1. pci express總線的起源和現(xiàn)狀
2001年春季的idf上intel正式公布pci express，是取代pci總線的第三代i/o技術(shù)，也稱(chēng)為3gio。該總線的規(guī)范由intel支持的awg（arapahoe working group）負(fù)責(zé)制定。2002 年4月17日，awg正式宣布3gio 1.0規(guī)范草稿制定完畢，并移交pci-sig進(jìn)行審核。開(kāi)始的時(shí)候大家都以為它會(huì)被命名為serial pci（受到串行ata的影響），但后卻被正式命名為pci express。2006年正式推出spec2.0（2.0規(guī)范）。
pci express總線技術(shù)的演進(jìn)過(guò)程，實(shí)際上是計(jì)算系統(tǒng)i/o接口速率演進(jìn)的過(guò)程。pci總線是一種33mhz@32bit或者66mhz@64bit的并行總線，總線帶寬為133mb/s到大533mb/s，連接在pci總線上的所有設(shè)備共享133mb/s～533mb/s帶寬。這種總線用來(lái)應(yīng)付聲卡、10/100m網(wǎng)卡以及usb 1.1等網(wǎng)絡(luò)接口基本不成問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新一代的i/o接口大量涌現(xiàn)，比如千兆（ge）、萬(wàn)兆（10ge）的以太網(wǎng)技術(shù)、4g/8g的fc技術(shù)，使得pci總線的帶寬已經(jīng)無(wú)力應(yīng)付計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部大量高帶寬并行讀寫(xiě)的要求，pci總線也成為系統(tǒng)性能提升的瓶頸，于是就出現(xiàn)了pci express總線。pci express總線技術(shù)在當(dāng)今新一代的存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)普遍的應(yīng)用。pci express總線能夠提供的帶寬，來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)的需求。如下表所示：
表1：現(xiàn)行pci express總線2.0標(biāo)準(zhǔn)的帶寬
目前，pci-e 3.0規(guī)范也已經(jīng)確定，其編碼數(shù)據(jù)速率，比同等情況下的pci-e 2.0規(guī)范提高了一倍，x32端口的雙向速率高達(dá)320gbps。
2. pci express總線的起源和現(xiàn)狀
pci總線的大優(yōu)點(diǎn)是總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是缺點(diǎn)也比較明顯：
1) 并行總線無(wú)法連接太多設(shè)備，總線擴(kuò)展性比較差，線間干擾將導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作；
2) 當(dāng)連接多個(gè)設(shè)備時(shí)，總線有效帶寬將大幅降低，傳輸速率變慢；
3) 為了降低成本和盡可能減少相互間的干擾，需要減少總線帶寬，或者地址總線和數(shù)據(jù)總線采用復(fù)用方式設(shè)計(jì)，這樣降低了帶寬利用率。
pci express總線是為將來(lái)的計(jì)算機(jī)和通訊平臺(tái)定義的一種高性能，通用i/o互連總線。與pci總線相比，pci express總線主要有下面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
1) 是串行總線，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，每個(gè)傳輸通道獨(dú)享帶寬。
2) pci express總線支持雙向傳輸模式和數(shù)據(jù)分通道傳輸模式。其中數(shù)據(jù)分通道傳輸模式即pci express總線的x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32多通道連接，x1單向傳輸帶寬即可達(dá)到250mb/s，雙向傳輸帶寬更能夠達(dá)到500mb/s，這個(gè)已經(jīng)不是普通pci總線所能夠相比的了。具體配置可以參照表1。
3) pci express總線充分利用*的點(diǎn)到點(diǎn)互連、基于交換的技術(shù)、基于包的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)新的總線性能和特征。電源管理、服務(wù)質(zhì)量（qos）、熱插拔支持、數(shù)據(jù)完整性、錯(cuò)誤處理機(jī)制等也是pci express總線所支持的高級(jí)特征。
4) 與pci總線良好的繼承性，可以保持軟件的繼承和可靠性。pci express總線關(guān)鍵的pci特征，比如應(yīng)用模型、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、軟件接口等與傳統(tǒng)pci總線保持一致，但是并行的pci總線被一種具有高度擴(kuò)展性的、串行的總線所替代。
5) pci express總線充分利用*的點(diǎn)到點(diǎn)互連，降低了系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和難度，從而大大降低了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)制造設(shè)計(jì)成本，極大地提高系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比和健壯性。從下面表格可以看出，系統(tǒng)總線帶寬提高同時(shí)，減少了硬件pin的數(shù)量，硬件的成本直接下降。
圖1 pci、pci-x、pci express總線的理論帶寬對(duì)比示意圖