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建邦科技:PCI-X及PCI-Express Bus介绍

    存储在线 4月29日北京消息:建邦科技,此次推出Areca 最新一代SATA-ⅡRAID控制卡ARC-11×× PCI-X Bus系列,及ARC-12×× PCI-Express Bus系列,共计有4、8、12和16 Ports。产品完整,可大幅度提升存储I/O执行速度,同时提供企业级RAID功能,如:Online Capacity Expansion, RAID Level Migration及RAID 6功能。
  
    当今PCI Bus设计已发展到最快速度的PCI-X规格。同时也出现了PCI Express Bus,这两种最先进I/O界面,有效提升整体系统效能,可预见未来PCI-Express及PCI-X将并存一段时间。现将针对这两种界面做一些探讨,让用户更了解这两种产品特色。


    首先,了解PC系统架构,如下图所示,整个系统由北桥和南桥联接。



    其他速度较慢的Device,通过ATA Bus , PCI Bus经由南桥再联接北桥,与CPU 和 Memory一起工作


    PCI Bus共有3种规格:



  • 33MHz,32bit,理论值频宽132MB/Sec

  • 33MHz,64bit,理论值频宽256MB/Sec

  • 66MHz,64bit,理论值频宽512MB/Sec

    PCI Bus是并行(Parallel)共享Bus,各种速度不同的Device联接在一起工作,透过Bus管制功能(Bus Arbitration)取得Bus的使用权。所有Device以Memory映射(Mapping)方式与CPU完成资料交换运作(Read & Write)。
  
    共享Bus最大好处是简易、成本低、容易设计;最大缺点是:



  • a、并行的Bus架构无法连接太多设备(Scalability),且相互间的干扰信息(Noise)将导致系统无法正常工作。

  • b、当连接多个设备时,有效频宽将大幅降低,传输速率变慢。

  • c、为了降低成本和尽可能减少相互间的干扰信息,要减少总线宽度(Bus width),地址总线(Address Bus)和数据总线(Data Bus)采用多工方式(Multiplex)设计,这样就降低了频宽有效使用率。

    基于储存周边对传输速率的要求,PCI Bus定义了最新一代PCI-X架构。PCI-X 64bit/133MHz,理论频宽可达1GB/Sec,大幅提升传输效率。但同时因为速度加快,整体设计成本,如提升clock速度,增大Bus宽度 (Bus Width),增加对硬体线路干扰信息及Cross Talk的抑制,同时主板也要搭配升级使用DDR-Ⅱ规格记忆体及连接器。
  
    PCI Bus是Share Bus架构,而PCI-Express是一种点对点(Point-to-Point)的Share Switch架构。每一个Device拥有自己的Bus,直接连到Switch Box来建立Point-to-Point通讯方式。以Switch系统等实现Traffic route和资源管理,同时Data传输改为“分散式封包”(Discrete packets of Data)及QOS(Quality of Service)功能,以优先封包(Priority Packets)满足即时资料服务,如:Video Stream及Audio Stream等,为新一代的PCI Bus技术,同时改用Serial传输方式取代Parallel,解决了快速传输时产生的Noise及扩展(Scaling)问题。
  
    新一代PCI Bus架构PCI-Express如下图:



PCI Express –C Share Switch topology



PCI Bus–Share bus Topology


    PCI-Express的封包主要分为Command Packets 及Data Packets,每一个lane各有一条传输及接收的线,采取Serial传输,必需靠CPU运算能力来完成Parallel对Serial的拆解及组合。换句话说,PCI-Express是以CPU运算能力来提升频宽,取代PCI Bus以Bus宽度 (Bus Width) 提升,是最有效的方法。同时每个Lane可达2.5Gbps,如果是×8 link,则可达20Gbps速度。



    以PCI Bus特性,将可满足新一代I/O产品对速度的需求。但因目前大部分元件(IC)尚未提供PCI-Express界面,在这过渡期,Intel提供IOP80332,提升各种需要高速传输资料的周边设备的速率,如Storage RAID。IOP80332本身提供PCI-Express界面与主板联接,同时本身提供PCI-X Bus,便于采用当今现有各种元件设计产品。
  
    在Intel新的900 Series chipset南桥内部,提供了PCI-Express及PCI Bridge的Solution,使得PCI Bus及PCI-Express可以共存。



    PCI-Express Bus架构可将大幅提升I/O速度,不再受到传统PCI Bus采用Share Bus先天性上的限制。在不久的将来可预计PC产品整体执行效率将有效提升。

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