PCIe原理解析：从并行到串行的演变与体系架构详解

PCI Express (PCIe) 是一种高性能的I/O串行总线标准，它的发展经历了几个关键阶段。从最早的并行接口如ISA、EISA、Micro Channel (MC) 和 VESA，这些早期的总线系统主要用于连接处理器和周边设备，数据传输速度有限且受限于处理器类型。 第一代并行总线如ISA（1984年推出，16位数据宽度，5MBps速率）和EISA（1989年，32位宽，33MBps），它们的性能逐渐提升但依然存在带宽瓶颈。EISA是第一个尝试提高总线性能的局部总线，而MC则进一步加强了这一方向，但作为微通道总线，它并不是独立的接口标准。 第二代并行总线PCI（1992年推出）引入了32位宽、133MBps的数据速率，随后的AGP（1993年）和PCI-X（1995年）分别提升了数据宽度至64位，并引入了更高的频率，以支持图形处理需求，特别是PCI-X的不同版本提供不同的带宽选项。这些接口主要依赖于共享总线结构，即下挂式总线，总线带宽由连接的多个设备共享。 PCIe则是对这一传统模式的根本变革。从第三代开始，PCIe转向了串行通信，消除了并行总线的多条数据、地址和控制线，转而采用点对点的连接方式，每条链路可以包含一条或多条通路，每个设备拥有独享的带宽。这种设计显著提高了带宽效率，同时保持了向后兼容，支持原有的地址空间和配置机制。 PCIe 1.x、2.0的推出分别标志着接口性能的提升，数据宽度扩展至1路、2路甚至4路，带宽也随之提升。与传统的PCI相比，PCIe通过PLL技术实现更高的频率和更好的性能，增加了额外的属性，使得数据传输更为灵活和高效。 PCIe的出现不仅改变了计算机系统的内部架构，而且推动了现代计算机硬件的高速连接和扩展，广泛应用于显卡、硬盘控制器、网卡等高速接口，对于提高系统整体性能和效率起到了关键作用。随着技术的进步，PCIe的后续版本还在不断演进，以满足不断增长的计算需求。