，其中一對(duì)用于發(fā)送，另一對(duì)用于接收。數(shù)據(jù)包以每周期一位的速度在線路間傳輸。x1連接，即最小的PCIe連接，有一條由四根導(dǎo)線組成的線路。各方向上每周期都傳輸一位。x2鏈接包含八根導(dǎo)線，一次傳輸兩位，x4鏈接傳輸四位，以此類推。其他配置還有x12、x16和x32。

PCI Express可供桌面和便攜式PC使用。使用它可以降低主板生產(chǎn)的成本，因?yàn)槠溥B接需要的針比PCI連接要少。它還可以支持多種設(shè)備，包括以太網(wǎng)卡、USB2和顯卡。

但是一個(gè)串行連接是如何快于PCI的32根導(dǎo)線或PCIx的64根導(dǎo)線的呢？在下一部分中，我們將介紹PCIe如何以串行格式提供高帶寬。

速度更快，連接更少

32位PCI總線的最大速度可以達(dá)到33兆赫茲，即總線每秒最多可傳輸133兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。64位PCI-X總線是PCI總線帶寬的兩倍。不同的PCI-X規(guī)范允許的數(shù)據(jù)傳輸速度也不同，范圍從每秒512兆字節(jié)到1G字節(jié)。

使用PCI的設(shè)備共享通用總線，但每個(gè)使用PCI Express的設(shè)備與交換機(jī)之間都具有自己的專用連接。

一條PCI Express線路每個(gè)方向每秒鐘可以處理200兆字節(jié)的通信量。x16PCIe連接器每個(gè)方向每秒鐘可以傳輸驚人的6.4G字節(jié)數(shù)據(jù)。具備了這樣的速度，x1連接可以輕松處理1吉比特的以太網(wǎng)連接以及音頻和存儲(chǔ)應(yīng)用程序。x16連接可以輕松應(yīng)對(duì)功能強(qiáng)大的圖形適配器。

這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？以下幾個(gè)簡(jiǎn)單的改進(jìn)對(duì)串行連接速度的突飛猛進(jìn)做出了貢獻(xiàn)：

• 數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)允許系統(tǒng)最先移動(dòng)最重要的數(shù)據(jù)，并有助于預(yù)防出現(xiàn)瓶頸；
• 時(shí)間相關(guān)（實(shí)時(shí)）的數(shù)據(jù)傳輸；
• 改進(jìn)用于建立連接的物理材料；
• 更好的握手和錯(cuò)誤檢測(cè)；
• 數(shù)據(jù)包分割和重組的更好辦法。另外，由于每個(gè)設(shè)備都有其專用的、與交換機(jī)點(diǎn)到點(diǎn)的連接，因此來(lái)自多個(gè)源的信號(hào)不再共用一條總線。