【硬件科普】PCIe到底是个什么东西？他在电脑里是干什么的？

By | June 11, 2022 | 1 minutes

总线的数据传输能力就称为带宽

并行总线的问题：

数据传输过程中需要保证数据是对齐的，需要照顾数据的协同传输，因此传输速度受限
并行总线中相邻的链路之间数据是同时传输的，就会导致严重的干扰，因此并行总线还需要加强抗干扰能力
并线总线是多链路同时传输的，就需要很多线并且接口需要很多针脚，因而整个接口也就更庞大

并行总线为了保证数据的同步，做了很多牺牲，而串行总线虽然一次只能传输一个单位的数据，但由于受到的限制少，可以把频率做的很高

因为并行总线有不少问题，因此后来电脑内总线就逐渐全部替换为串行了，比如USB、硬盘SATA等，并且串行总线也是可以做多链路传输的，只是其多链路间数据是无关的，也就是不需要同步的

早期的ISA和PCI总线都是并行总线，速度受限，现在主要用的都是PCIe总线

PCIe接口：PCIe插槽（显卡槽）、PCIe接口的声卡、网卡、硬盘 PCIe通道：数据传输，比如M.2固态硬盘接口，其接口外形为M.2，但数据传输靠PICe总线承担

PCIe带宽分配：PICe X1、PICe X2、PICe X4、PICe X8、PICe X16，其中每一个的速度都是前一个的两倍

任何X16的设备都可以插在尾部非闭合的X1槽中运行，只不过此时这个设备无法发挥全部的性能，任何X1的设备也可以插在X16的槽中，只是此时带宽会被浪费

残血雷电3指的是PICe X2速率的，满血雷电3指的是PICe X4速率的

目前通用的是PCIe 3.0，其X1速度可以达到1GB/s，X4就可以达到4GB/s

显卡所使用的的是PICe X16，M.2接口使用的是PCIe X4，因此对于硬盘来说，速度最快也不可能超过4GB/s

PCIe作为一种超高速串行总线，为了达到飞快的速度，所以其频率就需要设置的异常高，这种高频率的总线就对总线的显露设计要求非常高，比如屏蔽磁干扰，

PCIe总线之所以可以达到超高的速率和超低的延迟，是因为其直接接通在CPU的PCIe控制器上，但CPU本身受到电路设计成本的限制，其PCIe控制器就无法提供无限数量的PCIe通道，因此除了直连CPU的PCIe外，其他设备比如声卡网卡等都是通过南桥芯片组和CPU完成数据传输，从而也能够避免因所有设备都需要和CPU交互而存在的主板布线难度的问题

对于CPU而言，内存和直连的PCIe都是有CPU直接交互，而其他设备比如声卡网卡，以及非直连的PCIe都是有南桥收集好数据再向CPU传输的

对于INTEL芯片，直连CPU的PCIe只有16根，因此只够给显卡使用，硬盘的X4的PCIe都是非直连的，就只能通过南桥进行和CPU的数据传输了，而AMD则提供了20根直连CPU的PCIe总线，因此显卡和一个M.2硬盘都可以直接使用直连的PCIe

CPU和南桥之间通过PCIe X4进行连接的，因此两者之间数据带宽的上限也就是PCIe X4（3.0下就是4GB/s），接驳到南桥上的设备往往都不会同时工作，即使有些同时工作了也不会满负载运行，因此PCIe X4目前来说是足够用了

注：STAT、PCIe、M.2、NVMe区别

SATA和PCIe都属于是串行高速接口，目前机械硬盘中SATA接口居多，但其速率理论上最高只能达到6Gb/s（700MB/s），速率远不及PCIe，因此正逐渐被PCIe取代（固态硬盘中也是有用SATA接口的，比如2.5寸的SSD）

M.2属于物理接口，其优点是体积小，并且可以走SATA、PCIe还有USB等等通道，其由固态硬盘上的主控来决定是走SATA还是PCIe通道，M.2有很不同的接口形式，因为M.2其实不是专为SSD所设计的，通过不同的接口可以走USB通道或者音讯通道，M.2接口支持SSD的分为B key和M key，还有两个接口都通用的B&M key（两个防呆孔都挖掉了），目前只要是走SATA通道的都采用B&M key，而走PCIe通道的则基本都采用M key

NVMe属于传输层协议，其特别为NAND进行优化，但其要求除了固态硬盘的主控需要支持外，主板也需要支持（可以通过更新BIOS），主要跑在PCIe