PCIe 如何工作

外围组件互连 (PCI) 插槽是计算机架构中不可或缺的一部分，以至于大多数人都认为它们理所当然。多年来，PCI 一直是连接声卡、显卡和网卡到主板的多功能且实用的方式。

但 PCI 存在一些缺点。随着处理器、显卡、声卡和网络的变得更快更强大，PCI 却停滞不前。它具有固定的 32 位宽度，并且一次只能处理 5 个设备。较新的 64 位 PCI-X 总线提供了更多带宽，但其更大的宽度加剧了 PCI 的其他一些问题。

幸运的是，PCI Express (PCIe) 消除了许多这些缺点，提供了更大的带宽，并且与现有操作系统兼容。

在计算的早期，大量数据通过串行连接传输。计算机将数据分成数据包，然后一次一个地将这些数据包从一个地方移动到另一个地方。串行连接可靠但速度慢，因此制造商开始使用并行连接来同时发送多段数据。

事实证明，随着速度越来越高，并行连接有其自身的问题——例如，电线可能会相互产生电磁干扰——因此现在趋势又转向了高度优化的串行连接。硬件的改进以及数据包的划分、标记和重组过程的改进，使得串行连接速度大大加快，例如USB 2.0 和FireWire。

PCI Express 是一种串行连接，其运行方式更像网络而非总线。PCIe 没有一个总线来处理来自多个来源的数据，而是有一个交换机来控制多个点对点串行连接。（详情请参阅局域网交换机如何工作。）

这些连接从交换机扇形展开，直接通向数据需要传输到的设备。每个设备都有自己专用的连接，因此设备不再像在普通总线上那样共享带宽。我们将在下一节中探讨这是如何实现的。

计算机启动时，PCI Express 插槽会确定哪些设备连接到主板。然后，它识别设备之间的链接，创建流量路径图，并协商每个链接的宽度。这种设备和连接的识别协议与 PCI 使用的协议相同，因此 PCIe 不需要对软件或操作系统进行任何更改。

每个 PCIe 通道包含两对导线——一对用于发送，一对用于接收。数据包以每周期一位的速度在通道中传输。x1 连接是最小的 PCIe 链接，它有一个由四根导线组成的通道。它在每个方向上每周期传输一位。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。其他配置有 x12、x16 和 x32。

外围组件互连高速 (PCI Express) 可用于台式机和笔记本电脑。它的使用可能会降低主板生产成本，因为其连接比 PCI 连接包含更少的引脚。它还具有支持许多设备的潜力，包括以太网卡、USB 2 和显卡。

但一条串行连接如何能比 PCI 的 32 根导线或 PCIx 的 64 根导线更快呢？在下一节中，我们将探讨 PCIe 如何能够以串行格式提供大量的带宽。

32 位 PCI 总线的最大速度为 33 MHz，每秒最大可通过总线传输 133 MB 的数据。64 位 PCI-X 总线的总线宽度是 PCI 的两倍。不同的 PCI-X 规范允许不同的数据传输速率，从每秒 512 MB 到 1 GB 不等。

然而，单个 PCIe 通道每秒可在每个方向上处理 200 MB 的流量。一个 x16 PCIe 连接器每秒可在每个方向上惊人地传输 6.4 GB 的数据。在这些速度下，x1 连接可以轻松处理千兆以太网连接以及音频和存储应用。x16 连接可以轻松处理强大的图形适配器。

这怎么可能呢？一些简单的技术进步促成了串行连接速度的巨大飞跃：

我们已经确定 PCIe 的数据链路层可以消除对 AGP 连接的需求。x16 PCIe 插槽每秒可容纳的数据量远超当前 AGP 8x 连接所允许的。

此外，x16 PCIe 插槽可以为显卡提供 75 瓦的电源，而 AGP 8x 连接则为 25 瓦/42 瓦。但 PCIe 在图形技术的未来方面还蕴藏着更令人印象深刻的潜力。

凭借合适的硬件，具有两个 x16 PCIe 连接的主板可以同时支持两个图形适配器。多家制造商正在开发和发布利用此功能的系统：

NVIDIA 可扩展链接接口 (SLI)：通过 SLI 认证主板、两块 SLI 显卡和 SLI 连接器，用户可以将两块显卡安装到同一个系统中。显卡通过将屏幕一分为二来协同工作。每块显卡控制屏幕的一半，连接器确保所有内容保持同步。

ATI CrossFire：两块 ATI Radeon 显卡（其中一块带有“合成引擎”芯片）插入兼容的主板。ATI 的技术侧重于图像质量，不要求显卡完全相同，尽管高性能系统必须使用相同的显卡。CrossFire 以以下三种方式之一分配渲染工作：

Alienware 视频阵列：两块市售显卡与一个视频合并集线器和专有软件结合。该系统将使用专门的散热和电源系统来处理显卡产生的所有额外热量和能量。Alienware 的技术最终可能支持多达四块显卡。

由于 PCI、PCI-X 和 PCI Express 都兼容，因此三者可以无限期共存。到目前为止，显卡已最快地过渡到 PCIe 格式。

网卡和声卡以及其他外围设备的开发速度较慢。但由于 PCIe 与当前操作系统兼容，并且可以以更快的速度向多个设备传输数据，因此它最终很可能取代 PCI 成为 PC 标准。PCI-based 的卡将逐渐淘汰。

有关 PCI Express 和相关主题的更多信息，请查看下一页的链接。

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