授人以渔 篇七：硬件科普：PCIe到底是总线还是协议？关于PCIe的一些科普

创作立场声明：PCIe总线科普！

在了解PCIe之前，应该先了解总线和带宽是什么。电脑其实跟我们的现实社会差不多，比如我现在在青岛，我想去北京办点事，我就需要做高铁、飞机、汽车去北京。电脑里也是一样，CPU想找内存沟通点事情，也需要这么一条通路，这就是总线，总线是多个硬件之间的一条电路。

我们现实中，不同的道路又有限速，比如国道和高速，路面也有宽度。不同限速不同路面宽度的道路在一定时间内通过的车辆也是不同的，车速不能无限快，道路也不能无线宽，所以总线也是有一定的速度限制的，不能超过这一速度限制。总线的数据传输能力，就被称为带宽。

在多年之前，电脑主板上不同的设备所使用的的总线接口是完全不一样的，网卡用网卡的总线和接口，硬盘用硬盘的总线和接口。这就导致主板上的接口，只能对应一个硬件设备，这就造成了主板拓展的局限性，也对硬件规格的统一带来了很多的不便。

为了解决这个情况，IBM就和Intel合作为电脑制定了一个接口标准——PC/AT，也就是很有名的ISA总线。ISA总线接口的电脑非常久远了，叫兽也只是见过这类主板，比较遗憾的是那台电脑已经开不开机了。

由于兼容性好，ISA总线成为了上个世纪80年代最广泛使用的系统总线，不过由于ISA使用的是并行总线，当时的抗干扰技术也不成熟，就导致ISA总线的带宽不能设计的很高，只能达到8MB/s的速率。

ISA总线的缺点不只是速度慢，你插入到ISA总线接口上的设备不能自动配置，需要手动分配资源，无法即插即用。这个接口最大只能支持6个外围设备，并且需要依赖特定的CPU才能使用。也就是说，在CPU升级换代时，CPU外频改变，ISA总线上的其他设备频率也要改变。要是其他设备的频率跟不上，就会无法使用。由于我们电脑中一些外围设备的性能要求越来越高，所需要的带宽也就越来越高，加上ISA总线的一些其他弊端，导致ISA总线最终被淘汰。

从这之后，很多厂商都推出自己的总线标准，试图统一市场，很明显是想p吃。最终统一天下的就是PCI总线了，后来ISA总线被大家放弃，取而代之的就是更为先进的PCI总线。

PCI总线相比ISA总线带宽升级到了132MB/s，速度提升非常明显。再就是支持自动配置，即插即用。PCI总线也并不是完美的，PCI总线跟ISA总线都是使用了并行总线设计，所以传输速度也受到了影响。再就是PCI总线的带宽共享机制，在高负载下，其他设备可能会出现抢带宽的现象，也不支持热插拔。

为了解决PCI总线的缺陷，技术再一次进行了升级革新，也就是本篇文章要说的PCIe总线了。PCIe总线有两种存在形式，一种是接口、一种是通道。当PCIe以接口形式存在的时候，就是主板上横着的长槽。

PCIe接口主要有四种尺寸，X1、X4、X8、X16，一般情况下四种尺寸的插槽最大带宽是不同的。当然，也有X16长度的插槽，使用的是X4带宽，这样情况下X16长度X4带宽是跟X4长度X4带宽速度一样的。

另外还有一种接口也是借助PCIe通道传输数据的，那就是M.2接口，也就是M.2固态硬盘的接口。虽然这个跟PCIe接口模样不同，但依旧走的PCIe通道。

另外像USB4.0、雷电3、雷电4接口协议的接口也是凭借PCIe通道才能达到那么快的速度，其他接口协议类型的接口，一般都是借助DMI总线去传输数据的。

再来说一下PCIe的带宽，PCIe插槽有好几种长度，也有很多种带宽。PCIe总线的带宽是按长度计算的，有PCIe x1、PCIe x2、PCIex4、PCIex8、PCIex16，它们的速度是不一样的，X16的PCIe速度就是X8的两倍，X8就是X4的两倍。当然，上面这段话都是建立在同一代PCIe总线之上的。

去年PCIe4.0开始普及，今年不管是英特尔还是AMD，它们新芯片组高端主板都用上了PCIe4.0。PCIe3.0升级到PCIe4.0有什么意义呢？

目前为止，PCIe还没有明显的短板，所以一直在用PCIe总线。但随着信息技术的发展，很多设备的传输速度也有了巨幅的提高，以往的PCIe3.0可能就无法让新设备全速运行了，于是就继续对PCIe总线进行升级，从PCIe3.0升级到PCIe4.0，其最大传输带宽翻倍，由于其总线没有变，所以接口也不需要变化，用在PCIe3.0上的设备也可以在PCIe4.0上使用，可以做到往下兼容。

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