PCIExpress

PCI Express 标 准 概 述

本技术白皮书将回顾被成功广泛采用的 PCI 总线， 同时详细介绍下一代高性能 I/O 互连技术 PCI Express EISA ，ISA 和 微 通 道 等 等 ， 如 图 1 所 示 。 它 首 先 被 用 于

实现芯片与芯片间互连并替代了不全面的 ISA 总线。在 早 期 ，33MHz PCI 总 线 很 好 地 满 足 了 当 时 主 流 外 设I/O 的 带 宽 需 要 。 然 而 现 在 情 况 发 生 了 变 化 ， 处 理 器 速 度 惊 人 地 提 高 ， 以 及 处 理 器 和 内 存 的 频 率 也 不 断 地 攀 升 。 在 这 一 期 间 ，PCI 总 线 的 频 率 由 33MHz 提 高 到66MHz ， 而 处 理 器 的 速 度 由 33MHz 提 高 到 3GHz 。 一 个 具 有 新 I/O 技术的总线设备如千兆以太网和 IEEE 1394B ， 就 可 能占用几乎所有 PCI 总线带宽。

它 将 作 为 标 准 的 局 域 I/O 总 线 并 广 泛 应 用 于 未 来 各 种 计

算 机 平 台 。 本 白 皮 书 还 将 就PC 总 线 技 术 的 演 变 历 程 、 PCI Express 的 物 理 层 和 软 件 层 、PCI Express 所 能 带 来 的 益 处 和 竞 争 优 势 以 及 此 项 崭 新 技 术 在 测 量 自 动 化 系 统 领 域 里 预 示 的 令 人 振 奋 的 深 远 意 义 ， 做 个 整 体 技 术 性 概述。

目 录

· 概述 · PC 的演进历史 · PCI 总线历史和概述 · PCI 面临的挑战 · PCI Express 构架 · PC 构架的现状和未来 · PCI Express 封装 ·

PCI Express 的优势

· 术语表

图1 PC 总线的发展历程

概 述

本 白 皮 书 主 要 着 眼 已 经 得 到 广 泛 采 用 的 PCI 总 线 的 成 功 优 势 所 在 ， 同 时 详 细 介 绍 下 一 代 高 性 能 I/O PCI 总 线 历 史 和 概 述

和 以 前 的 总 线 相 比 ，PCI 总 线 具 有 很 多 优 势 ， 其 中 最 重 要 的 是 处 理 器 的 独 立 性 ， 带 缓 冲 的 隔 离 ， 总 线 主 控 和 真 正 的 即 插 即 用 。 带 缓 冲 的 隔 离 真 正 地 实 现 了 CPU 局域总线和 PCI 总线间在电路和时钟方面的隔离。这一 特性能为系统性能带来两个主要好处。首先是 PCI 总线 和 CPU 总 线 可 以 工 作 在 各 自 的 时 钟 周 期 ； 第 二 是 由 于 有 独 立 的 PCI 总 线 速 度 和 负 载 ， 可 单 独 提 高 CPU 局 域 总 线 的 频 率 。 通 过 总 线 主 控 ，PCI 设 备 以

仲 裁 处 理 方 式 访问 PCI 总线并且能直接控制总线处理业务，而不用等 主 CPU 为 设 备 提 供 服 务 ， 从 而 使 得 整 个 I/O 处 理 业 务 的等待时间减少。 即插即用操作，

技 术

PCI Express

它 将 作 为 标 准 的 局 域 I/O

总 线 被 广 泛 应 用 于 未 来 各 种 计 算 机 平 台 。 本 白 皮 书 还 将

就PC 总 线 技 术 的 演 变 历 程 、PCI Express 的 物 理 层 和 软 件 层 、PCI Express 所 能 带 来 的 益 处 和 竞 争 优 势 以 及 此 项 崭 新 技 术 在 测 量 自 动 化 系 统 领 域 里 预 示 的 令 人 振 奋 的深远意义，做个整体技术性概述。

PC 的 演 进 历 史

上 世 纪 90 年 代 初 ， PCI 总 线 一 经 推 出 ， 即 统 一 了

设 备 ， 得 到 基 本 地 址 不 再 需 要 中 断 运 行 和 手 工 设 置 开 关

跳线，而这些都曾使 ISA 板卡的用户感到很棘手。

能 满 足 这 一 点 ， 有 经 验 的 用 户 也 会 束 手 无 措 。 原 始 的

PCI 规 范 并 没 有 考 虑 这 些 问 题 ， 这 是 因 为 在 制 定 规 范 时 上 述 应 用 并 不 普 及 。 如 今 的 同 步 数 据 传 输 ， 如 高 清 晰 度 的 无 压 缩 视 频 和 音 频 ， 要 求 I/O 系 统 包 含 同 步

传 输 功 能 。 同 步 传 输 的 另 一 个 作 用 是 ： 和 典 型 的 PCI 设 备 相 比，局域 PCI Express 设备只用少得多的内存就能实现 缓冲功能，从而把所使用的可变带宽降至

PCI 面 临 的 挑 战

出色的 PCI 已经享受到了成功的殊荣，而今开始面 临 一 系 列 新 的 挑 战 ， 包 括 带 宽 的 限 制 ， 主 管 脚 数 的 限 制 ， 缺 乏 如 同 步 数 据 传 输 这 样 的 实 时 数 据 传 输 服 务 以 及 没 有 下 一 代 I/O 所 需 的 服 务 质 量 ， 以 及 电 源 管 理 和 虚 拟 I/O 等问题。

自 从 PCI 推 出 以 来 ， 我 们 不 断 完 善 PCI 的 各 项 规 格 ， 试 图 跟 上 日 益 增 加 的 更 高 I/O 要 求 。 各 阶 段 具 体 革 新总结如下表所示：

最 后 ， 对 下 一 代 I/O 的 要 求 如 服 务 质 量 测 量 和 电 源

管 理 等 ， 能 提 高 数 据 的 完 整 性 并 允 许 有 选 择 地 关 闭 系 统 设 备 对 于 现 代 PC 不 断 增 加 的 电 源 功 率 来 说 这 是 需 要 重 点 考 虑 的 。 虚 拟 通 道 允 许 数 据 通 过 虚 拟 路 由 来 传 送 ； 即 使 其 它 通 道 被 更 重 要 的 处 理 业 务 所 阻 塞 ， 也 一 样 能 进 行 数据传输。

尽管 PCI 总线在某些方面已有些过时，但是转变到 PCI Express 还 要 经 过 一 个 长 期 过 程 ， 并 且 未 来 许 多 年 里 PCI 总 线 将 仍 然 是 I/O 扩 展 的 强 有 力 竞 争 者 。

随 着 PCI Express 技 术 日 益 赢 得 认 可 和 广 泛 采 用 ， 2 0 0 4 年 以 及 此 后 推 出 的 新 型 P C 将 会 同 时 配 有 P C I

插 槽 和 PCI Express 插槽。

表1 PCI 带宽和目标市场对象

对于 PCI 和由其衍生的总线来说，协议开销和总线拓 扑结构导致可使用的总线带宽要小于理论带宽。总线上的 设备要共享可用带宽，这是 PCI 主要的局限性。由于 PCI 的时钟频率已不能满足某些应用的要求，由其衍生出来的 其它一些总线，如 PCI-X 和高级图像端口（AGP ）， 则 通 过 提 高 总 线 频 率 来 缓 解 带 宽 的 压 力 。 增 加 频 率 的 副 作 用 是 总 线 连 通 距 离 和 总 线 收 发 器 可 驱 动 连 接 器 的 数 量 也 会 相 应 缩 短 和 减 少 ， 这 样 就 导 致 了 对PCI 总 线 的 分 割 。 每 个 片 断 都 需 要 一 个 完 整 的 PCI-X 总 线 来 连 通 主 驱 动 芯 片 和 所 有 功 能 插 槽 。 例 如 ， 每 一 部 分 64 位 的 PCI-X 需 要

150 个 管 脚 。 很 显 然 ， 要 实 现 这 样 的 连 线 ， 板 层 数 和 芯 片 封 装 引 脚 都 会 有 很 大 的 难 度 并 且 成 本 非 常 昂 贵 。 这 种 额 外 的 成 本 只 有 在 对 带 宽 有 严 格 要 求 的 情 况 下

PCI Express 构 架

如图 2 所示，即 PCI Express 的层次体系结构。它 保持了与 PCI 寻址模式（加载－存储体系结构且具有单 层 地 址 空 间 ） 的 兼 容 性 ， 从 而 保 证 了 所 有 现 有 的 应 用 程 序 和 驱 动 操 作 无 需 改 变 。 PCI Express 配 置 使 用 的 是 PCI 即 插 即 用 标 准 中 所 定 义 的 标 准 机 制 。 软 件 层

诸 如 数 据 采 集 ， 波 形 生 成 ， 包 含 音 频 和 视 频 流 的 多

媒 体 应 用 等 需 要 保 证 带 宽 和 有 确 定 的 等 待 时 间 ， 如 果

图2 PCI Express 层次体系结构

和写请求，并使用基于数据包、分段传输的协议通过处

理层传输至I/O 设备。链路层向这些数据包添加序列号和循环冗余校验（CRC）从而创建了一个高度可靠的数据传输机制。基本的物理层包括两个单工通道，即传输对和接收对。这个传输对和接收对一起被称为一个信道。2.5 Gb/s 的初始速度提供了在每个PCI Express信道上每个方向上大约250 MB/s 标准带宽。一旦考虑协议头，这其中大约200 MB/s 由设备用来传输数据。这一速率是大多数典型PCI 设备的2 番到4 番。而且不同于PCI 的是，只要总线带宽在设备之间共享，每一个设备都具有此带宽。的性能提升。将来的速度、编码技术或者媒介仅仅会影

响物理层。

在PCI Express 中使用不同的信道宽度需要用

户

注意扩展板要求的带宽以及与母板提供的带宽相匹配。除了图形卡以外（通常是X 1 6），许多早期的P C I E x p r e s s 扩展板使用的X1 的宽度。随着更高的带宽要求，越来越多的板卡将使用更宽的带宽。早期的PCI Express 计算机提供一个X16 的连接器以及一些X1、X4、X8 插槽的组合，这由计算机面向的客户所决定。PCI Express 允许在不匹配的信道宽度上进行一些交互操作，这取决于不匹配的方向。在一个较小宽度的连接器上使用更大宽度的扩展板卡是向下插入。例如，利用PCI，您可以在一个32位的插槽上插入一个64 位的PCI 板卡。然而，在PCI Express 中，向下插入在物理上被扩展板卡和连接器所阻止。另一中不匹配在一个较大的连接器上使用一个较小的扩展板卡是向上插入。向上插入是允许的，但是会受到限制在这种配置下，母板厂商需要支持仅在X1 数据率上的扩展板卡，从而浪费了在具有更快接口速率的扩展板卡上的投资。无论一个特定的母板在向上插入配置时能否在全速率时处理一个扩展板卡，都必须在每种情况下向母板生产商确认。例如，一些母板可以在一个X4 的扩展板卡插入一个X8 或X1 的插槽时，以全速率（X4）进行处理，然而来自同一厂商的其他母板可能仅以X1 的速率运行。在一个母板既带有集成图形控制器（板载）又带有一个X16 的PCI Express 插槽以用于

物理层

基本的PCI Express 链路包括两个低电压的AC 耦合差分信号对（一个传输对和一个接收对），如图3所示。物理链路层信号使用一个去加重（de-emphasis）策略来减少符号间干扰，从而提高了数据完整性。数据时钟通过使用8b/10b 的解码策略来嵌入，从而到达极高的数据传输率。初始的信号发生频率是每个方向 2.5 Gb/s （生成1个信号）而且它将会随着硅工艺的提高而增加至每个方向10 Gb/s （信号在铜线中传输可能实现的最大速率）。两个链路层的PCI Express 代理在物理层上传输数据包。

图3 PCI Express 物理连接图

一个PCI Express 链路层的带宽可能通过增加信

号

对形成多个信道而线性增长。物理层提供x1, x2, x4, x8, x12, x16 和x32 信道宽度，理论上它将输入的数据包在这些信道上分配。使用8b/10b 编码方式，每一个字节在这些信道上传输。数据的分拆和整合对于其他层来说是透明的。在初始化阶段，每个PCI Express 链路通过链路两端代理的信道宽度的匹配和频率操作来建立。在这其中没有固件和操作系统软件的参与。PCI Express 体系结构提供了将来通过速度升级和高数据链路层

链路层的主要作用就是保证数据包在PCI

Express

链路上的可靠传输。链路层负责数据完整性并向处理层的数据包添加序列号和循环冗余校验，如图4所示。大部分数据包在处理层初始化。一个基于优先数的、流量控制的协议保证了数据包仅在另一端具有接收这个数据包的缓冲区情况下才能传输，这样就去除

层 会 自 动 的 重 新 收 发 一 个 被 标 记 为 损 坏 的 数 据 包 。

兼容性有两个方面初始化（或者列举）和运行时刻。PCI 具 有 一 个 功 能 强 大 的 初 始 化 模 式 ， 其 中 操 作 系 统 可 以 发现所有当前添加的硬件设备然后分配系统资源，例如 内存、I/O 空间和中断，从而创建一个优化的系统环境。 PCI 配 置 空 间 和 I/O 设 备 可 编 程 能 力 是 PCI Express 体 系 结 构 中 保 持 不 变 的 重 要 概 念 。P C I 所 使 用 的 运 行 时 刻 软 件 模 式 是 一 个 加 载 － 存 储 、 共 享 内 存 的 模 式 ， 它 在 PCI Express 体 系 结 构 中 得 以 保 持 以 使 得 所 有 现 有 的软件能够无需改变即可执行。新的

软件也可以利用一 些PCI Express 最 新 的 先 进 特 性 ， 例 如 高 级 开 关 （ 本 文 并未述及）。

图4 数据链路层增加了数据完整性

处 理 层

处 理 层 接 收 软 件 层 的 读 和 写 请 求 ， 并 创 建 请 求 数 据 包 发 送 至 链 路 层 。 所 有 的 请 求 都 被 分 段 的 处 理 而 且 一 些 请 求 包 需 要 一 个 响 应 包 。 处 理 层 也 从 链 路 层 接 收 响 应 数 据 包 并 且 将 它 与 原 先 的 软 件 请 求 相 匹 配 。 每 一 个 数 据 包 都 具 有 一 个 唯 一 的 标 识 ， 使 得 响 应 包 能 够 指 向 正 确 的 源 。 数 据 包 的 格 式 提 供 了 32 位 的 存 储 地 址 和 扩 展 的64 位 地 址 。 数 据 包 也 具 有 诸 如 “ 无 侦 听 ” 、 “ 灵 活 排 序 ” “ 优 先 级 ” 等 属 性 ， 这 可 能 用 于 将 这 些 数 据 包 在 I/O 子 系统中以最优的路径传输。

PC 体 系 构 架 的 现 在 和 将 来

具 有 PCI 的 PC 体 系 结 构 ，2002 年 的 PC 体 系 结 构包括许多不同的要求以满足每一种互连方式。例如， 图形卡通过高级图形接口（AGP ）接入，内存桥通过许 多 接 口 与 I/O 桥 连 接 ， 例 如 图 5 所 示 的

处 理 层 提 供 4 个 地 址 空 间 3 个 PCI 地 址 空 间

（ 内

存 、I/O 和 配 置 ） 和 消 息 空 间 。PCI 2.2 引 入 了 另 一 种 广 播 系 统 中 断 的 方 式 称 为 消 息 信 号 中 断 （ MSI ） 。 作 为 PCI 2.2 系 统 中 一 种 可 选 的 性 能 ， 这 里 使 用 了 一 种 特 殊 格 式 的 内 存 写 处 理 替 代 硬 连 接 的 边 带 信 号 。 P C I E x p r e s s 技 术 指 标 重 新 使 用 了 MSI 概 念 以 作 为 一 种 主 要 的 中 断 处 理 方 式 ， 并 且 使 用 了 消 息 空 间 来 接 收 所 有 的 优 先 的 边 带 信 号 来 作 为 带 内 信 号 ， 例 如 中 断 、 电 源 管 理 请 求 ， 和 复 位 。 其 它 PCI 2.2 技 术 指 标 中 的 “ 特 殊 周 期 ” ， 例 如 中 断 确 认 ， 也 被 处 理 成 带 内 消 息 。 您 可 以 将 PCI Express 消 息 视 为 “ 虚 拟 的 线 ” ， 因 为 他 们 的 作用是消除当前平台上所使用的各

图5 具有P C I 的P C 体系结构，2002年（I n t e l 许可）

配 备 PCI Express 的 PC 构 架

如 图 6 所 示 ，PCI Express 采 用 通 用 的 总 线 构 架 实

现了 I/O 系统一体化（集成）。 此外，PCI Express 也

软 件 层

软件兼容性对于 PCI Express 是极为重要的。软件

连 。 主 板 上 的 插 槽 增 强 了 固 定 性 ， 确 保 板 卡 在 振 动 和

运 输 的 情 况 下 不 会 脱 落 。 根 据 不 同 的 P C I E x p r e s s 通 道 宽 度 ， 板 端 接 头 有 不 同 的 尺 寸 ， 从 X 1 到 X 1 6。 计 划 使 用X 1 6 的 板 卡 来 代 替 主 板 的 A G P 插 槽 ， 用 于 显 卡 扩 展 。 图7 显 示 了 带 有 三 个 PCI 插 槽 （ 两 个 x1 和 一 个 用 于 显 卡 的 x16） 的 主 板 ， 注 意 到 该 主 板 还 保 留 了 一 定 数 量 的 传 统 P C I 插 槽 ， 而 且 传 统 P C I 插

槽 还 将 存 在 相 当 长 的 时 间 。 图 8显 示 了 典 型 的 具 有 X 1 6 连 接 的 显 卡 ， 其 最 快 的 数 据 流 量 为 3 . 2 G 字 节 / s 。 图9显 示 了 不 同 PCI Express 接口的机械图。

图6 具有 PCI Express 的 PC 体系结构（Intel 许可）

内 存 桥

串 行A T A

图7 某主板上的 PCI Express 扩展插槽

I /O 桥

图 8 具有 X16 接口的显卡

PCI Express 封 装

根 据 所 应 用 的 不 同 平 台 ， 诸 如 笔 记 本 ， 台 式 机 和

服 务 器 ，P C I E x p r e s s 可 有 多 种 不 同 的 I /O 扩 展 形 式 。 需 要 更 高 的 带 宽 来 满 足 I/O 需 要 的 服 务 器 ， 就 能 拥 有 数 量 更 多 的 PCI Express 插 槽 ， 这 些 插 槽 能 提 供 更 多 的 PCI Express 通路。相反，笔记本内部采用

X8

台 式 机 PCI Express 扩 展 插 槽

台式机和工作站上的替代 PCI Express 板卡和现在 的 PCI 板 卡 具 有 非 常 相 似 的 机 械 结 构 ， 都 有 板 端 接 头 和 固 定 支 架 ， 接 头 穿 过 支 架 和 主 要 PWB （ 印 刷 电

X1

X4

图 9 不同 PCI Express 的机械图

ExpressCard 插槽里工作。出于提高易用性的目的， 特 别 设 计 的 ExpressCard/54插 槽 能 轻 松 地 导 入 较 窄 的 ExpressCard/34。 另 外 值 得 一 提 的 是 ， 这 样 尺 寸 设 计 可 以 使 CardBus 卡 插 入 ExpressCard 插 槽 ， 或 者 ExpressCard 插 入 CardBus 插 槽 ， 而 且 对 任 何 部 件 都 不会造成损伤。

ExpressCard

ExpressCard 标 准 为 用 户 在 系 统 中 添 加 硬 件 或 媒 介提供了非常简便的方法。ExpressCard 模块主要针对 只 需 有 限 扩 展 的 笔 记 本 电 脑 和 小 型 PC 。 您 无 需 借 用 工 具 ， 也 能 随 时 安 装 或 拆 除 ExpressCard 模 块 （ 不 像 传 统的台式机接卡那样麻烦）。ExpressCard 技术为台式 机 和 移 动 计 算 机 用 户 提 供 了 一 种 统 一 连 贯 ， 简 便 快 捷 ， 可 靠 且 无 风 险 的 方 案 ， 用 于 将 各 种 将 设 备 接 入 自 己 的 现 有的系统。

每 个 E x p r e s s C a r d 主 接 口 都 必 须 包 括 单 条

P C I E x p r e s s 通 路 （ X 1） ， 它 单 方 向 基 准 数 据 速 率 为

2.5Gb/s ， 这 由 PCI Express 基 本 规 范 1.a 所 定 义 。 ExpressCard 主 接 口 也 必 须 能 接 收 USB2.0 定 义 的 低 速 ， 全 速 和 高 速USB 数 据 。 作 为 兼 容 ExpressCard 的 主 机 平 台 这 两 种 接 口 都 必 须 能 提 供 。 一 个 ExpressCard 模 块 可 根 据 应 用 需 要 使 用 两

ExpressCard 技 术 凭 借 两 种 可 升 级 的 高 速 串 行 接

口 PCI Express 和 USB2.0 取 代 了 传 统 的 I/O 设 备 并 行 总 线 。 ExpressCard 开 发 人 员 使 用 PCI Express 建 立 的 模 块 具 有 最 高 的 应 用 性 能 ， 或 者 能 充 分 利 用 已 有 的 各 种 USB 硅 芯 片 。 无 论 模 块 供 应 商 选 择 何 种 总 线 技 术 ， 最 终 用 户 的 使 用 效 果 都 是 一 样 的 ， 最 终 用 户 从 外 部 是 看 不出来模块采用的是何种总线的。

有 两 种 标 准 格 式 的 E x p r e s s C a r d 模 块

ExpressCard/34 (34 mm 宽) 和 ExpressCard/54(54 mm 宽)。两种模块和 II 型 PC 卡一样都为 5mm 厚。标准模块的 长 度 为 75mm ， 比 标 准 的 PC 卡 要 短 10.6mm 。 ExpressCard/34 和 ExpressCard/54 模 块 使 用 同 样 的 接口。

图10 ExpressCard 和PCMCIA/CardBus 机械格式比较

服 务 器 I/O 模 块

服务器要求 I/O 接口卡封装具有的特性包括：封闭 机 箱 接 口 卡 的 拆 除 /安 装 ， 完 全 地 热 插 拔 ， 接 口 卡 的 ESD 保 护 和 故 障 处 理 ， 接 口 和 特 性 的 标 准 化 管 理 ， 充 分的冷却，独立的大电源和服务器内简化的 I/O

ExpressCard 模 块 的 两 种 尺 寸 为 系 统 制 造 商 提 供

一 定 的 灵 活 性 和 选 择 余 地 ， 而 在 之 前 的 模 块 尺 寸 标 准 下 他 们 是 没 有 这 样 灵 活 的 选 择 余 地 的 。ExpressCard/34 设 备 适 合 较 小 系 统 ， 而 对 于 物 理 上 不 适 合 采 用 较 窄 的 ExpressCard/34 格 式 的 设 备 ， 可 使 用 较 宽 的 ExpressCard/54 模 块 。 图10 比 较 了 两 种ExpressCard 模 块 和 PCMCIA Cardbus 模 块 的 尺 寸 。 较 大 的 54mm 模 块 应 用 包 括 SmartCard ， Compact Flash 读 写 器 和

1.8in 硬盘。ExpressCard/54 除了为器件提供更多的空 间 ， 还 比 较 窄 的 ExpressCard /34 模 块 有 更 好 的 散 热 性 。 这 一 特 性 使 得 ExpressCard/54 先 天 具 有 更 高 的 性 能 ， 并 选 择 用 于 第 一 代 应 用 的 。 然 而 ， 如 果 制 造

SIOM 规格中确定了 I/O 接口卡的两种 PCI Express 模 块 化 封 装 ， 它 也 被 定 义 成 为 服 务 器 I/O 模 块 或 SIOM 。 这 些 模 块 化 接 口 卡 被 设 计 成 可 在 封 闭 机 箱 内 安 装 和 拆 除 。 经 过 设 计 ， 它 们 本 身 具 有 热 插 拔 功 能 ， 这 意 味 着 在 机 箱 供 电 时 可 以 安 装 或 插 拔 模 块 而 不 会 损 伤 模 块 或 机 箱 。 这 两 种 格 式 具 有 相 同 高 度 和 厚 度 ， 只 是 在 宽 度 和 需 要 的 机 箱 空 间 上 有 所 不 同 。 单 宽 度 模 块 可 适 用 于 所 有 SIOM 插 槽 。 双 宽 度 模 块 则 需

SIOM 插槽。

能 为 数 据 采 集 和 多 媒 体 应 用 提 供 新 的 功 能 。 同 步 传 输 能

提 高 服 务 质 量 （QOS ） 保 证 ， 从 而 确 保 数 据 以 确 定 性 和 依赖时间的方式及时地传送。

单宽度模块可达到 X8 PCI Express 连接；双宽度模 块 能 提 供 高 达 X16 速 的 连 接 。 （ 在 PCI Express SIOM 服 务 器 中 可 选 用 双 宽 度 插 槽 ） 。 模 块 标 准 接 口 中 的 最 小 管 理 界 面 包 含 可 提 供 有 关 主 机 系 统 接 口 卡 管 理 数 据 的 EEPROM 。 可 选 的 内 部 存 储 接 口 能 连 接 最 多 四 个1X 的 SAS/SATA 端 口 和 一 个 控 制 硬 盘 L E D 的

· 易

PCI Express 能 极 大 地 简 化 用 户 对 系 统 进 行 添 加 和 升 级 。PCI Express 支 持 热 交 换 和 热 插

拔 。 由 于 热 插 拔 依 赖 于 特 定 的 操 作 系 统 特 性 ， 可 能 会 延 缓 硬 件 的 推 出 。 此 外 PCI Express 设 备 的 各 种 形 式 ， 特 别 是SIOM 和 ExpressCard ， 将 为 服 务 器 和 笔 记 本 电 脑 提供高性能的外设。

SIOM 和 SIOM 机 箱 都 需 要 进 行 冷 却 。 根 据 规 格 中

的 定 义 ，SIOM 机 箱 要 为 每 个 插 槽 提 供 的 最 小 送 风 量 。 SIOM 所 要 求 的 最 小 和 最 大 送 风 量 确 保 SIOM 有 一 定 的 I/O 的 冷 却 气 流 规 定 ， 并 且 I / O 的 热 负 荷 不 会 加 到 机 箱 上 。

所 有 这 些 特 性 确 保 PC 将 发 展 成 为 下 一 代 测 量 和 自

动化系统最具吸引力的平台。

术 语 表

8B/10B 编 码

一 种 嵌 入 式 时 钟 编 码 信 号 。 编 码

PCI Express 的 优 势

对 于 基 于 P C 的 测 量 和 自 动 化 系 统 ， 多 年 来 一 直 选 择 P C I 总 线 作 为 插 入 式 扩 展 卡 总 线 。 在 未 来 它 还 将 继 续 扮 演 重 要 角 色 。 然 而 ， 随 着 P C 的 发 展 ， P C I 总 线

有 两 个 目 的 ， 首 先 它 确 保 了 数 据 流 中 有 足 够 的 变 换 用 于

恢 复 时 钟 ， 第 二 0 和 1 的 个 数 是 匹 配 的 ， 保 证 了 AC 耦 合系统中 DC 平衡

高 级 图 形 端 口 使 用 不 同 接 口 卡 的 更 高 速

AGP

展 。PCI Express 来了很大益处：

解决了这些问题并在以下５个方面带 PCI 总 线 ， 是 为 了 满 足 台 式 机 专 用 插 入 式 显 卡 的 带 宽 需

要而开发的。

CRC

循 环 冗 余 码 校 验 通 过 在 包 中 添 加 一 组 计

· 高 特 别 是 在 带 宽 方 面 ，X1 链 路 时 带 宽

算 值 来 检 测 和 纠 正 比 特 误 差 的 方 法 。 这 些 值 由 包 中 原 始 数据推出

超 过 PCI 的 两 倍 ， 并 且 随 着 通 路 的 增 加 带 宽 也 线 性 增

宽 。 另 一 个 不 十 分 明 显 的 好 处 是 这 样 的 带 宽 可 同 时 存 在 于 每 个 链 路 的 双 方 向 。 此 外 ， 初 始 信 号 2.5Gb/s 的 速 度 有望被提高，从而可以进一步加快传输速度。 差分

差 分信号采用两条线来传送一个 180 度异

相信号。主要的好处是能降低引入噪声的灵敏度

· 简 简 化 芯 片 到 芯 片 和 内 部 用 户 之 间

ExpressCard 接口的小型 I/O 卡

包 括 PCI Express 和 USB2.0

过 多 的 总 线 访 问 ， 如 AGP ，PCI-X 和 Hublink 。 这 一 特

性能降低设计的复杂性和系统实现的成本。

工 业标准构架1984年推出的PC 总线标

ISA Bus

· 层 次

PCI 所 建 立 的 构 架 能 在 保 护 软 准 ， 它 把XT 总 线 构 架 扩 展 到 16位 。 设 计 用 来 连 接 外 设

卡和主板。也被称为 AT bus

件 投 资 的 同 时 采 用 新 技 术 。 层 次 式 构 架 带 来 的 两 方 面 好

处是提高信号速率的物理层和软件兼容性。

PICMG

PCI 工 业 计 算 机 制 造 商 联 盟 维 护 目 前

· 下一代 I/O

通过同步数据传输，PCI Express

CompatPCI 和PCI/ISA 规范的公司联盟

PCI 外设组件连接最初由Intel 设计的高速并行总线，用来连接外设和CPU

PCI Express PCI 的改进版，保持PCI 软件的

使

用模型并使用具有多通路的高速（2.5Gb/s）串行总线替代物理总线

SIOM 服务I/O 模块I/O 模块，为服务器和工作站应用而设计，使用PCI Express 进行通信

USB2.0 是外部差分点对点串行总线，能提供的

数

据速率为480Mb/s。USB2.0 是USB1.1 的扩展，它使用相同的线缆和连接器