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“口径不一样,你插不进去!”

2024-07-10 11:08| 来源: 网络整理| 查看: 265

ETAC计算机辞典(ECD)——不定期更新的科普类文章,篇幅较短(方便阅读,也不至于让我太容易拖更),按照字母顺序分类(但是是乱序更新的),集齐一定数量后整理成目录,方便查阅(和收藏)。

ETAC/E/Com

ECD-P-PCIECD-P-PCI_EECD-P-PCI_X

标题的那句话是局座说的,但是一直都没找到图,大家脑补一下吧。

在计算机领域,有很多接口十分长寿,比如9针COM串口、PS/2接口、USB等,但是这些接口要么已经很少被使用(现在的COM口仅在工控和单片机等领域使用较多,PS/2大部分已经被USB取代)、要么经过不断的进化已经“面目全非”了(USB3.0比上一代多了5根线来实现全双工和更高的速率),只有一个接口在将近30年的历史中,形态从未发生改变,原理也没变,却一直用到现在,近几年的一些新主板上还是能见到它的身影,它就是PCI,今天的第一个主角。

外设组件互连标准,简称PCI,1990年由英特尔开始开发,1993年英特尔发布PCI 2.0标准,标志着PCI走向实用化。到今天,已经25年了,比我年龄还大。

PCI的插槽设计在当时是十分新颖的——十多厘米的长度(是当时主流的16-bit ISA的一半,也是我之前说过的那个变态级长度的VLB的三分之一左右),较密的触点(而ISA的触点距离非常远,快赶上红白机的卡带槽了),还有之前很少见的白色设计(ISA的特点是“黑长直”)。而PCI在传输上也表现不俗——33MHz的工作频率,32-bit位宽(并行),实际速度达到133MB/s,在当时已经是惊人的速度了(16-bit ISA是16MB/s),虽然比不上VLB的160MB/s,但是VLB那感人的长度和普及率……所以,PCI在发布后,很快被应用于显卡上,然后,又很快被速度更快、专门为显卡设计的AGP取代(AGP这个接口实在是太多种多样了,今天就不详细说了),但是PCI在其他领域,例如网卡、声卡、磁盘阵列卡等扩展卡上获得了广泛的使用,因为虽然PCI的133MB/s的带宽对于显卡来说并不太够,但是对于其他设备来说却绰绰有余——比如现在主流的千兆网卡需要125MB/s的带宽,这对于PCI来说依然没问题(20年前哪有几个人用得起千兆网卡啊!)。而在今天,PCI的带宽依然不算太慢,用来扩展个网卡、USB2.0等接口依然不是问题。

为什么PCI这么长寿呢?第一,PCI的设计在今天依然不算是太落后。PCI的长度可以接受,而且可以又南桥控制(英特尔在上古的ICH初代就支持了PCI,而且是6条),而其他高速总线则需要北桥控制(比如AGP),而ISA不仅长度感人,而且速度过慢,所以几乎彻底被淘汰。而且,上文说过,PCI的速度并不算慢,就算是在NV Link已经达到400GB/s的惊人速度的今天,这个速度依然处于能用的水平。第二,PCI的扩展卡一般价格便宜而且使用广泛。因为PCI历史悠久,技术成熟,所以市场上还是有非常多PCI卡销售。不过,随着时代的发展,PCI-E 1X会逐渐取代已经“白发苍苍”的PCI的(要知道英特尔已经在Z270南桥上用上了丧心病狂的24条通道PCI-E 3.0控制器了,比CPU还疯狂)。第三,也就是最有趣的一点,PCI可以“充数”。2015年比较主流的Z87芯片组已经取消了对PCI的支持,但是带PCI的Z87甚至Z97依然不少见。那这些PCI是从哪里来的呢?其实是主板厂商用了PCI-E转PCI的芯片。至于主板厂商为什么这样做,有两个原因,一是用户需要PCI,第二则是最关键的——主板上实在找不出7条插槽的总线了。

如图,上面的B85主板有6条槽(第一条槽位空出来了),两条可以插显卡的PCI-E X16(实际上要是插两张显卡的话,两张显卡都会运行在X8模式,因为CPU只能控制16条通道,我之前在专栏文章中提到过),和两个PCI-E X1(南桥控制的),2条PCI(PCI-E转接的)。Z87时代的南桥只能控制4条PCI-E 2.0通道,一条要给网卡使用,只剩下3条,而CPU最多只能分出来2条槽来给显卡使用,这样的话,假如主板上全都是PCI-E的话,就只剩下5条插槽了,而ATX主板(也就是我们俗称的“大板”)要有7条插槽,就算是偷懒,也得6条(这样的主板看起来也不好看,因为显得主板跟飞机场似的,显得“堆料”不够),而且X1的PCI-E插槽太短了,也会不太“好看”(所以主板这东西也是看颜值的,欸!看脸的时代啊!),所以,就只能采用将一条PCI-E通道转成PCI的方法了,按照带宽计算,单个PCI-E 2.0通道能转成3条PCI,这就够了——2条PCI-E X16、2条X1、3条PCI,不仅显得主板上接口丰富,高大上,而且还不用太多成本,两全其美(所以不要盲目崇拜大板)。当然,比如“败家国度”之类的高端板,也会将一条X8通道的显卡用PCI-E X16用芯片拆成两条X4,这样的话就能三卡交火了(这招屡试不爽)。

(话说,我说了这么长,大家似乎并不明白啊……大家对付看吧,我也不知道怎么表达好)

当然,PCI的显卡竟然没有绝迹!现在的天猫上还有PCI接口的Geforce FX5500销售,而且是全新的,虽然这个上古中端显卡(也就是除了亮机之外似乎没有别的用了)性能实在太弱,但是用来给奔2甚至更老的电脑来“升级”一下也是不错的(虽然奔腾2现在已经算是古董了)。

当然,PCI的带宽也会不太够,于是,在PCI-E出现之前、在AGP不能用于显卡外的其他设备的时候,PCI-X出现了。

这东西,和VLB一个毛病——长!因为是将PCI的32位位宽简单地扩展成64位,所以长度也翻倍了,达到119.91mm(而现在显卡用的PCI-E X16才不过89mm),这也就带来了PCI-X的扩展卡(主要是磁盘阵列卡)长度大而且难以插拔的问题(不过比坑爹的VLB强多了)。至于速度,因为时代发展,PCI-X的工作频率达到了133MHz(甚至有533MHz的产品,当然,几乎见不到,因为如此高频下的并行接口会出现非常多的问题),速度也达到了1066MB/s,这已经达到了PCI-E 3.0 X1的水平了(不过长度相差悬殊啊)。但是,高频工作等原因造成了PCI-X的成本比较高,因此在家用领域并没有普及,但是在服务器领域却得到了广泛使用。直到771时代,PCI-X依然很常见,只不过和PCI-E一比较就显得很笨拙了。

PCI-X向下兼容PCI,PCI设备可以插在PCI-X的插槽上低速运行,不过这么做的人一定很少——大材小用了。

最后,该说一说现在的“真命天子”——PCI-E。

PCI-E也叫PCI-Express,虽然在读音上和PCI-X非常容易混淆,但是二者的区别实在太大了。虽然只是比PCI多了一个“E”,但是从并行变成了串行,速度大幅度提高的同时也具有极大的灵活性(有X1/X4/X8/X16四种插槽,较短的插槽可以插在长的插槽上工作)。

X2通道的PCI-E主要用于内部接口,所以很少以插槽形式出现。而X2通道的m.2就是这种。

PCI-E 1.1 的单个通道速度是250MB/s(单向),最高16通道(就是大多数显卡的插槽)。PCI-E 2.0 的速度翻倍,PCI-E 3.0 的速度相对于2.0翻倍,所以PCI-E 3.0 X16的速度是16GB/s。

PCI-E的高速的原因在于其是串行的,所以不会出现并行接口在高频工作下数据传输的同步和精准度问题,同时串行也让PCI-E很灵活——总线宽度的降低只会降低数据传输的速度,工作依然正常。

PCI-E支持热插拔,因此也可以用作外部接口,比如雷电。也可以用来连接硬盘,比如SATA-E、m.2、U.2。

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Sasuga Setsuna

电子技术与应用化学实验室(ETAC Labs)/电子电气学部(E)/家用计算机(Com)



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