99精品在线观看-99精品在线免费观看-99精品在线视频观看-99精品这里只有精品高清视频-99九九精品国产高清自在线

 在 PCI Express 20 周年即將到來之際，讓我們回顧一下擴展插槽的發(fā)展歷程。

PCI Express（PCIe）總線誕生的年代，個人電腦中的擴展插槽數(shù)量與 CPU 時鐘速度或系統(tǒng) RAM 數(shù)量同等重要。從那時起，PCIe 總線就從一組用于插入擴展卡的插槽發(fā)展成為一種高速互連拓撲結構。

最新的 SSD（固態(tài)硬盤）接口是 PCIe 4.0 四通道接口，采用 M.2 外形。

PCIe 總線的起源：IBM 和 5150 PC

PCIe 總線起源于 1981 年推出的 IBM 5150 型 PC。5150 之前的個人電腦（如 Apple II）采用開放式標準總線，或為第三方擴展板發(fā)布總線規(guī)格。在這種競爭壓力下，IBM 不得不開放 5150 總線并公布其規(guī)格。

在IBM的支持下，整個行業(yè)都是圍繞為IBM PC總線設計和提供擴展卡而建立的。IBM 的第二款 PC 機型 PC/AT 將總線數(shù)據(jù)寬度從 8 位提高到 16 位，并保持了開放式架構。許多公司在其 PC 的克隆產(chǎn)品（稱為 PC 兼容機）中使用了總線。總線在擴展板和 PC 克隆機行業(yè)的廣泛應用，促成了總線的行業(yè)標準架構 (ISA)。這對消費者和克隆 PC 制造商來說是件好事，但卻奪走了 IBM 的控制權和許可收入。

IBM 試圖重新獲得標準控制權

20 世紀 80 年代末，新型處理器和更快的速度使 ISA 總線逐漸過時。IBM 推出了新的專有微通道(Micro Channel)總線，試圖解決 ISA 總線的缺陷。該公司保留了微通道的專利權，以便從出售給 PC 兼容機制造商的許可費中獲利。然而，個人電腦行業(yè)轉而采用英特爾公司的 32 位外設組件互連（PCI）總線，該總線由 PCI 特別興趣組（PCI-SIG）維護。

80486 年最先進的 PC 兼容 i1995 主板，支持 ISA（前景中的四個黑色插槽）和 PCI（中間三個白色插槽）。拍攝：Duane Benson

雖然 PCI 總線與微通道一樣速度更快，但它是一個開放的全行業(yè)標準。PCI 首創(chuàng)了一種無需附加卡即可將主板內置外設連接到總線的架構。在以前的 ISA 架構中，主板內置的外設通常需要定制的非標準接口電路。PCI 總線提供了一個板載外設接口，在電氣上等同于將電路板插入插槽，使板載集成和軟件支持更加容易。

PCI 總線（仍然）不足

雖然 PCI 總線的性能比 ISA 總線高，但它也繼承了 ISA 拓撲結構的許多缺點。與 ISA 一樣，PCI 總線采用共享并行數(shù)據(jù)總線架構。雖然 PCI 在速度潛力和信號完整性方面有了很大的提高，但它仍然要求每個外設共享資源，并就單獨訪問總線進行協(xié)商。

圖形加速卡制造商比其他接口卡制造商更早地遇到了這些限制，這促使了加速圖形端口（AGP）的開發(fā)。AGP 是 PCI 的超集，它不再共享總線，而是在 AGP 卡插槽和主板芯片組之間提供直接路徑。

PCIe 中 PCI 共享總線與串行點對點拓撲結構的對比

在舊的 PCI 和 ISA 總線主控拓撲結構中，一次只能有一個外設訪問總線。每個外設都會根據(jù)需要協(xié)商主控狀態(tài)，等到可以獲得控制權時再采取行動。即使有直接內存訪問（DMA），也幾乎無法并行操作。這些老式拓撲結構滿足了 20 世紀 80 年代慢速應用的需要，但遠遠不能滿足游戲、高速網(wǎng)絡或新千年出現(xiàn)的復雜圖形界面的需要。

為什么說 PCIe 是一大進步

PCIe 不僅僅是一個物理插槽標準。總線的主力是拓撲結構。PCIe 用于連接內置外設、筆記本電腦和迷你 PC 的附加卡以及固態(tài)硬盤存儲。Mini PCIe 使用相同的拓撲結構、編碼和規(guī)格，在電氣上與普通 PCIe 兼容。現(xiàn)在常見的 M.2 SSD 接口也使用 PCIe 拓撲。

PCIe 的串行數(shù)據(jù)路徑使用單向差分線對，以提高信號完整性。雖然這些線對需要匹配長度以進行糾偏，但每對線對中的兩條跡線要比 8、16 或 32 條跡線容易處理得多。

差分信號走線的去偏斜技術。圖片由英特爾提供

高速并行總線也可能受到串擾的影響，串擾是從一條走線到另一條走線的信號泄漏。這會導致數(shù)據(jù)損壞并限制帶寬。差分配對信號可消除大多數(shù)串擾，并提供更清晰的信號。

PCIe 差分對的優(yōu)勢

PCIe 的單向差分對由四條線跡組成，每個方向都有一個差分對。每組四個連接稱為一個通道，PCIe 插槽可支持 1 到 16 個通道。用于連接兩個 PCIe 設備的通道組稱為互連或鏈路。現(xiàn)代圖形加速器通常使用 16 通道插槽，有些需要兩個插槽和額外的電源連接。

具有不同通道數(shù)的常見 PCIe 主板插槽配置。從上到下：PCIe x4、PCIe x16、PCIe x1、PCIe x16 和用于向后兼容的傳統(tǒng) PCI 32 位插槽。

差分對排列可加快傳輸速度并提高可靠性。在 PCIe 1.0 和 2.0 版本中，數(shù)據(jù)以帶有兩個開銷位的八位字傳輸，稱為 8b/10b 編碼。這意味著 20% 的傳輸位是開銷位，而不是數(shù)據(jù)。PCI 3.0 將這一數(shù)字提高到 128b/130b 編碼，數(shù)據(jù)和開銷的比例分別為 98.5% 和 1.5%。從 PCIe 1.0 到 5.0，這種編碼一直沿用，以非歸零（NRZ）格式表示二進制數(shù)據(jù)。 

PCIe 1.0 至 7.0：傳輸速度倍增

PCIe 1.0 每條通道的傳輸速度高達 2.5 GB/s，16 通道互連的最高傳輸速度為 4 GB/s。PCIe 2.0 通過改進協(xié)議和芯片制造能力，將傳輸速度提高了一倍。PCIe 3.0 將速度從 8b/10b 提高到 128b/130b，幾乎翻了一番，達到每通道 8 GB/s。此后的每個新版本的數(shù)據(jù)速率都翻了一番。

2022 年推出的 PCIe 6.0 在編碼和協(xié)議方面帶來了重大變化，將速度提高到每秒 64 GB。PCIe 6.0 將 NRZ 數(shù)據(jù)格式改為脈沖幅度調制 4 級（PAM4）信號。PAM 在與 NRZ 中一個比特相同的單位間隔內表示兩個比特，從而提供四個值而不是兩個值。這實際上是用兩個比特值取代了一個二進制比特。PAM4 的錯誤率要高得多，因此需要先進的糾錯功能。在撰寫本文時，使用此標準的卡尚未上市。

PCI-SIG 預計，自 2022 年 6 月開始開發(fā)的 PCIe 7.0 將于 2024 年完成。該標準承諾通過微調通道參數(shù)來提高能效和減少信號損耗，從而將 PCIe 6.0 的數(shù)據(jù)傳輸速率提高一倍。PCIe 7.0 硬件要到 2027 年才會上市。

擴展插槽的時代已經(jīng)一去不復返了嗎？

20 年前的 PCIe 總線在今天的 PC 世界中依然清晰可辨，2004 年的主板設計師可能會很容易發(fā)現(xiàn)今天的 PCIe。不過，20 年后的情況可能就不是這樣了。

開發(fā) PCIe 時，USB 仍處于起步階段。各種各樣的設備都需要電腦插槽。那個時代的許多 PC 仍然需要附加聲卡、調制解調器、網(wǎng)卡和無線接口。對于今天的普通用戶來說，這些應用都不需要附加卡。雖然游戲圖形加速器、高端視頻和聲音處理設備以及奇特或特殊用途的產(chǎn)品仍在使用插入式 PCIe 板，但大多數(shù)家用和商用 PC 及筆記本電腦已內置或可通過 USB 訪問所有這些（以及更多）應用。

如今，除了 M.2 固態(tài)硬盤接口外，大多數(shù)筆記本電腦和迷你電腦都不使用插卡槽。雖然人們仍在使用 PCIe 連接主板上的各種子系統(tǒng)，但許多擴展插槽的日子可能已經(jīng)屈指可數(shù)了。

來源：EETOP編譯自allaboutcircuits