"本文深入探讨了PCI和PCIe在硬件及软件层面的知识,涉及它们的历史沿革、硬件架构以及在UEFI固件和操作系统中的应用。作者首先指出PCI总线和设备树在X86系统中的核心地位,尽管有如IOSF这样的总线,但主要接口仍然是PCIe。文章分为两部分,第一部分介绍了PCI和PCIe的演变过程,从早期的ISA、MCA、EISA、VLB到PCI,再到PCI-X、AGP和最终的PCIe。每一阶段的技术进步都是为了满足不断提升的设备速度需求。"
PCI/PCIe的历史发展:
1. ISA(Industry Standard Architecture):诞生于1981年的IBM PC XT,提供8位带宽,约为4.77MB/s,是早期的扩展接口。
2. MCA(Micro Channel Architecture):IBM推出的专有总线,试图超越ISA,但因其封闭性并未广泛采用。
3. EISA(Extended Industry Standard Architecture):由多个公司联合开发,作为ISA的扩展,支持32位数据传输。
4. VLB(VLAS Local Bus):视频局部总线,针对图形性能进行了优化,提供更高的带宽。
5. PCI(Peripheral Component Interconnect):1992年推出,取代了之前的扩展总线,支持32位和64位数据传输,显著提升了速度。
6. PCI-X(Peripheral Component Interconnect eXtended):在PCI基础上扩展,提高了总线频率和带宽,旨在满足服务器和工作站的需求。
7. AGP(Accelerated Graphics Port):专为图形卡设计的高速接口,提供比PCI更高的带宽,以增强图形性能。
8. PCIe(Peripheral Component Interconnect Express):当前的主流标准,采用串行连接,提供了更高的带宽和更低的延迟,适用于各种高性能设备。
PCIe的硬件架构和优势:
PCIe采用了点对点连接的方式,每个设备都有独立的数据通道,减少了总线竞争,提高了效率。它使用分层结构,包括物理层、数据链路层和网络层,确保了高速传输的可靠性和灵活性。PCIe接口的速度随着版本升级不断提高,如PCIe 1.0的2.5GT/s到PCIe 4.0的16GT/s,未来还会继续提升。
软件界面与UEFI中的PCI/PCIe:
在软件层面,UEFI固件在系统启动时会枚举PCI/PCIe设备树,识别和配置硬件。操作系统通过驱动程序与这些设备交互,利用PCI配置空间来获取和设置设备参数。PCIe还引入了先进的错误处理机制,如CRC校验和错误报告,增强了系统的稳定性和可靠性。
PCI和PCIe是X86系统中不可或缺的部分,它们的发展历程反映了计算机技术的不断进步,从最初的低速接口到如今的高速PCIe,为各种硬件设备提供了高效、灵活的连接方式。随着技术的持续演进,PCIe将不断优化,以满足未来更快、更复杂硬件的需求。