PCI-E 4.0标准将发布 PC外部总线发展史回顾
近日消息，根据PCI SIG组织的最新规划，PCI-E 4.0标准将在2017年正式发布。PCI-E属于计算机外部总线，自从PC诞生以来先后发展了多种类型的外部总线，下面我们做一个简单介绍：
1. ISA总线
最早的PC总线是IBM公司1981年在PC/XT 电脑采用的系统总线，它基于8bit的8088 处理器，被称为PC总线或者PC/XT总线。
1984年，IBM 推出基于16-bit Intel80286处理器的PC/AT 电脑，系统总线也相应地扩展为16bit，并被称呼为PC/AT 总线。而为了开发与IBM PC 兼容的外围设备，行业内便逐渐确立了以IBM PC总线规范为基础的ISA（工业标准架构：Industry StandardArchitecture ）总线。SA总线有98只引脚。
从图中的信号可以看出，ISA的信号与PC机（PC/XT、PC/AT）所使用的外围芯片以及CPU类型有着十分密切的关系。如8位ISA的地址与数据线本身就是8088的地址与数据线宽度，16位ISA的24位地址与16位数据与80286一致。8位ISA的IRQ与DRQ是1片8259和1片8237的信号，16位ISA的IRQ与DRQ则是2片8259和2片8237级连等。可以说ISA总线是IntelCPU及外围芯片信号的延伸。
2. MCA总线
MicroChannel Architecture（MCA）Bus 微通道体系结构（MCA）总线，知道这种总线的人比较少，是IBM的私有总线。MCA总线是IBM为帮助解决快速微处理器和相对慢的ISA总线之间的差异而开发的。虽然MCA总线不接收ISA型的主板，不兼容ISA，但它们提供的32位接口却比ISA更快，也可以更好地适应80386和80486微处理器的要求。 MCA总线采用单总线设计，通过使用多路复用器来处理存储器和输入/输出（I/0）接口的传输。多路复用器将总线分成多个不同的通道，每个通道可以处理不同的处理需求。这种设计没有多总线设计快，但在大多数情况下，却可以满足中等大小网络的服务器要求。如果在服务器上运行微处理器集中式应用程序，选择一个超级服务器也许是明智的，因为它具有超级吞吐率和多处理器能力。MAC受ZL和许可协议保护，这限制了它发展为一种标准。另外，IBM还对MCA施加了一些限制，以防止和它的小型计算机系统竞争。由于这些原因，许多厂商使用了扩展工业标准体系结构（EISA）或开发专用的总线标准。
3. EISA总线
EISA总线是1988年由Compaq等9家公司联合推出的总线标准。它是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。
4. VESA总线
VESA（video electronics standard association）总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种局部总线，简称为VL（VESA local bus）总线。它的推出为微机系统总线体系结构的革新奠定了基础。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64 位，使用33MHz时钟频率，最大传输率达132MB/s，可与CPU同步工作。是一种高速、高效的局部总线，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。
5. PCI总线
PCI（peripheral component interconnect），它是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率可达132MB/s，可同时支持多组外围设备。 PCI局部总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA（micro channel architecture）总线，但它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。
PCI总线是一种树型结构，并且独立于CPU总线，可以和CPU总线并行操作。PCI总线上可以挂接PCI设备和PCI桥片，PCI总线上只允许有一个PCI主设备，其他的均为PCI 从设备，而且读写操作只能在主从设备之间进行，从设备之间的数据交换需要通过主设备中转。PCI总线结构如下图所示。
不同于ISA总线，PCI总线的地址总线与数据总线是分时复用的。这样做的好处是，一方面可以节省接插件的管脚数，另一方面便于实现突发数据传输。在做数据传输时，由一个PCI设备做发起者（主控，Initiator或Master），而另一个PCI设备做目标（从设备，Target或Slave）。总线上的所有时序的产生与控制，都由Master来发起。PCI总线在同一时刻只能供一对设备完成传输，这就要求有一个仲裁机构（Arbiter），来决定在谁有权力拿到总线的主控权。
6. AGP 总线
AGP（Accelerated Graphics Port）总线用于图形加速。
PCI 总线是独立于CPU 的系统总线，可将显示卡、声卡、网卡、硬盘控制器等 高速的外围设备直接挂在CPU 总线上，打破了瓶颈，使得CPU 的性能得到充分的发挥。可惜的是，由于PCI 总线只有133MB/s 的带宽，对付声卡、网卡、视频卡等绝大多数输入/输出设备也许显得绰绰有余，但对于胃口越来越大的3D 显卡却力不从心，并成为了制约显示子系统和整机性能的瓶颈。因此，PCI 总线的补充——AGP 总线就应运而生了。
Intel 于1996年7月正式推出了AGP（ 加速图形接口，Accelerated Graphics Port）接口 ，这是显示卡专用的局部总线，是基于PCI 2.1 版规范并进行扩充修改而成，工作频率为66MHz ，1X 模式下带宽为266MB/S，是PCI 总线的两倍。后来依次又推出了AGP 2X 、AGP4X，现在则是AGP 8X ，传输速度达到了2.1GB/S。
7. PCI-E总线
PCI—Express是一种通用的总线规格，它最早由Intel所提倡和推广（也既是之前的3GIO），它最终的设计目的是为了取代现有计算机系统内部的总线传输接口，这不只包括显示接口，还囊括了CPU、PCI、HDD、Network等多种应用接口。从而可以像Hyper—Transport一样，用以解决现今系统内数据传输出现的瓶颈问题，并且为未来的周边产品性能提升作好充分的准备。以往计算机系统的各种设备共用一个带宽，采用了并行互联，这大大影响了系统整体的性能表现，同时并行信号由于相互干扰也严重制约了日后速度的进一步提升。与PCI的并行数据传输不同，PCI—E则采用了串行互联方式，以点对点的形式进行数据传输，每个设备都可以单独的享用带宽，从而大大提高了传输速率，而且也为更高的频率提升创造了条件。
同时，PCI—E还有多种不同速度的接口模式，这包括了1X、2X、4X、8X、16X以及更高速的32X。PCIE 1X模式的传输速率便可以达到250MB/S，接近原有PCI接口133MB/S的二倍，大大提升了系统总线的数据传输能力。而其它模式，如8X、16X的传输速率便是1X的8倍和16倍。可以看出PCI—E不论是系统的基础应用，还是3D显卡的高速数据传输，都能够应付自如，这也为厂商的产品设计提供了广阔的空间。
PCI SIG组织的最新规划，PCI-E 4.0标准将在2017年正式发布。 下面是关于PCI-E 4.0的最新相关信息：
从布局图来看，PCI-E 4.0的主要使命还是那两个字——提速，数据传输率将从PCI-E 3.0 8GT/s翻番到16GT/s。
4.0翻倍的提速，可以说是会是困难重重的，毕竟PCI-E 3.0能达到这么高的速度用上的各种新技术是可想而知的，所以4.0上的速度翻倍难度你们就懂了。但是目前只知道的是，除了速度提升之外，PCI SIG也暂未公布新标准到底有哪些不同之处。
Mellanox 100Gb网卡使用了PCI-E 4.0
关于PCI-E的标准，最大的推动力就是显卡了，但是可以这么说， PCI-E 1.1 x16、PCI-E 3.0 x16对于显卡性能的影响也只在个位数，简直就是可以忽略不计了，所以关于未来的PCI-E 4.0标准对于显卡性能的影响，大家其实可以洗洗睡了。
关于PCI-E标准的普及其实那些老巨头真的不是这么积极的，毕竟在PCI-E 3.0发布之后，Intel、AMD、NVIDIA也是经过了几代产品的演化才普及开来。所以关于PCI-E 4.0，还是慢慢来吧！
Intel 2017 IDF上展示的PCI-E 4.0系统
关于PCI-E 4.0，其实PCI SIG在旧金山举行的Intel IDF大会上就展示了几套PCI-E 4.0系统，其中就有一块100Gb的网卡。
从中可以看出，未来对PCI-E 4.0感兴趣的，将会主要是网络和存储行业，毕竟现在SSD固态硬盘的发展是在太快了，需要的速度带宽日渐的提高，所以，储存厂家对于PCI-E 4.0标准还是非常非常的感兴趣的。
