什么是点对点串行连接?
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发布时间：2022-04-24 00:15
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热心网友
时间：2022-04-23 07:14
热心网友
时间：2022-04-23 08:32
于是在1996年，为了避免PCI总线的数据传输“拥挤”，Intel推出了AGP规范，另辟了一条传输材质的高速专属通道，AGP接口成为当时新兴3D显示芯片、显卡甚至主板的标准规格，同时也带动了3D显示芯片与显卡产业的蓬勃发展。
此后，随着显示芯片性能不断增强，AGP从起初的1×/2×规格发展到1998年AGP 4×规格，再到2000年8月公布的AGP 8×。不过，即使是AGP 8×，面对性能日益强劲的GPU，AGP 8×仅仅2.1GB/s的传输带宽也无法满足显卡的需要了。为此，人们又将希望放到了新一代PCI Express规范之上。
PCI Express是Intel针对目前PCI总线的局限性，在2001年IDF上提出的一种新型总线标准，它属于串行总线，克服了并行总线标准的极限频率*，传输速率可以得到极大的改善。
从高层次上讲，PCI Express系统包含了一个联合体，PCI Express体系结构采用分层设计，它共分为四层，从下到上分别为：物理层（Physical Layer）、数据链层（Data Link Layer）、处理层（Transaction Layer）和软件层（Software Layer）。
这种结构体系有利于跨平台的应用，它可以放置在芯片组的北桥芯片或南桥芯片中、转换器中和终端的设备中。其中物理层是最低层，它负责接口或者设备之间的链接，是物理接口之间的连接，物理层决定了PCI Express总线接口的物理特性，如点对点串行连接、微差分信号驱动、热拔插、可配置带宽等。
与传统PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构相比，PCI Express最大的特点是在设备间采用点对点串行连接，基于这种点对点的架构，在PCI Express中出现了新的控制单元—转换器，它支持在不同终端设备间进行对等通信，如此一来即允许每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，相互间可以直接交换数据。同时利用串行的连接特点能轻松地将数据传输速度提高不少。
单个基本的PCI Express连接是一种单通道双工模式（4线，2线用于发送，2线用于接收），最基础的PCI Express连接包含两个低电压、分离驱动的信号：一个传送和一个接收。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输而言，PCI Express的双工模式能提供更高的传输速率和质量。
同时PCI Express串行连接使用了内嵌时钟技术（8b/10b模式），时钟信息直接写入数据流中，这较之大多数并行总线要额外传输保持同步的时钟信号来说更能节省传输的通道和提高传输效率。基于此原理，PCI Express ×16图形接口将包括两条专用的通道，一条可由显卡单独到北桥，而另一条则可由北桥单独到显卡，每条单独的通道均将拥有4GB/s的数据带宽，可充分避免因带宽所带来的性能瓶颈问题。
在传输速度上，PCI Express支持双向传输模式，1.0版本将从每个信道单方向2.5Gbps的传输速率起步（而随着工艺的改进，未来这个速度有望达到大约10Gbps），而且PCI Express能够通过将数据分路传输以实现高速传输。物理层支持×1、×2、×4、×8、×12、×16和×32的多通道连接，使它可以轻松扩展传输能力。
并且这种点对点的串行连接方式能大大减少电缆间的信号干扰和电磁干扰。由于传输管线有所减少，所以传输电缆排线也就相应减少，更能节省空间和连接更远的距离（单位时间内传输的数据流比并行总线中独立时钟信号的数据流能传送更远的距离）。
不过，在采用8b/10b模式的情况下，PCI Express传输带宽只能达到理论值的80%左右，因为8b/10b编码每个字节需要10bit，这也就意味着大约20%的通道带宽被时钟信息所占用。
这时也带来了一个问题：增加了指令响应时间。PCI Express总线采用了8b/10b编码方式把时钟信号嵌入到数据流当中，提取和嵌入这个时钟信号是需要附加处理时间的，所以相对于现在的并行总线其延迟时间相对较长。
因此PCI Express技术并不适用于那些需要低延时和消耗巨额带宽的地方，比如处理器到北桥之间的连接还会继续使用并行接口，这就是因为在同步时钟周期内并行接口的潜伏期要低于PCI Express所采用的串行连接。
当然PCI Express体系结构可以允许通过速度的提高和先进的编码技术来升级。这些速度的提高、编码的改进和媒介的改变均只影响物理层，所以对于整个PCI Express架构来说升级是非常方便的。
左边显示的是单通道情况下数据流的传输方式，因为PCI Express属于点对点串行连接，所以在单通道情况下，数据流是一个字节一个字节地传输。在图5的右边显示的是多通道情况下PCI Express总线数据流的传输情况。
因为有多个通道，所以数据可以依次传输到各个通道，加快了整个数据传输的速度，提高了数据传输效率。不过在此要注意的一点是，连接的双方通道配置要一致，不可不对称配置，也就是说这两个方向的通道数要相等。
这是PCI Express接口在外设中采用时需要考虑的一个方面。有些业界分析家建议在第一代用于替代AGP总线的PCI Express图形总线应该采用非对称设计，来取代原有的16通道同步连接计划，因为他们认为从显卡帧缓冲到主系统内存的数据传输操作相对较少，16通道同步连接设计会在主板上增加一些不必要的信号布线，从而增加了成本。
就目前的制造工艺来讲，传统的并行总线技术（如PCI、PCI-X）的极限工作频率应该在1GHz上下，而PCI Express则可以轻松地达到10GHz以上。
此外，PCI Express在设计上还有其他与生俱来的优势，如更简单的接口针脚与PCB线路设计、更灵活的数据/时钟控制、更低的工作电压、更丰富的电源管理模式、更合理的功耗以及低电磁辐射等特性，而且PCI Express能从应用层面上与传统PCI保持兼容，从而能实现新旧规范之间的平滑过渡。
PCI Express的接口根据总线位宽不同而有所差异（注：×2模式将用于内部接口而非插槽模式），较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用（也就是说低位宽的能插入高位宽的插槽使用）。
而PCI Express图形接口将直接使用×16的模式（或者说是PCI Express ×16），直接取代传统的AGP图形接口，接口规范为164针89.0mm长。不过，虽然数据传输带宽增大了，但是PCI Express ×16接口的功耗也从AGP 8×接口的25W猛增到65W，这无疑对设备的电源和散热系统提出了更高要求。因此可以肯定的是，未来的PCI Express ×16显卡将是一件耗电大怪兽!
如何从AGP过渡到PCI-Express ×16—桥接先行!
PCI Express规范取代AGP技术已经是大势所趋，这一过程即将开始。目前两个显示芯片巨人NVDIA和ATi都宣布将支持PCI Express规范并早已经推出了采用PCI Express ×16接口的工程样卡，并将在今年第二季度推出支持PCI Express ×16接口的新一代显卡产品。
但我们要注意这么一个事实：目前NVIDIA所推出的PCI Express ×16显卡样版并不是真正意义的PCI Express ×16显卡。这些显卡都是在原AGP 8×显卡基础之上通过一块HSI（High-Speed Interconnect）芯片把并行信号转为PCI Express的串行信号，从而实现对PCI Express ×16接口的支持。估计NVIDIA的PCI Express ×16显卡在一定时间内仍将采用这种方式来实现对PCI Express ×16的支持。
这种方式有点像当初非原生串行硬盘的模式一样，此前非原生串行硬盘也是在原并行硬盘基础之上通过Serial ATA桥接芯片，将并行ATA的数据转换成Serial ATA的数据进行传输从而实行对串行接口的支持。
因此这些PCI Express ×16显卡的实际传输带宽仍将受GPU本身的*，毕竟GPU仍是以AGP规范来运作的，这些PCI Express ×16显卡最多只能达到AGP8×的接口传输率，而远远达不到PCI Express ×16接口所支持的8GB/s接口传输率。
而且由于使用HSI桥接芯片，把并联变成串联始终会出现少许的延迟，因此采用了桥接后，显卡的性能会比AGP模式下降5%左右。
注：有资料显示目前ATi推出的PCI Express显卡均为PCI Express原生显卡，即显卡芯片就支持PCI Express标准，不过ATi未来为兼顾AGP显卡市场�很可能将采用PCI Express转AGP接桥芯片。
不过，这种方式从营销策略上来说将具有很大的优势。因为通过这种方式来实现对PCI Express ×16的支持，NVIDIA就可以在不修改任何芯片的情况下把现有的显示芯片变成支持PCI Express接口。
NVIDIA的这种做法是十分明智的，毕竟在AGP过渡到PCI Express ×16需要一定时间。在这个过渡期内显示芯片、显卡厂商要同时兼顾两个不同市场的需要，这无疑是相当吃力的。
NVIDIA通过一颗HSI接桥芯片而不需要重新设计显示芯片就可以满足两个市场的需要，这无疑降低了市场风险，而且可以节省重新设计芯片的成本和时间，并将精力、财力集中在研发下一代的显示核心之上。
除此之外，主板厂商还可以利用此类HSI桥接芯片采用更灵活的策略来凸现自己的产品特点、满足用户的需要。
因为下一代的芯片组如Intel i915、i925、i910GL等芯片组将放弃对AGP的支持，只支持PCI Express ×16，这一举措虽然可以加速PCI Express ×16取代AGP的步伐，但也意味着未来用户进行机器升级时，原来的AGP显卡将无用武之地，这将大大增加用户的升级成本。
而主板厂商可能利用HSI桥接芯片让自己的主板产品同时提供PCI-Express×16及AGP两种插槽，从而吸引用户，获取更多的市场份额。当然这会在一定程度上增加主板的成本，不过我们可以放心，VIA和SiS下一代芯片组会同时支持PCI Express和AGP。
