在概念上，PCI Express總線是較舊的PCI/ PCI-X總線的高速串行替換。PCI Express總線與舊PCI之間的主要區(qū)別之一是總線拓?fù)洹? PCI使用共享并行總線架構(gòu)，其中PCI主機和所有設(shè)備共享一組通用的地址，數(shù)據(jù)和控制線。 相比之下，PCI Express基于點到點拓?fù)?，單獨的串行鏈路將每個設(shè)備連接到根系統(tǒng)(主機)。 由于其共享總線拓?fù)?，可以對單個方向上的PCI總線進行仲裁(在多個主機的情況下)，并且一次限制為一個主機。 此外，舊的PCI時鐘方案將總線時鐘限制在總線上最慢的外設(shè)(不管總線事務(wù)中涉及的設(shè)備如何)。
相比之下，PCI Express總線鏈路支持任何兩個端點之間的全雙工通信，同時跨多個端點的并發(fā)訪問沒有固有的限制。在總線協(xié)議方面，PCI Express通信封裝在數(shù)據(jù)包中。打包和解包數(shù)據(jù)和狀態(tài)消息流量的工作由PCI Express端口的事務(wù)層處理，電信號和總線協(xié)議的根本差異需要使用不同的機械外形尺寸和擴展連接器(因此，需要新的主板和新的適配器板); PCI插槽和PCI Express插槽不可互換。在軟件級別，PCI Express保留與PCI的向后兼容性; 傳統(tǒng)的PCI系統(tǒng)軟件可以檢測和配置較新的PCI Express設(shè)備，而無需顯式支持PCI Express標(biāo)準(zhǔn)，但是新的PCI Express功能無法訪問。兩個設(shè)備之間的PCI Express鏈路可以由1個到32個通道組成。 在多通道鏈路中，分組數(shù)據(jù)在通道上條帶化，并且峰值數(shù)據(jù)吞吐量與整個鏈路寬度成比例。通道計數(shù)在設(shè)備初始化期間自動協(xié)商，并且可以被任一端點限制。例如，單通道PCI Express(×1)卡可以插入多通道插槽(×4，×8等)，初始化周期自動協(xié)商最高相互支持的通道數(shù)。該鏈接可以動態(tài)地自動配置自己，以便使用較少的通道，在存在不良或不可靠的通道的情況下提供故障容限。PCI Express標(biāo)準(zhǔn)定義了多個寬度的插槽和連接器：×1，×4，×8，×12，×16和×32。這允許PCI Express總線服務(wù)于不需要高吞吐量的成本敏感型應(yīng)用，以及諸如3D圖形，網(wǎng)絡(luò)(萬兆以太網(wǎng)或多端口千兆位以太網(wǎng))和企業(yè)級存儲(SAS或光纖通道)等關(guān)鍵性能的應(yīng)用。作為參考，使用四路(×4)的PCI-X(133MHz 64位)設(shè)備和PCI Express 1.0設(shè)備具有大致相同的峰值單向傳輸速率為1064MB / s。 在多個設(shè)備同時傳輸數(shù)據(jù)的情況下，或者與PCI Express外設(shè)的通信是雙向的情況下，PCI Express總線具有比PCI-X總線更好的性能。
互連PCI Express設(shè)備通過稱為互連或鏈路的邏輯連接進行通信。鏈路是兩個PCI Express端口之間的點對點通信通道，允許它們發(fā)送和接收普通PCI請求(配置，I / O或存儲器讀/寫)和中斷(INTx，MSI或MSI-X) 。 在物理層面上，一條鏈路由一條或多條通道組成。低速外設(shè)(例如802.11 Wi-Fi卡)使用單通道(×1)鏈路，而圖形適配器通常使用更寬更快的16通道鏈路。
通道通道由兩個差分信號對組成，一對用于接收數(shù)據(jù)，另一對用于發(fā)送。 因此，每個通道由四條線或信號跡線組成。在概念上，每條通道用作全雙工字節(jié)流，在鏈路端點之間的兩個方向同時傳輸8位“字節(jié)”格式的數(shù)據(jù)包。物理PCI Express鏈路可能包含1個到32個通道，更精確地包括1,2,4,8,12,16或32個通道。通道計數(shù)用“×”前綴( 例如“×8”表示八通道卡或插槽)，×16是常用的最大尺寸。
串行總線由于后者的固有限制，包括半雙工操作，超量信號計數(shù)以及由于定時偏移引起的固有的較低帶寬，因此，傳統(tǒng)的并行總線選擇了綁定串行總線架構(gòu)。定時偏移來自在不同長度的導(dǎo)線，潛在不同的印刷電路板(PCB)層和可能不同的信號速度下行進的并行接口內(nèi)的分離的電信號。盡管作為單個字同時傳輸，并行接口上的信號具有不同的行進持續(xù)時間，并在不同時間到達其目的地。當(dāng)接口時鐘周期短于信號到達之間的最大時間差時，就不可能恢復(fù)傳輸?shù)淖?。由于并行總線上的定時偏移量可能達到幾納秒，因此所產(chǎn)生的帶寬限制在幾百兆赫的范圍內(nèi)。串行接口不會出現(xiàn)定時偏移，因為每個通道中每個方向只有一個差分信號，并且由于時鐘信息嵌入在串行信號本身中，所以沒有外部時鐘信號。因此，串行信號的典型帶寬限制在幾千兆赫范圍內(nèi)。 PCI Express是串行互連替代并行總線的一般趨勢的一個例子;其他示例包括Serial ATA(SATA)，USB，Serial Attached SCSI(SAS)，F(xiàn)ireWire(IEEE 1394)和RapidIO。在數(shù)字視頻中，常用的例子有DVI，HDMI和DisplayPort。多通道串行設(shè)計增加了靈活性，其能夠為較慢的設(shè)備分配較少的通道。
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