新手训练营:关于PCI-E接口你要知道这些

新一期的新手训练营栏目又和大家见面了，这一期我们的话题是PCI-E接口，作为主板上可能是最大尺寸的接口，其应用范围非常广泛，不仅仅局限于我们经常用到的独立显卡，其他诸如网卡声卡视频采集卡等设备也是通过PCI-E标准来使用的。

PCI-E接口是主板上比较通用的一种接口标准，目前主要提供给需要直接与CPU进行通讯的设备使用，通常是为了扩展主板上没有支持的功能，比如扩展独立显卡等设备，目的是为平台输出更加强力的图形能力，弥补核显的不足。

最近一段时间可能大家听说的更多的是有关于PCI-E接口的固态硬盘，亦或是M.2接口的固态硬盘，只要是支持NVMe协议的SSD产品都是通过PCI-E总线来与处理器交互，最高目前支持到PCI-E 3.0 X4的带宽，关于这个带宽的问题，笔者会在后面进行解释。

PCI总线英文全称为Peripheral Component Interconnect，翻译成中文是“外围器件互联”，是由PCISIG (PCI Special Interest Group)推出的一种局部并行总线标准。PCI总线标准是1992年制定的，算一算比小狼年龄都大了，他的出现是由ISA(Industy Standard Architecture)总线发展而来。

普通的PCI接口数据宽度为32位（bit，也就是常说的小b），交互速度为33MHz，理论最大带宽就是4Byte/s*33MHz=133MB/s，注意这里就变成了Byte字节，也就是通常说的大B，由于在计算机中数据是以二进制计算的，所以这个等式中的33MHz其实应该是33.33333...。

后来推出的更高传输速度的PCI-X依然是采用的PCI总线标准，通过提升针脚数量来提升速度，另外PCI 64/66新规范提供了64位（bit）的数据宽度和66MHz的工作频率，理论带宽就提升到了533MB/s。这种思路似乎就像是将两个PCI接口合并使用，但又不是完全相同。

AGP（Accelerated Graphics Port）是在PCI总线基础上发展起来的，专门针对越来越高的图像处理需求而推出的新的标准，不过它出现的主要目的就是为了解决显示卡和处理器之间的通信问题，所以它仅是一个“端口”，“这意味着它只能接驳一个终端而这个终端又必须是图形加速卡。PCI则是一条总线，它可以连接许多不同种类的终端，可以是显卡，也可以是网卡或者SCSI卡，还有声卡，等等等等。”（引自百度百科，AGP插槽词条）

AGP沿用了PCI的规范，32位的数据宽度，但是工作频率是从66MHz开始，AGP1X规范就可以提供266MB/s的理论带宽。而到了AGP2X的版本，采用了新的双向数据传输技术（上升沿和下降沿各传输一个数据），从而理论带宽翻倍，达到了533MB/s。

在画面处理需求几何增长之后，AGP2X的带宽又不够用了，AGP4X应运而生，工作频率没变，通过提升数据宽度，又将其理论带宽翻倍，提升至了1066MB/s。后期又推出了AGP8X版本将带宽再次翻倍，达到2133MB/s。

在后期，AGP的高占用缺陷凸显，并且带宽提升逐渐困难的时候，2002年，PCI Express也就是PCI-E标准被确认，不过由于刚开始的价格较高，就出现了主板上同时搭载AGP和PCI-E接口的情况，很长一段时间内，用户还是坚持选择AGP显卡来装机。

终于到了重中之重，PCI-E接口，这也是目前使用最广泛的通用接口，带宽分为1X/2X/4X/8X/16X，目前主板上已经很少见其他接口，主要就是PCI-E扩展接口，2X的插槽也比较少见。

PCI-E接口将PCI及AGP使用的并行数据传输方式更改为了串行传输方式，串行传输的优势是传输速度可以更快，缺点是容易出现数据损失，不过这个缺陷在不断进步的新技术面前已经不是什么问题。

PCI-E 1.0标准提供了2.5GT/s（Giga Transmissionper second ，千兆传输/秒，即每一秒内传输的次数，不同于Gbps）的传输速度，常用的PCI-E X16提供16位的数据宽度，其单向理论带宽已经可以达到5GB/s。由于是串行传输，PCI-E 2.0以前采用的是8bit/10bit标准，在传输数据的时候会增加“开始标志和终止标志”，实际传输8bit的数据就需要占用10bit的传输量，所以其实际单向传输速度大约为4GB/s。即使这样还是远超过AGP8X的2.1GB/s。如果算上双向数据传输（上升沿和下降沿各传输一个数据），则其实际带宽可以达到8GB/s。

PCI-E 2.0标准没有对其进行大的修改，不过将2.5GT/s的传输速度翻倍成为5.0GT/s，在原有不变的情况下，PCI-E 2.0 X16的双向带宽为16GB/s。

目前使用最广的PCI-E 3.0标准在提升传输速度至8GT/s的同时，将传输标准升级为了128bit/130bit，编码损耗几乎可以忽略不计，PCI-E 3.0 X16的理论双向带宽可以达到32GB/s。

而最近比较常见的NVMe协议的固态硬盘采用的PCI-E 3.0 X4接口最高可以支持的带宽为8GB/S，但是硬盘是不能同时进行读和写操作的，其最大带宽只能为单向4GB/s，也就是32Gb/s，单位换算1Byte（字节）=8bit（位）。

总结

PCI、AGP均为并行传输方式，数据不易损坏，但是缺点是需要较多的针脚也就导致接口尺寸偏大，空间利用率低，不过技术要求稍低。

PCI-E接口作为目前正在使用的标准，数据采用串行传输方式，工作频率可以提升至更高，技术的升级使他不会受数据损失的影响，PCI-E 3.0带来的全新128bit/130bit编码方式也让其带宽损失降到了非常低。

接口更小，速度更快，几大优势让PCI-E现在几乎已经达成了统一，不仅仅是显卡，其他的扩展设备也大都全部采用了PCI-E接口，这样的标准统一让设计者的工作更加便利，也让科技的进步更加迅速，这是我们乐于见到的。