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【转】PCI、PCIX、PCIE、CPCI介绍

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原文地址:http://blog.csdn.net/kulala082/article/details/55045279

一、PCI:

    PCI,外设组件互连标准(Peripheral Component Interconnection),是一种由英特尔(Intel)公司1991年推出的用于定义局部总线的标准。此标准允许在计算机内安装多达10个遵从PCI标准的扩展卡。最早提出的PCI总线工作在33MHz频率之下,传输带宽达到133MB/s(33MHz * 32bit/s),基本上满足了当时处理器的发展需要。随着对更高性能的要求,1993年又提出了64bit的PCI总线,后来又提出把PCI 总线的频率提升到66MHz。目前广泛采用的是32-bit、33MHz的PCI 总线,64bit的PCI插槽更多是应用于服务器产品。从结构上看,PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线,具体由一个桥接电路实现对这一层的管理,并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供信号缓冲,能在高时钟频率下保持高性能,社和为显卡,声卡,网卡,MODEM等设备提供连接接口,工作频率为33MHz/66MHz。
    PCI总线系统要求有一个PCI控制卡,它必须安装在一个PCI插槽内。这种插槽是目前主板带有最多数量的插槽类型,在当前流行的台式机主板上,ATX结构的主板一般带有5~6个PCI插槽,而小一点的MATX主板也都带有2~3个PCI插槽。根据实现方式不同,PCI控制器可以与CPU一次交换32位或64位数据,它允许智能PCI辅助适配器利用一种总线主控技术与CPU并行地执行任务。PCI允许多路复用技术,即允许一个以上的电子信号同时存在于总线之上。
    由于PCI 总线只有133MB/s的带宽,对声卡、网卡、视频卡等绝大多数输入/输出设备显得绰绰有余,但对性能日益强大的显卡则无法满足其需求。Intel在2001年春季的IDF上,正式公布了旨在取代PCI总线的第三代I/O技术,该规范由Intel支持的AWG(Arapahoe Working Group)负责制定。2002年4月17日,AWG正式宣布3GIO1.0规范草稿制定完毕,并移交PCI-SIG(PCI特别兴趣小组,PCI-Special Interest Group)进行审核。开始的时候大家都以为它会被命名为Serial PCI(受到串行ATA的影响),但最后却被正式命名为PCI Express,Express意思是高速、特别快的意思。
    2002年7月23日,PCI-SIG 正式公布了PCI Express 1.0规范,并于2007年初推出2.0规范(Spec 2.0),将传输率由PCI Express 1.1的2.5GB/s提升到5GB/s。


二、PCIX

    PCI-X接口是并连的PCI总线的更新版本,仍采用传统的总线技术,不过有更多数量的接线针脚,同时,如前所述的所有的连接装置会共享所有可用的频宽。

    与原先PCI接口所不同的是:一改过去的32位,PCI-X采用64位宽度来传送数据,所以频宽自动就倍增两倍,而扩充槽的长度当然就不可避免的加大了,除此之外,其余的包括传输通讯协议、讯号和标准的接头格式都一并兼容,好处是3.3V的32位的PCI适配卡可以用在PCI-X扩充槽上,当然如果你愿意,也可以将64位PCI-X适配卡接在32位PCI扩充槽上,不过,频宽速度将会大减。 

    这个总线宽度倍增的改良版本对一些专业储存控制器,例如SCSI、iSCSI、光纤信道(Fibre Channel)、10GBit以太网和InfiniBand等其他传输装置,仍然无法提供足够的频宽,因此引进PCI-SIG接口以提供数个不同速度等级,可以从PCI-X 66一路上到PCI-X 533规格,以下表列这些技术细节:

总线宽度

频率速度

功能

频宽

PCI-X 66 64位

66MHz

Hot Plugging,3.3V

533MB/s

PCI-X 133 64位

133MHz

Hot Plugging,3.3V

1.06GB/s

PCI-X 266 64位/16位

133MHz

Double Data

Hot Plugging,3.3V&1.5V   ECC supported

2.13gb/S

PCI-X 533 64/16位

133MHz 

Quad Data Rate

Hot Plugging,3.3&1.5V ECC   supported

4.26GB/s

    你可以看到当频率速度到达了PCI-X 133的133MHz事后,就再也升不上去,为了让频宽能够倍增,于是不惜将主存储器及前端总线上已经行之有年而且路人皆知的技术搬过来,因此,PCI-X 266用上Double Data Rate技术,让每一个时钟脉冲的上升与下降边缘都可以传输数据,所以又多出了一倍的机会来传输数据,而PCI-X 533规格更进一步采用每一个时钟脉冲可以传送四次的技术,英特尔早在所有的Pentium 4和Xeon处理器的前端总线就用上这些技术了。 

 

三、PCIE:

 PCI-Express是最新的总线和接口标准,它原来的名称为“3GIO”,是由英特尔提出的,很明显英特尔的意思是它代表着下一代I/O接口标准。交由PCI-SIG(PCI特殊兴趣组织)认证发布后才改名为“PCI-Express”。这个新标准将全面取代现行的PCI和AGP,最终实现总线标准的统一。它的主要优势就是数据传输速率高,目前最高可达到10GB/s以上,而且还有相当大的发展潜力。PCI Express也有多种规格,从PCI Express 1X到PCI Express 16X,能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。能支持PCI Express的主要是英特尔的i915和i925系列芯片组。当然要实现全面取代PCI和AGP也需要一个相当长的过程,就象当初PCI取代ISA一样,都会有个过渡的过程。

 

四、CPCI

    Compact PCI(Compact Peripheral Component Interconnect)简称CPCI,中文又称紧凑型PCI,是国际工业计算机制造者联合会(PCI Industrial Computer Manufacturer's Group,简称PICMG)于1994提出来的一种总线接口标准。是以PCI电气规范为标准的高性能工业用总线。CPCI的CPU及外设同标准PCI是相同的,并且CPCI系统使用与传统PCI系统相同的芯片、防火墙和相关软件。从根本上说,它们是一致的,因此操作系统、驱动和应用程序都感觉不到两者的区别,将一个标准PCI插卡转化成CPCI插卡几乎不需重新设计,只要物理上重新分配一下即可。为了将PCI SIG的PCI总线规范用在工业控制计算机系统,1995年11月PICMIG颁布了CPCI规范1.0版,以后相继推出了PCI-PCI Bridge规范、Computer Telephony TDM规范和User-defined I/O pin assignment规范。简言之CPCI总线 = PCI总线的电气规范 + 标准针孔连接器+ 欧洲卡规范。

    CPCI的出现不仅让诸如CPU、硬盘等许多原先基于PC的技术和成熟产品能够延续应用,也由于在接口等地方做了重大改进,使得采用CPCI技术的服务器、工控电脑等拥有了高可靠性、高密度的优点。CPCI是基于PCI电气规范开发的高性能工业总线,适用于3U和6U高度的电路插板设计。CPCI电路插板从前方插入机柜,I/O数据的出口可以是前面板上的接口或者机柜的背板。它的出现解决了多年来电信系统工程师与设备制造商面临的棘手问题,比如传统电信设备总线VME与工业标准PCI总线不兼容问题。

CPCI技术是在PCI技术基础之上经过改造而成,其特点具体有三个方面:

    一是继续采用PCI局部总线技术;

    二是抛弃IPC传统机械结构,改用经过20年实践检验了的高可靠欧洲卡结构,改善了散热条件、提高了抗振动冲击能力、符合电磁兼容性要求;

    三是抛弃IPC的金手指式互连方式,改用2mm密度的针孔连接器,具有气密性、防腐性,进一步提高了可靠性,并增加了负载能力。

    CPCI规范自制定以来,已历经多个版本。最新的PICMG 3.0所规范的CPCI技术架构在一个更加开放、标准的平台上,有利于各类系统集成商、设备供应商提供更加便捷快速的增值服务,为用户提供更高性价比的产品和解决方案。PICMG 3.0标准是一个全新的技术,与PICMG 2.x完全不同,特别在速度上与PICMG 2.x相比,PICMG 3.0速度每秒可达2Tb。PICMG 3.0主要将应用在高带宽电信传输上,以适应未来电信的发展,PICMG 2.x则仍是目前CPCI的主流,并将在很长时间内主宰CPCI的应用。

    CPCI具有可热插拔(Hot Swap)、高开放性、高可靠性。CPCI技术中最突出、最具吸引力的特点是热插拔。简言之,就是在运行系统没有断电的条件下,拔出或插入功能模板,而不破坏系统的正常工作的一种技术。热插拔一直是电信应用的要求,也为每一个工业自动化系统所渴求。它的实现是:在结构上采用三种不同长度的引脚插针,使得模板插入或拔出时,电源和接地、PCI总线信号、热插拔启动信号按序进行;采用总线隔离装置和电源的软启动;在软件上,操作系统要具有即插即用功能。目前CPCI总线热插拔技术正在从基本热切换技术向高可用性方向发展。

    CPCI所具有高开放性、高可靠性、可热插拔的特点,使该技术除了可以广泛应用在通讯、网络、计算机电话之外,也适合实时系统控制、产业自动化、实时数据采集、军事系统等需要高速运算、智能交通、航空航天、医疗器械、水利等模块化及高可靠度、可长期使用的应用领域。由于CPCI拥有较高的带宽,它也适用于一些高速数据通信的应用,包括服务器、路由器、交换机等。