PCIe简介、发展历史及架构

1 简介

PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）是一种应用广泛高速串行计算机扩展总线标准，主要用于扩充计算机系统总线数据吞吐量以及提高设备通信速度。

PCIe本质上是一种全双工的的连接总线，传输数据量的大小由通道数lane决定的。一般，1个连接通道lane称为X1，每个通道lane由两对数据线组成，一对发送，一对接收，每对数据线包含两根差分线。即X1只有1个lane，4根数据线，每个时钟每个方向1bit数据传输。依此类推，X2就有2个lane，由8根数据线组成，每个时钟传输2bit。类似的还有X12、X16、X32。

2 PCIe的发展

PCIe的发展历史十分长远，最早可追溯到1984年，其发展的历史见下：

1.ISA (Industry Standard Architecture)

2.MCA (Micro Channel Architecture)

3.EISA (Extended Industry Standard Architecture)

4.VLB (VESA Local Bus)

5.PCI (Peripheral Component Interconnect)

6.PCI-X (Peripheral Component Interconnect eXtended)

7.AGP (Accelerated Graphics Port)

8.PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express)

3 PCIe的速率

每一次的升级换代都是为了解决上一代遗留的问题，而PCIe每次的升级换代主要是为了解决速率上的不足。详情见下：

Lan	PCIe 1.0	PCIe 2.0	PCIe 3.0	PCIe 4.0
x 1	250MB/s	500MB/s	1GB/s	2GB/s
x 2	500MB/s	1GB/s	2GB/s	4GB/s
x 4	1GB/s	2GB/s	4GB/s	8GB/s
x 8	2GB/s	4GB/s	8GB/s	16GB/s
x 16	4GB/s	8GB/s	16GB/s	32GB/s

4 PCIe通道

PCIe通道比较常见有x1、x4、x8、x16，也有x2的PCIe设备。这些设备的主要的差别由

这些连接器主要的差别为：

通道数	PIN脚数	主接口区PIN数	总长度	主接口区总长度
x1	36	14	25mm	7.65mm
x4	64	42	39mm	21.65mm
x8	98	76	56mm	38.65mm
x16	164	142	89mm	71.65mm

注意 ：因为第二数据通道的位置没有这个绿色的对应针脚，所以PCI-E X2插槽的设备并不存在（但是可以用于其他接口，比如X2通道的m.2 NGFF接口和SATA-Express）

5 PCIe的架构

PCI-X和AGP都是由PCI发展而来，为了提高数据传输的速率，二者走了两条不同的路径：

• PCI-X通过不断提供时钟的频率来实现高速数据传输。
• AGP通过在一个时钟周期内传输多次数据来实现高速数据传输。

但是随着数据速率的提高，数据传输的抗干扰性越来越差。为了解决这一问题，PCIe采用差分信号传输的方式来增加数据传输系统抗干扰性。

以下是一个典型的点对点连接，但是通过PCIe Switch可以连接多个PCIe设备。可以很明显的看出PCI和PCIe的不同：PCI是总线结构，而PCIe是点对点结构。PCIe架构包含CPU系统（中央处理器）、Root Complex(根复合器)、Memory(存储器)、PCIe Switch（转换器）、PCIe Bridge(PCIe桥)、PCIe设备。

• CPU系统:一般为ARM和X86平台。
• Root Complex：CPU和PCle总线之间的接口，可能包含几个组件(处理器接口、DRAM接口等)，甚至可能包含几个芯片。
• Switch：Switch提供了分散或者是聚合的功能，它允许更多的设备接入到 一个PCIe Port，它扮演了数据包路由的功能。
• PCIe Bridge：Bridge提供了一个转换接口用来连接其他的总线，如PCI/PCI-X。这样可以允许在PCIe的系统中接入一张旧的PCI设备。
• PCIe设备:满足PCIe协议的总线的设备被称为PCIe设备。
• Memory：用于存储一些重要的信息。

6 PCIe常见问题

• PCIe x1设备可以直接使用在x4的卡槽，只是会浪费资源，功能正常使用。
• PCIe x16设备可以在x8的插槽使用，由于卡槽尺寸的限制，需要另外的转接板实现。
• PCIe 3.0的设备可以在PCIe2.0的主板上使用。