PCI PCI-X PCI-E介紹


1.PCI

外設互聯標准(或稱個人電腦接口,Personal Computer Interface),實際應用中簡稱PCI(Peripheral Component Interconnect),是一種連接電子計算機主板和外部設備的總線標准。一般PCI設備可分為兩種形式:直接布放在主板上的集成電路,在PCI規范中稱作”平面設備“,另一種是安裝在插槽中的擴展卡。

PCI bus常見於現代的個人計算機中,已經取代ISA和VESA局部總線,成為標准擴展總線。PCI總線最終將被PCI Express或者更先進的技術取代。

PCI是並行基於總線控制,所有設備共同分享單向32bit/64bit並行總線(半雙工)。如果有多個PCI設備共用總線,他們將共享總的傳輸速率。

PCI標准於1993年7月被Intel發明,每個接口最多連接1個設備,可以工作在33MHz和66MHz(工作時電壓33MHz為5V,66MHz為3V),2004年被PCI Express替代。

PCI插槽可以插很多類型的卡,包括網卡、聲卡、調制解調器(內置Modem)、電視卡、磁盤控制器(RAID卡)、視頻采集卡、IDE接口卡、IEEE1394卡、USB卡和串行等,原本也可以插顯卡,但很快PCI的帶寬不足以支持顯卡的性能。PCI插槽通過插不同的卡幾乎可以實現所有的外接功能。后來顯卡使用AGP插槽,現在已被PCI Express插槽取代。

PCI接口分32bit和64bit兩種。早期的PCI(PCI2.1標准)工作在32bit、33.33MHz、5V下,最大傳輸速度133MB/s(33.33MHz * 32bit / 8bit/byte = 133MB/s),后來又出現了PCI2.2 2.3等標准。現在PCI有32bit和64bit兩種,32bit的一般用在PC上,64bit的一般應用於服務器上,64bit的要比32bit的長一些。32bit和64bit都有5v和3.3v電壓兩種,5v電壓的是PCI2.1標准工作在33MHz,3.3v電壓的是PCI2.2標准工作在66MHz的時鍾頻率上。頻率或者位寬增加都會增加傳輸速率,實現也是通過這兩個指標來實現的。

在PC上,64位PCI還沒有成為主流。原因在於制造64位和66MHzPCI主板的難度很大。首先,使用64位PCI插槽需要64位南橋芯片組支持,該南橋控制器必須可以正確處理64位的數據。Intel和AMD都有64位的南橋可提供給主板廠商,但是價格很高;其次是因為66Mz
PCI槽對主板配套元件要求極高,且需要特殊的布線設計。這就是66MHzPCI技術一直停留在服務器領域的原因。

PCI有幾種不同的接口樣圖:現在生產的多為通用模式的以防插錯。還有64bit統一比32bit的寬出右邊缺口的部分。

PCI 32bit的網卡都可以查到PCI 64bit插槽上使用。3.3v的插到3.3v的上,5v的插到5v的上。

有一些PCI網卡同時支持32位和64位標准的兼容網卡,這類網卡相比前面介紹的純64位PCI網卡來說,在外觀上也有一個明顯的區別,那就是它又多了一個缺口,有3個缺口(上圖右邊第三個圖)

PCI千兆網卡的局限性:

通常我們用的個人PC主板上的PCI總線頻率位33MHz,總線位寬位32bit,PCI總線的帶寬位133MB/s,換算下來是1064Gbps,理論上這是符合千兆往可的帶寬的。但實際上,PCI設備是共享一個總線帶寬的,像IDE總線,集成聲卡等都是通過PCI總線工作的,這樣自然分配給PCI千兆網卡的帶寬自然就不夠了。要真正的達到千兆網卡的速度,要求全雙工工作,輸入輸出都是1Gbps,這樣就要求帶寬達到2Gbps,這樣PCI總線是萬萬達不到的。因此在普通電腦上還是要采用PCI-E設備才能真正的達到千兆的速度。

2.PCI-X

PCI-X是傳統PCI總線的改版,有更高的帶寬。PCI-X插槽類型基本於64bit的PCI插槽相同。

PCI-X於1998年被IBM、HP和Compaq發明,64bit位寬,傳輸方式並發,2004年被新出的PCI Express替代。

PCI-X多用於服務器上,不過也是曇花一現。

無論PCI還是PCI-X都只是半雙工的通信機制但PCI Express 卻完全可以用全雙工方式進行通信。此外在同一個總線里因為平行傳輸的關系,雖然控制器可以和每個接入的設備自動協調傳輸速率但卻必需選用各個設備中速度最慢者的速度作為總線內共同的傳輸速度上限,高速設備往往因此而無用武之地。

PCI-X目前的最新版本是2.0。下面講的的1.0版本,在外觀上,它與64位PCI接口差不多。目前主要有100MHz和133MHz兩種外頻模式,不過目前主要用的是133MHzPCI-X接口,理論共享傳輸速率達到了1.06GB/s。后來推出的2.0版本,頻率位266MHz和533MHz,共享傳輸速率為2.1GB/s和4.2GB/s。后來出的3.0標准1066MHz在PCI-E的沖擊下沒有了下文。

PCI-X相比PCI 32bit而言除了擴大到64bit,其余的傳輸協議、訊號和標准街頭格式都一並兼容,因此它可以向下兼容於所有早期的+3.3V PCI 總線(但不容於最早期的+5V PCI BUS)。3.3v的PCI可以插到PCI-X中。

3.PCI-E

PCI-E於2004年被Intel發明,采用串行方式通信,支持全雙工通信方式。

PCIe設備能夠支持熱拔插以及熱交換特性,支持的三種電壓分別為+3.3V、3.3Vaux以及+12V。

PCI-E的接口根據總線位寬不同而有所差異,包括X1、X4、X8以及X16,而X2模式將用於內部接口而非插槽模式。

PCI-E有向下兼容的特性。既X16的接口可以插X1、X4、X8接口的卡。

PCI-E接口樣圖:

圖中從上到下依次是PCIEX16、X1、X4、X16,圖中沒有X8的,X8的長度右邊部分(主接口區)長度基本是X4的2倍,略小。

PCI-E有各版本的傳輸速度:

版本 數據傳輸帶寬 單向單通道帶寬 雙向16通道帶寬 原始傳輸率 發表日期
1.0 2Gb/s 250MB/s 8GB/s 2.5GT/s 2002年7月22日
1.0a 2Gb/s 250MB/s 8GB/s 2.5GT/s 2003年4月15日
1.1 2Gb/s 250MB/s 8GB/s 2.5GT/s 2005年3月28日
2.0 4Gb/s 500MB/s 16GB/s 5.0GT/s 2006年12月20日
2.1 4Gb/s 500MB/s 16GB/s 5.0GT/s 2009年3月4日
3.0 8Gb/s 1GB/s 32GB/s 8.0GT/s 2010年11月10日
4.0 16Gb/s 2GB/s 64GB/s 16.0GT/s 2014年-2015年

 

 

 

 

 

 

 

 

PCI-E不同傳輸通道數設備的金手指數(雙面金手指)和長度:

傳輸通道數 腳Pin總數 主接口區Pin數 總 長 度 主接口區 長度
x1 36 14 25 mm 7.65 mm
x4 64 42 39 mm 21.65 mm
x8 98 76 56 mm 38.65 mm
x16 164 142 89 mm 71.65 mm

 

 

 

 

 

4.三種接口的傳輸速度比較

規格 總線寬度 工作時鍾頻率 數據速率
PCI 2.3 32 比特 33/66 MHz 133/266 MB/s
PCI-X 1.0 64 比特 66/100/133 MHz 533/800/1066 MB/s
PCI-X 2.0(DDR) 64 比特 133 MHz 2.1 GB/s
PCI-X 2.0(QDR) 64 比特 133 MHz 4.2 GB/s
PCI-E 1.0 X1 1 比特 2.5 GHz 500 MB/s(雙工,文稿數據)
PCI-E 1.0 X2 2 比特 2.5 GHz 1 GB/s(雙工)
PCI-E 1.0 X4 4 比特 2.5 GHz 2 GB/s(雙工)
PCI-E 1.0 X8 8 比特 2.5 GHz 4 GB/s(雙工)
PCI-E 1.0 X16 16 比特 2.5 GHz 8 GB/s(雙工)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PCI 64bit的數據速率乘以2。

根據上面各個接口帶寬的數據我們可以看到PCI-e X1的接口可以提供單向250MB/s的帶寬,普通的千兆網卡用PCI-e X1接口就可以滿足了,但是萬兆網卡的就至少要PCI-e X4才能剛剛滿足帶寬需求,因此可以解釋市場上見到的萬兆網卡基本上都是PCI-e X8接口的,比如Intel PRO 10GBE XF LR(10千米,采用長波模塊(LR)因此傳輸距離可以達到10公里,及 Intel PRO 10GBE XF SR(300米)采用的是短波(SR)模塊,傳輸距離是300米。

 


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