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技术发展趋势

目 录

1 .最新处理器 ——64 位技术

2 .最新内存技术

3 .最新存储技术

4 .最新 RAID 技术

5 .最新总线技术

1 .最新处理器—— 64 位技术

•  EM64T 技术

2004 年 8 月以后推出的双路服务器新品支持世界领先的新一代处理器,全面兼容 32 位与 64 位应用,为客户提供更多的应用选择。

前端总线是处理器和北桥间通信的数据通道,前端总线 (FSB) 频率则直接影响处理器与内存数据交换速度。数据传输最大带宽取决于同时传输的数据的宽度和传输频率,即数据带宽= ( 总线频率×数据位宽 )/8 。前端总线频率越高,代表着处理器与内存之间的数据传输量越大,更能充分发挥处理器的功能。新一代处理器具备 800MHz 的总线频率, CPU 处理速度较以前有了极大的提升,数据传输带宽有了很大提高。采用了更先进的 90 纳米制造工艺,比 130 纳米的处理器集成更多晶体管,处理器体积更小,核心电压更低,二级缓存容量更大 。

新一代的处理器支持 64 位扩展技术,以下是对 64 位扩展技术的详细描述:

64 位扩展技术主要是对老一代处理器的寄存器和指针进行了升级,

1 、内存指针由 32 位升级到 64 位,使得每处理器可以访问大于 4GB 的物理内存;

2 、增加了 8 个通用寄存器 R8-R15 ;

3 、所有的通用寄存器从 32 位升级到了 64 位;

4 、增加了 8 个 128 位的 SSE 寄存器 XMM8-XMM15 。

传统的 32 位处理器可以访问 2 32 =4GB 的物理内存, 对于需要大内存的应用程序,则需要更多的时钟周期和其他繁琐的技术才能访问超过 4GB ,这会降低系统整体性能。 新一代处理器支持扩展内存访问技术,能够访问 2 48 =64GB 内存。 处理器的内存寻址空间从 4GB 扩展到 64GB ,系统的内存访问能力得到了极大提升,采用支持 64 位扩展技术 的处理器在大内存应用情况下能有效提升系统整体性能。

新处理器在应用方面,支持三种模式:

•  纯 32 位应用模式,和老一代处理器的应用模式相同,运行 32 位操作系统和 32 位的应用程序,系统硬件的升级不会影响到已有的软件应用环境,帮助客户平滑升级;

•  64 位 /32 位兼容模式,是指运行 64 位操作系统和 32 位应用程序,即操作系统的内存寻址访问是 64 位的,应用程序仍然是 32 位操作,优点是具有向下兼容性,在新的平台上无需升级已有的 32 位应用程序,即可正常运行,有效保护了客户投资;

•  64 位应用模式,是指运行 64 位操作系统和 64 位应用程序,真正让客户感受到海量内存的系统效率,在这种情况下,系统性能会有很大提升。

客户可以根据自身的 IT 投资和具体情况进行应用模式的选择,充分满足业务增长的需求。

•  安腾处理器技术

新一代的至强处理器和安腾虽然都称为 64 位的处理器,但是其技术特点和适用范围是不同的,具体如下:

1 、三个关键的不同点:

1 ) 64 位扩展的至强处理器既可以满足 32 位应用,也可以重新编译,以便进程访问更多的内存。而安腾不仅提供更大的地址空间,而且提供更大的缓存等技术。

2 )从整数运算的性能比较, 64 位扩展的至强和安腾基本相当。而安腾的浮点运算能力和事务处理能力以及企业级应用方面更强大。以上表明,安腾更适合于数据库和高端企业级应用,比如,科学分析计算应用。

3 ) 64 位扩展的至强和安腾都包含 chipkill 、 ECC 等技术,安腾还含有片上可靠性技术,例如,包容坏数的功能。并且由于具有 EPIC 架构、更大的缓存和更高的带宽,它的可升级性更强。

2 、工作量分析:

IT 人员在选择处理器时应该权衡选择一下。

1 ) 64 位扩展至强适用于在数据中心的 IA-32 应用、网络服务、工作站和工作组级的应用。它既兼容 IA-32 系统又具有 64 位地址空间。

2 )安腾适用于企业级的数据库和科学计算应用的事务处理工作。由于具备 EPIC 架构、更大的 CACHE 、高带宽和更强的可升级性,安腾可被用于大型 SMP 服务器,来提供比 64 位 XEON 更强的性能。如果做 8 路或更高的 SMP 服务器,使用安腾比使用 64 位 xeon 更有优势。

64 位扩展的至强将会支持 64 位 linux 操作系统,以及在 2004 年晚些时候发布的 64 位 windows 操作系统;安腾已经支持 64 位的 windows 、 linux 、 Unix 操作系统。

64 位处理过程详解:

具有 48 位虚拟地址空间的处理器 , 允许应用程序直接访问 16 exabyte 的内存,而 32 位处理器只能访问 4GB 内存地址。目前一些应用,例如 ERP 、数据仓库等对内存需求已经超出 4GB 范围,在此情况下, 32 位处理器需要 CLOCK CYCLE 或用软件技术来达到访问超过 4GB 内存的目的,这样会影响系统性能。

对一个只需要很少内存的应用程序来说, 64 位地址空间不会提升处理器性能,如果在同一个系统上将 32 位处理器更换为 64 位处理器,性能不会有提升。网络服务和文件打印不需要可扩展地址的内存,同样,当一个 32 位应用程序移植到 64 位处理器上时,内存访问仍然受限在 4GB ,性能没有提升,应用程序需要重新编译。应用程序经过重新编译之后,在 64 位环境下运行,就可以访问更多的内存,但性能不会有真正的提升。

IA 生态系统

使用 64 位扩展的至强或安腾的客户不仅需要处理器 , 而且需要一个大的产品和服务的生态系统来做支撑。然而完善生态系统的过程需要时间,软件供应商开发基于新处理器的应用程序,一般晚于新处理器推出时间约一年。 IDC 相信, 64 位扩展 XEON 的生态系统在 2005 年才能成熟。

因此建议客户在构建大型 SMP 服务器和高可用性系统时,使用安腾,而在构建 Volume 平台和高性能工作站时,能主选 64 位扩展的至强 .

2 .最新内存技术

浪潮服务器的内存子系统具备业界领先的内存数据保护功能,为客户提供完备的内存数据保护功能,有效防止因内存故障而导致的系统宕机。

•  内存热备 —Sparing

做热备份的内存在正常情况下是不使用的,也就是说系统是看不到这部分内存容量的,芯片组中有内存校验错误次数的阀值,当工作内存的故障次数达到这个设定的预设值,系统自动将故障内存条中的数据传输到热备内存条,故障内存条就不再使用,这样就完成了热备内存接替故障内存工作的任务,有效避免了系统由于内存故障而导致数据丢失或系统宕机。这个做热备的内存容量应大于等于所在通道的最大内存条的容量,以满足内存数据迁移的最大容量需求。

•  内存镜像 —Mirroring

通过设置使得内存的数据有两个拷贝 ---- 主内存和镜像内存。如果主内存由于自身故障导致数据损坏或丢失,系统检测到后,就会中止故障内存的工作,启用镜像内存接替工作,有效避免由于内存故障而导致数据丢失。从下图中可看出,镜像内存和主内存互成对角线分布,如果其中一个通道出现故障不能继续工作,另一个通道仍然具有故障通道的内存数据,有效防止了由于内存通道故障导致的数据丢失,极大提升了服务器可靠性。镜像内存的容量要大于等于主内存容量,当系统工作时,镜像内存不会被系统识别。因此在投资方面,做内存镜像数据保护的投资是没有内存保护功能的一倍。

•  DDR II 内存技术特性

DDR-II 最主要的改进是在采用内存模块速度相同的情况下,可以提供相当于 DDR 内存两倍的带宽。这主要是通过在每个设备上高效率的使用两个 DRAM 核心来实现的,作为对比,在每个设备上 DDR 内存只能够使用一个 DRAM 核心。从技术上讲, DDR-II 内存上仍然只有一个 DRAM 核心,但是它可以并行存取,在每次存取中处理 4 个数据而不是两个数据。和以双倍速运行的数据缓冲相结合, DDR-II 内存实现了在每个时钟周期处理多达 4 bit 的数据,比传统 DDR 内存可以处理的 2 bit 数据高了一倍。

DDR-II 内存的其它一些改变包括电压下降为 1.8v ,因此功率消耗、芯片温度和写入延迟不定性都得到了下降。这也是因为带宽增加而内存延迟时间增加带来的结果。

  尽管 DDR-II 内存采用的 DRAM 核心速度和 DDR 一样,我们仍然要使用新主板才能搭配 DDR-II 内存,因为 DDR-II 规格和 DDR 是不兼容的。首先 DDR-II 的针脚数量为 240 针,而 DDR 内存为 184 针,接口不一样;此外, DDR-II 内存的 VDIMM 电压为 1.8v ,也和 DDR 内存的 2.5 到 2.8v 不同。

  增加的内存延迟对性能有什么影响?如果内存访问方式主要是连续读取,并且在列间作最小交换,例如系统进行视频编码的时候,系统性能会因为内存带宽的增加而有显著的提高。尽管如此,在需要读取的数据分散在内存模块的各个地方,增加的内存延迟将会使系统性能下降。

在 4-bit 预取的架构里面, DDR2 SDRAM 每个时钟能够以 4 倍外部总线的速度读 / 写数据,并且能够以内部控制总线 4 倍的速度运行。那就是 DDR2 的内部时钟要比 DDR1 更慢,不过由于它的预取要比 DDR1 大,因此外部时钟被加倍了。例如,我们使用 DDR2 的 4-bit 预取在今天的 DDR400 上面,那么它将运作在 DDR800 。不过既然这是不可能的,因此 DDR2 400 模组的内部时钟仅能够降低到 100MHz ,而 DDR2-533 则为 133MHz , DDR400 和 DDR2 400 有相似的性能。

从以上分析可以看出,从 DDR400 到 DDR2 400 没有性能的增长,甚至从 DDR-533 到 DDR2-533 也依然如此。 DDR2 技术是使得内存速度能够超越 DDR533 ,甚至更高。

采用了 BGA 内存芯片的 DDR2 内存条,目前几乎所有的 DDR 内存条都是采用 TSOP 封装。 FBGA 和 BGA 一样拥有更好的信号响应,同时体积更小,散热性更佳。 FBGA 封装技术还可以提高连接密度。

3 .最新存储技术

最新的串行 ATA (即 SATA )存储技术,并和并行 ATA (即普通的 IDE )的技术特性比较如下:

 

PATA

SATA

优势

数据传输率

100MB/s~133MB/s

150MB/s( 第一代 )

数据传输带宽更高,读写速度更快

传输方式

并行;

40PIN ( 40 针接口)

串行;

4PIN (数据线 4 针)

线缆体积更小,长度更长,有利于散热。 2 对数据传输线,使用低电压差分的传输方式,使信号不会随着距离的增加而衰减的无法识别,比 PATA 传输距离更远。

热插拔功能

提高硬盘的可用性和可维护性

一个总线上所能连接最大设备数

2 个

1 个

每个设备独占一条总线,不会和并行总线一样因为连接设备过多造成总线拥挤和信号干扰的情况

由上表的分析,我们可以看到, SATA 技术具备如下优势:

数据传输带宽高,读写速度快;利于散热;传输距离更远;有热插拔功能;独占一条总线,避免总线拥挤和信号干扰。

我们在使用电子计算机时,最常见到的就是 IDE 的硬盘,那么 IDE 和 SATA 到底是一种什么关系呢?

IDE 即 Integrated Drive Electronics 集成驱动电路,它的本意是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器,而 ATA ( Advanced Technology Attachment )则是一种特定类型的 IDE 接口。但由于 ATA 是唯一普遍存在的 IDE 接口所以两种叫法经常被互换,也叫作 ATA 接口。

但由于 ATA 硬盘一直都采用并行传输模式,并行传输线路间的信号在高频情况下会互相干扰,这在高速数据传输过程中非常突出,影响了系统的稳定性,可以说 PATA 硬盘发展到今天其数据传输率已经到了极限,难以提高了。但在信息应用日渐深入的今天,对于更高传输率的硬盘的需求可谓日益迫切!同时又要考虑到经济性,于是,就有了这种串行传输的 ATA 硬盘。

顾名思义, Serial ATA( 串行 ATA) 采用的是串行数据传输方式,每一个时钟周期只传输一位数据。由于串行传输方式不会遇到信号串扰问题,所以要提高传输速度只需要提高工作频率即可。

 •  SATA 存储技术在开发之初就注意并具备的一些优势

( 1 )更快的传输速率;

? 由于 SATA 采用串行传输标准,避免了高频传输下信号串扰的问题,使传输频率可以更高。现在 SATA 遵循的是第一代 SATA 标准( SATA-I ),传输速率是 150MB/s ,而 PATA 传输极限是 133MB/s 。从理论值看,第一代 SATA 硬盘相对 PATA 接口传输速度没有多大变化,但从长远看, SATA 会升级到 300MB/s 和 600MB/s 的传输速率,存在着 10 年的发展空间,而 PATA 标准已经走到尽头,不会再有新标准出现。

PATA 总线为主从共享总线,每个通道可支持两个硬盘。在主控制器对任何一个设备进行操作时,总线将被锁定,因此当两个设备都要向主控制器进行通信时将共享总线带宽。
SATA 则是使用点对点连接独占带宽,每个通道连接一个设备,各通道独立工作。由于不同设备连接在不同通道上,因此设备间不存在竞争,不需要共享带宽,也就不需要设置区分主从设备。所以 SATA 硬盘能够最大限度的发挥 150MB/s 的传输速率。

( 2 )更优的 CRC 校验方式

? SATA 技术的 CRC 校验同时包括数据信号、控制信号和状态信号,更好地保证数据完整性。 SATA 接口技术使用 8B/10B 编码。 8B/10B 编码是一种将 8 位数据字节编为 10 位传输字符的方法。使用 8B/10B 编码的串行技术改进了总体传输,完全绕过了并行传输问题。这种高数据完整性方案提供了高速传输所需要的嵌入式定时功能和重要的数据完整性检查措施。

( 3 ) SATA 可实现热插拔

? 我们知道 PATA (即 IDE )技术很难实现热插拔。而 SATA 技术只要结合相应背板技术即可实现热插拔。保证了硬盘的在线更换能力。

( 4 )信号传输更加安全、低能耗

SATA 还使用符合低功耗和冷却要求的低电压差分信号。 SATA 上的信号电压由并行 ATA 上的 5 伏降到了仅仅 0.7 伏。这就使硬盘上可以进行低功率操作,缩小了开关控制器的尺寸。

( 5 ) SATA 接口采用更少的数据传输线缆;

由于 SATA 采用串行传输方式,不需要大量的数据传输线缆,所以他的内部只需要 4 芯或者 7 芯电缆,而目前并行 ATA 采用的是 80 或者 40 芯电缆。这样在实际应用中,使用 Serial ATA 设备的机箱内部会更加整洁。

4 .最新 RAID 技术

RAID 是 Redundant Array of Inexpensive Disk 首字母的缩写,是由美国加州大学伯克利分校的 D.A. Patterson 教授在 1988 年提出的,简单地讲, RAID 技术就是利用多个硬盘的组合提供高效率及冗余的功能。

过去,计算机系统只能向一个硬盘写信息,硬盘价格昂贵并且容易出现故障。这主要是因为硬盘是机械装置而其它的是电子系统,所以硬盘成为计算机系统中最薄弱的一环。由于硬盘驱动器包含大量的高速运转的机械部分。所以主要的问题不在于硬盘是否会出故障,而是何时出故障。采用 RAID 技术就是保护硬盘中的数据不因硬盘的物理损坏而丢失。

RAID 基本原理:

RAID 通过两种方法完成了冗余和容错功能:一种是分段( striping ),另一种是奇偶校验。分段就是每次将文件以块的形式写到多个磁盘上。这种技术将数据分别写到多个驱动器上,提高了数据的传输速率和整个磁盘的交易次数。适用于事务处理系统。

奇偶校验通过对传输的数据执行冗余检验,确保了数据的有效性。如果 RAID 系统中的一个磁盘出错,其它磁盘有能力重建出错磁盘上的数据。而所有的这些对操作系统来说都是透明的。由磁盘阵列控制器( DAC )进行控制。

常见 RAID 级别:

目前业界一致同意 6 种基本 RAID 级别,从 RAID 0 到 RAID 5 。每一种 RAID 级别设计要么用来提高速度,要么是提供数据保护,或兼而有之。

RAID-0 数据分段

RAID-1 镜像磁盘阵列

RAID 1E :条带化的磁盘镜像,支持两块以上硬盘,允许任坏一块,空间的利用率只有一半。

RAID-2 海明编码并行阵列

RAID-3 奇偶校验并行阵列

RAID-4 使用专用奇偶校验盘的独立传输阵列

RAID-5 无单独奇偶校验盘的独立传输阵列

 

•  RAID - 1E 的工作模式

现在我们先介绍最新支持的 RAID-1E 技术;

RAID-1E :(也叫做混合型或者增强型 RAID1 )以镜像的方式将数据以条带方式分布存储于各硬盘上。换句话说,它结合了 RAID-0 和 RAID-1 的优点,提供了 2 组互为条带级镜像的硬盘,这种 RAID 级别现在相当的流行。它采用的延展技术提高了吞吐量,并且能够同时从两组镜像的磁盘中读取数据,这样就大大降低了由于两次写操作所造成的吞吐延迟。

构成一个这样的 RAID-1E 系统需要 3 块甚至更多的磁盘。如下图,数据条带 S1 将放在其中一个磁盘上,第二层条带是前一层数据条带的镜像将分别写在不同的磁盘上。

当用户要调用文件时, RAID 系统将原文件分成条带的 6 个部分 S1 ~ S6 读取并组合起来发送给用户。假设第 3 块磁盘突然损坏,那么第三块磁盘上的数据 S3 、 S2' 、 S6 、 S5' 是否就丢失了呢?如果剩下的两块磁盘仍然完好的话,你会发现,系统仍然能够找到组成完整文件的 6 个必要的数据条带,并组合起来发给用户。数据服务不会停止。
RAID-1E 与 RAID1 的简要比较

级别

构成硬盘数

读磁盘速率

写磁盘速率

磁盘利用率

RAID1

2 个

一样

50 %

RAID-1E

3 个以上

更快

一样

50 %

•  RAID 6 技术

RAID 6 是对 RAID 5 的扩展,它是在四个或多个驱动器组成的磁盘阵列中实现的。 在磁盘阵列的所有驱动器中对数据和两组奇偶校验信息都进行条带化,附加的一组奇偶校验信息能够改善磁盘阵列的容错性能,但降低了磁盘的写性能。两组奇偶校验信息占用与阵列中二个驱动器同等的容量。当阵列中的两个驱动器同时出现故障时, RAID 6 能够有效地保护数据。

RAID6 能够承受二个物理驱动器的故障。当三个硬盘驱动器同时出现故障时,整个磁盘阵列将失效。当驱动器出现故障,并且错误发生在另一个驱动器的单独扇区时, RAID 6 还能够有效地防止数据丢失,这对于驱动器故障和好驱动器出现介质损坏之后的数据重建是十分重要的。

每个 RAID 解决方案的成本效率就是阵列的总成本和它的可用容量之间的均衡。总成本中包括阵列中所有驱动器的成本,而可用容量仅包括那些存储非冗余数据(不是 奇偶校验数据,也不是镜像数据 )的驱动器。评估成本效率的一个方法是比较各个 RAID 级的每千兆字节可用容量的成本。另一个评估成本效率的有用方法是比较存储效率 —— 可用容量除以所有驱动器的总容量。

需要注意的一个重要因素是,任何 RAID 阵列的可用容量受到阵列中最小的硬盘驱动器的容量限制;较大驱动器上的额外容量是没有用的。例如,某个阵列由四个驱动器组成( 40 GB 、 60 GB 、 60 GB 和 60 GB ),那么其可用容量为 4 x 40 GB ,即 160 GB 。为了最大限度地提高存储效率,所有 RAID 阵列中的驱动器都应具有相同的容量。如果不同容量的驱动器连接在同一个控制器上,那么就可以建立多个阵列,使阵列只包含相同容量的驱动器。

RAID 1 和 RAID 1+0 的存储效率是一个常量, RAID 5 和 RAID 6 的存储效率则随着驱动器数量的不同而变化。在 RAID 5 和 RAID 6 配置中, 奇偶校验驱动器的数目是固定的( RAID 5 有一个 奇偶校验驱动器, RAID 6 有二个 奇偶校验驱动器),因此,它们的存储效率随着驱动器数目的增加而提高。

RAID 1 和 1+0 的存储效率最低,只有 50% ;因此,对于大型磁盘阵列,它们是成本效率较低的解决方案。至于 RAID 5 和 RAID 6 之间的存储效率的比较,则需要进行仔细的分析。对于给定数量的驱动器, RAID 5 的存储效率高于 RAID 6 ,不过随着驱动器数量的增加,这种差别越来越小。 RAID 5 阵列的存储效率可以从三个驱动器时的 67% ,提高到 14 个驱动器( HP 公司推荐的最大数量)时的 93% 。 RAID 6 的存储效率则从四个驱动器时的 50% ,提高到最多 56 个驱动器时的 96% 。利用四个外部的存储系统,能够将最多 56 个驱动器物理地连接到四通道控制器上。

总之, RAID 1 和 1+0 的存储效率非常低, RAID 5 和 RAID 6 的存储效率则很高,但具体的效率水平取决于磁盘阵列中驱动器的数量

5 .最新总线技术

•  PCI - E 总线技术

以下是 PCI-X 与 PCI-E 的技术特性对比:

总线技术

PCI-X

PCI-E

数据传输方式

并行传输,一个总线上可以接多个设备;排线信号干扰导致频率提升有限

串行传输点对点连接,差分信号,传输管线更少,节约主板空间,传输距离更远 , 有效降低数据传输延迟,具备高可扩展性

I/O 带宽

最高带宽达 1GB/S; 64bit/133Mhz

X8 单向带宽 2GB/S, 双向 4GB/S ,是 PCI-X 133 的 4 倍,极大的提升了 I/O 处理能力

芯片管脚数目

102 ( PCI-X 133 )

40(PCI-E X8), 信号设计更简单,有效节约主板空间

数据信号

普通数据信号

低电压差分信号传输帮助信号传输距离更远,低噪声,电磁兼容性更好

热插拔

需要增加额外硬件,驱动, BIOS ,操作系统等的支持,费用高,增加 IT 服务的负担;

芯片组集成热插拔控制模块 , 无需额外驱动支持,降低 TCO

与传统 PCI 以及更早期的计算机总线的共享并行架构相比, PCI Express 采用设备间的点对点串行连接 (serial interface) ,即允许每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,同时利用串行的连接特点能轻松将数据传输速度提到一个很高的频率 ( 也就能轻松提供目前 PCI 总线所不能望顶的高带宽 ) 。单个基本的 PCI Express 连接是一种单双单工连接 (4 线, 2 线用于发送, 2 线用于接收 ) 。

与 Serial ATA 类似,串行连接能大大减少电缆间的信号干扰和电磁干扰,由于传输管线有所减少,所以传输电缆排线也就相应减少,更能节省主板设计和机箱内部空间,连接更远的距离 ( 单位时间内传输的数据流比并行总线中独立时钟信号的数据流更能传送更远的距离 ) 。当然,一个 PCI Express 连接可以由多个“通道”组成,每个通道包括前面所提的单双工连接 ( 两对线路 ) 。

  在设备和芯片之间的连接就能实现串行的多通道连接,每个通道相互独立。一个 PCI Express 连接可以被配置成 x1 , x2 , x4 , x8 , x12 , x16 和 x32 的数据带宽。 x1 的通道能实现单向 312.5MB/ 秒 (2.5Gbit/s * 1 / 8 位 ) 的传输速率,同理 x32 通道连接就能提供 10GB/ 秒的速率。分层协议的意思就是根据数据的传输类型跟功能不同而分成不同的层面,因此在单独更新 / 升级其中某一层的话并不会对其他层造成影响。

PCI-E 具备更少的芯片引脚、更高带宽、更低的延迟、更少的功耗以及更强的 RAS( 可靠性、可用性、可服务性 ), 以下是 PCI-E 的特性详解:

( 1 )高性能:

更快的处理器需要更高的网络带宽,下表是 PCI/PCI-X 的特性指标:

总线架构

总线位宽

总线频率

带宽

芯片引脚数

PCI

32 位

33MHz

133MB/s

49

PCI/PCI-X

64 位

66MHz

533MB/s

102

PCI-X

64 位

100MHz

800MB/s

102

PCI-X

64 位

133MHz

1GB/s

102

PCI-X 具备向后兼容性,然而 PCI-X 仍然是一个共享的、多点的并行总线架构。

下表是 PCI-E 的规格参数:

总线架构

总线位宽

总线频率

带宽 ( 双向 )

芯片引脚数

PCI-E X1

1 位

2.5GHz

500MB/s

8

PCI-E X4

4 位

2.5GHz

2GB/s

20

PCI-E X8

8 位

2.5GHz

4GB/s

40

PCI-E X16

16 位

2.5GHz

8GB/s

80

相对于 PCI-X , PCI-E 的数据带宽有了成倍增长。

( 2 )降低延迟:

一个计算机平台上总是有瓶颈的,它一般都在 PCI 总线上,在传统的 PCI 架构中,数据通过基于 PCI 总线的千兆网络控制器后,必须经过多个总线才能到达用户。如下图:

结果是数据流瓶颈导致处理器资源闲置,降低了整个系统性能。

当 PCI-X 总线上挂有多个千兆网卡时,也会出现性能瓶颈。由于 PCI-X 位多点总线架构,多点设备增加了总线仲裁造成的延迟,降低了整体性能。在 PCI 的规范中,设备间需要总裁以决定谁取得总线资源。一旦千兆网络控制器控制了系统总线,它可以完成几个数据循环后再释放权力给其他设备。而且 PCI 规范中允许降频,整个总线速度会被所挂接的速度最慢的设备拉下来。

PCI-E 架构不存在这个瓶颈,因为它提供了千兆网卡到芯片组北桥的直接连接,而且没有并行 PCI 总线的仲裁机制,因此不会降低整体系统性能。执行一个数据处理的传输过程, PCI-X 耗费 5HOPS , PCI-E 耗费 3 个 HOPS ,降低了“ HOPS ”数量。也就是说, PCI-E 比 PCI-X 降低了 40% 的数据传输延迟。如果 PCI-X 总线上挂接更多设备,数据传输延迟的降低比例会更大。

( 3 )高可扩展性:

PCI-E 的带宽可以灵活选择且有高可扩展性。如果要得到更高带宽,就增加传输管线数目。 PCI Express 的接口根据总线位宽不同而有所差异,较短的 PCI Express 卡可以插入较长的的 PCI Express 插槽中使用 ( 也就是说低位宽的能插入高位宽的插槽使用 ) 。具有很好的向后兼容性。

( 4 )节约主板空间:

PCI 设计需要大量的信号线和 PCI 芯片管脚,如此多的信号线和管脚导致了信号噪声问题,而且增大了线缆、连接器、芯片封装尺寸等,提高了成本。 PCI-E 的主板设计比 PCI-X 节约了 53% 的主板空间。

 

( 5 )原生热插拔:

PCI 热插拔需要以下额外支持:热插拔控制器、 ACPI BIOS 的支持、控制器驱动、操作系统支持。这些功能的支持需要平台供应商提供。 PCI-E 集成 热插拔控制模块,无需额外增加部件和驱动。

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