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[教程资料] 电脑主板上PCI-E 2.0/3.0与PCI概念详解

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发表于 2015-5-2 06:03:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
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电脑主板上PCI-E 2.0/3.0与PCI概念详解
    随着Radeon HD7970的发布 发布已久PCI-E 3.0平台终于凑齐了,PCI-E 3.0不再是摆设性的产品,2012届CES大展有大量主板厂商展示PCI-E 3.0平台,那么PCI-E 3.0究竟能为我们带来什么改变呢?
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  PCI-E 3.0规范将数据传输率提升到8GHz|8GT/s(最初也预想过10GHz),并保持了对PCI-E 2.x/1.x的向下兼容,继续支持2.5GHz、5GHz信号机制。基于此,PCI-E 3.0架构单信道(x1)单向带宽即可接近1GB/s,十六信道(x16)双向带宽更是可达32GB/s。
  PCI-E 3.0同时还特别增加了128b/130b解码机制,可以确保几乎100%的传输效率,相比此前版本的8b/10b机制提升了25%,从而促成了传输带宽的翻番,延续了PCI-E规范的一贯传统。
  新规范在信号和软件层的其他增强之处还有数据复用指示、原子操作、动态电源调整机制、延迟容许报告、宽松传输排序、基地址寄存器(BAR)大小调整、I/O页面错误等等,从而全方位提升平台效率、软件模型弹性、架构伸缩性。
  从理论性能来看,PCI-E 3.0相比上代PCI-E 2.0的确改进很大,但能否为GPU产业带来改变,还有待实践。
PCI-E 2.0和PCI-E 3.0之间的区别
  PCI-E 2.0和PCI-E 3.0之间的最大区别就是数据吞吐量有显著增加。PCI-E 2.0中的信号强度为5GT/s,从而实现了500MB/s的数据吞吐能力。由此一个lane数据通路,被定义为x1,它的数据传输能力即是500MB/s。因此,具备PCI-E 2.0 x16的规格,意思是它有配备16条lane数据通路,它可以实现8GB/s的数据吞吐能力。而PCI-E 3.0中,这些数据传输能力被再次加强了一倍。PCI Express 3.0的信号强度为8GT/s,可以实现1GB/s的数据吞吐能力。
PCI-E 3.0规范的后续
  历史上PCI-E规范都是大约每四年进行一次重大更新,PCI SIG认为这一规律将会继续下去,按照PCI-E 3.0诞生的时间算(2010年11月),也就是说PCI-E 4.0大约会在2014-2015年诞生。

  PCI-E 2.0全称PCI-Express2.0,是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。
  目前最新的版本为PCI-E 3.0,也有还未退市的PCI-E(即1.0版)。2.0比1.0带宽提高一倍,而3.0比2.0版带宽又提升一倍,为5GHz x 4。
  PCI Express 2.0规范的主要在数据传输速度上做出了重大升级,即从以前的2.5Gbps总线频率翻倍至5.0Gbps,这也就是说以前PCI Express 2.0 x16接口能够翻番达到惊人的16GB/s总线带宽(1GB/s=8Gbps)。
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PCI Express 2.0的重要升级部分
  1、重点是PCI Express总线频率提升:每条串行线路的数据传输率从2.5Gbps翻番至5Gbps,带宽也随之翻倍。
  2、可更好地支持未来高端显卡,即使功耗达到225W或者300W也只需PCI Express单独供电即可。
  3、新增“输入输出虚拟化”(IOV)技术,可以让多台虚拟机共享网卡等PCI设备。
  4、PCI-E线缆子规范可让PCI设备通过标准化铜缆线接入计算机,而且每条线路的速度都能达到2.5Gbps,适用于为高端服务器加入多块网卡作为输入输出扩展模块等场合。
  5、最后是代号“Geneseo”的长期规划。该技术与Intel、IBM等业界巨头合作开发,可让图形处理单元、加密处理单元等协处理器更好地与中央处理器机密相连。
  6、对动态链路速度和链路宽度管理、以及活动状态电源管理(ASPM)进行相关改进。
技术原理
  PCI Express 2.0的基础技术沿袭了上一代1.0版本的技术,即都采用高速串行总线技术,依靠高频率来获得高性能,因此PCI Express也一度被人们称为“串行PCI”。由于串行传输抗干扰能力很强,容易达到较高的频率,再加上差分信号技术的辅助,PCI Express更容易达到较高的传输频率,其中PCI Express 1.0总线频率为2.5GHz,2.0版进一步提升到了5GHz。
  PCI Express采用全双工运作模式,基本的PCI Express拥有4根传输线路,其中2线用于数据发送,2线用于数据接收,发送数据和接收数据可以同步进行,相比之下,并行体系的PCI总线在一个时钟周期内只能做单向数据传输,效率只有PCI Express的1/2,加之PCI Express采用8b/10b编码的内嵌时钟技术,时钟信息被直接写入数据流中,这比PCI总线更能有效地节省传输通道,提高传输效率。另外,PCI Express没有沿用传统地共享式结构,它采用点对点工作模式(Peer to Peer,也被简称为P2P),每个PCI设备都有自己的专用传输线路,这样就无需向整条总线申请带宽,可避免多个设备争抢带宽的问题,而在共享结构的PCI系统中却经常会发生多个设备争抢带宽的情况。
  由于传输频率提高了一倍,PCI Express 2.0也就拥有了翻倍的效能,如一条X16图形插槽可提供高达16GB/s的传输性能,可以很好地满足高阶图形卡、协处理器加速卡等数据密集设备地需要。而除速度方面的提升以外,PCI Express 2.0也带来了一些新的技术特性,例如PCI Express 2.0新增动态连接功能,系统可以根据需要动态、连续地调整总线的速度,达到降低功耗的目的,这一功能对于节电至上的移动设备来说尤其有用。而如果传输负载增加,软件可以及时调整PCI Express 2.0的配置,使其工作在较高的频率上,以保证系统性能不会遭受影响。其次,PCI Express 2.0规范具有访问控制功能,在点对点的数据传输中,软件可以对互连的包路由进行控制,防止黑客通过欺骗或数据重新路由的手段来窃取数据。
  PCI Express 2.0保持对现行1.0/1.1规范的兼容,旧的PCI Express扩展卡依然可以在PCI Express 2.0规范的系统中正常运行。同样,PCI Express 2.0扩展设备也可以工作在1.0的体统中,只不过此时设备必须工作在1.0兼容模式下。

  PCI(Peripheral Component Interconnect)是一种由英特尔(Intel)公司1991年推出的用于定义局部总线的标准。
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特点
  即插即用:是指当板卡插入系统时,系统会自动对板卡所需资源进行分配,如基地址、中断号等,并自动寻找相应的驱动程序。而不象旧的ISA板卡,需要进行复杂的手动配置。
  中断共享:ISA卡的一个重要局限在于中断是独占的,而我们知道计算机的中断号只有16个,系统又用掉了一些,这样当有多块ISA卡要用中断时就会有问题了。PCI总线的中断共享由硬件与软件两部分组成。
优缺点
  优点:总线结构简单、成本低、设计简单。缺点也比较明显,并行总线无法连接太多设备,总线扩展性比较差,线间干扰将导致系统无法正常工作;
  当连接多个设备时,总线有效带宽将大幅降低,传输速率变慢;为了降低成本和尽可能减少相互间的干扰,需要减少总线带宽,或者地址总线和数据总线采用复用方式设计,这样降低了带宽利用率。PCI Express总线是为将来的计算机和通讯平台定义的一种高性能,通用I/O互连总线。


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 楼主| 发表于 2015-5-2 06:11:55 | 显示全部楼层
PCI-E是什么
  PCI-E是什么?PCI-E是什么意思?PCI-E一般指pci Express。其实是一种总线接口。具体是什么呢?接下来小编跟网友详细介绍一下。
  PCI Express是新一代的总线接口。早在2001年的春季,英特尔公司就提出了要用新一代的技术取代PCI总线和多种芯片的内部连接,并称之为第三代I/O总线技术。随后在2001年底,包括Intel、AMD、DELL、IBM在内的20多家业界主导公司开始起草新技术的规范,并在2002年完成,对其正式命名为PCI Express。它采用了目前业内流行的点对点串行连接,比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率,达到PCI所不能提供的高带宽。
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  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。
兼容性
  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。
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  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。

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