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王齐 编

图书标签:

• PCIe
• PCI Express
• 计算机体系结构
• 硬件
• 总线
• 接口
• 技术
• 深入理解
• 开发
• 性能

店铺： 木垛图书旗舰店

出版社： 机械工业

ISBN：9787111298229

商品编码：10174289365

开本：16

出版时间：2013-07-01

基本信息

商品名称： PCI Express体系结构导读	出版社： 机械工业	出版时间：2013-07-01
作者：王齐	开本：16开	印刷时间： 2013-07-01
定价： 75	页数：443	印次：3
ISBN号：9787111298229	商品类型：图书	版次：1

编辑推荐语

王齐编*的《PCI Express体系结构导读》将以处理器体系结构为主线介绍PCI Express总线的组成，以便读者进一步理解PCI Express总线协议。本书并不是关于PCI和PCI Express总线的百科全书，因为读者完全可以通过阅读PCI和PCI Express总线规范获得细节信息。本书侧重的是PCI和PCI Express总线中与处理器体系结构相关的内容。 本书共由三篇组成。第1篇（第1～3章）介绍PCI总线的基础知识。第Ⅱ篇（第4～13章）介绍PCI Express总线的相关概念。第Ⅱ篇的内容以第1篇为基础。从系统软件的角度来看，PCI Express总线向前兼容PCI总线，理解PCI Express总线必须建立在深刻理解PCI总线的基础之上。

内容提要

王齐编*的《PCI Express体系结构导读》讲述 了与PCI及PCI Express总线相关的*为基础的内容， 并介绍了一些必要的、与PCI总线相关的处理器体系 结构知识，这也是本书的重点所在。深入理解处理器 体系结构是理解PCI与PCI Express总线的重要基础。
     读者通过对《PCI Express体系结构导读》的学 习，可**PCI与PCI Express总线自身的内容，理解 在一个通用处理器系统中局部总线的设计思路与实现 方法，从而理解其他处理器系统使用的局部总线。本 书适用于希望多了解一些硬件的软件工程师，以及希 望多了解一些软件的硬件工程师，也可供电子工程和 计算机类的研究生自学参考。
    

目录

序
  前言
  第Ⅰ篇 PCI体系结构概述
   第1章 PCI总线的基本知识
   1.1 PCI总线的组成结构
   1.1.1 HOST主桥
   1.1.2 PCI总线
   1.1.3 PCI设备
   1.1.4 HOST处理器
   1.1.5 PCI总线的负载
   1.2 PCI总线的信号定义
   1.2.1 地址和数据信号
   1.2.2 接口控制信号
   1.2.3 仲裁信号
   1.2.4 中断请求等其他信号
   1.3 PCI总线的存储器读写总线事务
   1.3.1 PCI总线事务的时序
   1.3.2 Posted和Non Posted传送方式
   1.3.3 HOST处理器访问PCI设备
   1.3.4 PCI设备读写主存储器
   1.3.5 Delayed传送方式
   1.4 PCI总线的中断机制
   1.4.1 中断信号与中断控制器的连接关系
   1.4.2 中断信号与PCI总线的连接关系
   1.4.3 中断请求的同步
   1.5 PCI X总线简介
   1.5.1 Split总线事务
   1.5.2 总线传送协议
   1.5.3 基于数据块的突发传送
   1.6 小结
   第2章 PCI总线的桥与配置
   2.1 存储器域与PCI总线域
   2.1.1 CPU域、DRAM域与存储器域
   2.1.2 PCI总线域
   2.1.3 处理器域
   2.2 HOST主桥
   2.2.1 PCI设备配置空间的访问机制
   2.2.2 存储器域地址空间到PCI总线域地址空间的转换
   2.2.3 PCI总线域地址空间到存储器域地址空间的转换
   2.2.4 x86处理器的HOST主桥
   2.3 PCI桥与PCI设备的配置空间
   2.3.1 PCI桥
   2.3.2 PCI Agent设备的配置空间
   2.3.3 PCI桥的配置空间
   2.4 PCI总线的配置
   2.4.1 Type 01h和Type 00h配置请求
   2.4.2 PCI总线配置请求的转换原则
   2.4.3 PCI总线树Bus号的初始化
   2.4.4 PCI总线Device号的分配
   2.5 非透明PCI桥
   2.5.1 Intel 21555中的配置寄存器
   2.5.2 通过非透明桥片进行数据传递
   2.6 小结
   第3章 PCI总线的数据交换
  第Ⅱ篇 PCI Express体系结构概述
   第4章 PCIe总线概述
   第5章 Montevina的MCH和ICH
   第6章 PCIe总线的事务层
   第7章 PCIe总线的数据链路层与物理层
   第8章 PCIe总线的链路训练与电源管理
   第9章 流量控制
   第10章 MSI和MSIX中断机制
   第11章 PCI/PCIe总线的序
   第12章 PCIe总线的应用
   第13章 PCIe总线与虚拟化技术
  第Ⅲ篇 Linux与PCI总线
   第14章 Linux PCI的初始化过程
   第15章 Linux PCI的中断处理
  参考文献
  

穿越数字洪流：揭秘高性能计算的基石 在现代数字世界的脉搏中，信息如奔腾的河流，数据处理的速度与效率是衡量一切的标尺。而在这场数字洪流中，有一种无处不在却又鲜为人知的技术，默默支撑着从桌面电脑到服务器集群，再到高性能计算中心的每一次高速数据交换——它就是 PCI Express（PCIe）。本书并非是一部枯燥的技术手册，而是一场深入探索数字世界背后高速通道的精彩旅程。我们将一同揭开PCIe的神秘面纱，理解它如何成为现代计算机体系结构中不可或缺的“数字动脉”，以及它如何驱动着我们今天所熟知的种种尖端技术。 你是否曾好奇，为何你的显卡能够如此流畅地渲染出令人惊叹的游戏画面？为何固态硬盘（SSD）的速度远超传统的机械硬盘？为何服务器能够同时处理海量的数据请求而不显疲态？答案，很大程度上都指向了PCI Express。它不仅是连接CPU与各种外围设备（如显卡、网卡、存储控制器等）的桥梁，更是决定了这些设备之间数据传输速度的“高速公路”。这本书将带你从宏观的计算机体系结构出发，逐步深入到PCIe的微观细节，让你全面理解它的设计理念、工作原理及其在整个数字生态系统中的关键作用。 从基础概念到核心架构：构建坚实的认知基石 我们将从最基础的概念入手，为你梳理清楚PCIe的历史渊源，对比它与前代技术（如PCI、AGP）的显著优势，从而让你深刻认识到PCIe革新之处。你会了解到，PCIe并非简单的接口升级，而是从根本上重塑了设备互联的方式。我们不会止步于表面的速度提升，而是会深入剖析PCIe的包交换（Packet-based）通信机制。这将帮助你理解，为何PCIe能够实现更高的带宽、更低的延迟，并且具备更好的可扩展性。 PCI Express的核心在于其串行通信（Serial Communication）的设计。我们将详细解析这种从并行到串行的转变所带来的深远影响，包括如何克服并行总线固有的限制，如信号干扰、时钟偏移等问题，从而实现更远距离、更高频率的传输。你会了解到PCIe的链路（Link）和事务（Transaction）层是如何协同工作，将应用程序的数据转化为有序的数据包，并通过物理线路高效传输。 深入剖析PCIe的精妙设计：每一层都蕴含智慧 这本书将带领你层层剥茧，细致解读PCI Express的协议栈。我们将重点讲解PCIe的事务层（Transaction Layer），它是PCIe通信的“指挥中心”，负责发起、接收和处理各种事务请求，包括内存读写、配置读写以及消息传递。你会了解不同类型的事务包（如Memory, I/O, Configuration, Message）是如何构建和工作的，以及它们在数据传输中的具体职责。 紧接着，我们将深入数据链路层（Data Link Layer）。这一层是PCIe可靠通信的保障。你将理解数据链路层是如何通过循环冗余校验（CRC）来检测传输错误，如何使用原子操作（Atomic Operations）确保数据的一致性，以及流量控制（Flow Control）机制是如何防止发送方淹没接收方，从而保证数据流的顺畅。 而物理层（Physical Layer）则是PCIe最直接的“硬件实现”。我们将探讨其串行传输的具体实现方式，包括差分信号（Differential Signaling）的使用如何提高抗干扰能力，时钟嵌入（Clock Embedding）技术如何实现数据和时钟的同步，以及编码（Encoding）方案（如8b/10b编码）如何确保信号的完整性和电磁兼容性。你还会了解到PCIe的通道（Lane）概念，以及如何通过链路聚合（Link Aggregation）（如x1, x4, x8, x16）来动态调整带宽，以满足不同设备的性能需求。 PCIe的进化之路：从一代到最新技术 PCI Express并非停滞不前，它一直在不断地进化，以适应日益增长的数据传输需求。本书将详细回顾PCIe的各个代际（Generation）演进，从PCIe 1.0到PCIe 6.0（甚至展望未来）。你将清晰地看到每一代PCIe在带宽、每通道传输速率、功耗效率等方面取得的重大突破。 PCIe 1.x：奠定基础，引入串行、包交换架构。 PCIe 2.x：双倍带宽，显著提升性能。 PCIe 3.x：引入128b/130b编码，进一步提升效率和带宽。 PCIe 4.x：将每通道传输速率翻倍，为SSD、GPU等带来质的飞跃。 PCIe 5.x：再次翻倍，成为数据中心和高性能计算的新宠。 PCIe 6.x：引入PAM4信号（Pulse Amplitude Modulation 4），在保持现有带宽的基础上，大幅提升了频谱效率和功耗表现，并引入了FEC（Forward Error Correction）来确保信号的可靠性。 我们将深入解析这些代际升级背后的关键技术创新，例如PAM4信号的原理及其对硬件设计带来的挑战，FEC在保证数据完整性中的作用，以及这些进步如何驱动着CPU、GPU、FPGA、AI加速器等硬件的发展。 PCIe在实际应用中的深度解析：无处不在的性能引擎 理论的学习最终要回归到实际应用。本书将结合丰富的实际案例，展示PCIe在各个领域扮演的核心角色。 图形处理（GPU）：探讨GPU与CPU之间通过PCIe进行数据交换的机制，以及PCIe带宽如何直接影响游戏帧率、图形渲染效率以及AI训练的性能。 存储系统（SSD）：解析NVMe（Non-Volatile Memory Express）协议如何利用PCIe的低延迟和高带宽特性，释放SSD的真正潜力，以及SATA接口与NVMe接口在性能上的巨大差异。 网络通信（NIC）：理解高速网卡如何利用PCIe与系统进行数据传输，以支持更高带宽的网络连接，例如万兆、百兆甚至更高速度的网络。 数据中心与高性能计算（HPC）：深入探讨PCIe在构建大规模服务器集群、高性能计算节点中的作用，包括CPU与GPU之间的互联（如NVLink与PCIe的结合），以及各种加速器（如AI芯片）的集成。 外设连接：从声卡、网卡到扩展卡，PCIe是如何成为连接各类外设的标准接口。 PCIe的互连之道：深入了解Bridge、Switch与Root Complex 在复杂的PCIe系统中，各种组件协同工作，共同构建起庞大的互联网络。本书将为你揭示PCIe系统的拓扑结构（Topology）。 Root Complex：作为CPU与PCIe世界的“入口”，我们将解析Root Complex的功能，它如何管理PCIe总线，以及它与CPU之间的关系。 PCIe Bridge：理解Bridge是如何连接不同PCIe域，实现不同层级之间的通信，以及它是如何扩展PCIe系统的规模。 PCIe Switch：深入探讨Switch的功能，它如何连接多个下游设备，并为它们提供独立的、高带宽的通道，从而实现更灵活的系统设计。 深入理解PCIe配置空间：设备“身份证”的奥秘 每个PCIe设备都有其独特的“身份证”——配置空间（Configuration Space）。我们将详细介绍配置空间的内容，包括设备ID、厂商ID、状态寄存器、命令寄存器等，以及CPU是如何通过读取和写入配置空间来识别、初始化和控制PCIe设备。理解配置空间是深入理解PCIe设备工作原理的关键一步。 PCIe的未来展望：挑战与机遇并存 随着科技的飞速发展，数据量的爆炸式增长对通信带宽提出了更高的要求。我们将对PCIe的未来发展趋势进行展望，包括更高的带宽需求、更低的功耗、更强的可靠性、以及在新的应用场景（如AI、边缘计算）中的作用。你将了解到PCIe在面对这些挑战时所做的努力，以及它如何继续引领高性能互联技术的方向。 本书的目标读者： 无论你是计算机硬件工程师、系统架构师，还是对计算机底层工作原理充满好奇的爱好者，本书都将为你提供一套系统、深入的学习路径。我们力求用清晰易懂的语言，辅以详实的图解和案例分析，让你告别对“黑盒子”的猜测，真正掌握PCI Express这一现代数字世界的基石技术。 阅读本书，你将能够： 理解PCIe的核心设计理念与工作原理。 掌握PCIe协议栈的各层级功能与数据流。 清晰了解PCIe历代版本的技术演进与性能提升。 识别PCIe在现代计算机体系结构中的关键作用。 深入理解PCIe在图形、存储、网络等领域的实际应用。 掌握PCIe系统拓扑结构、Bridge、Switch的工作方式。 理解PCIe配置空间的奥秘，以及设备是如何被识别和控制的。 对PCIe的未来发展趋势有更深入的认识。 踏上这段探索之旅，你将不仅仅是了解一项技术，更是洞察现代计算性能的驱动力，理解数字世界背后那股澎湃而有序的能量。准备好，让我们一起穿越数字洪流，揭秘高性能计算的基石！

评分☆☆☆☆☆

如果要说这本书的独特之处，那一定在于它对协议的演进和版本差异的敏感度。作者并未将PCIe 4.0或5.0视为一个孤立的技术点来介绍，而是将其置于一个不断迭代的技术背景下进行考察。比如，书中对TLP 前缀（Prefix）在不同代际中的变化做了详细的对比，清晰地标明了哪些是兼容性增强，哪些是为带宽提升带来的必要改动。对于关心互操作性（Interoperability）的工程师来说，这种对历史沿革的梳理非常有价值。此外，书中对Fly-by拓扑和Switching架构的讨论，也体现了作者对现代服务器和数据中心架构的深刻洞察。它不仅仅是讲解了PCIe总线的连接方式，更深入分析了在面对海量并发请求时，交换结构如何通过流量控制协议（Flow Control）来避免死锁和尾堵塞现象。总而言之，这本书是一部将标准规范的严谨性与工程实践的灵活性完美结合的力作，它提供的知识深度，足以让一个有经验的硬件工程师感到充实，同时其清晰的导引，也确保了新人不会感到无所适从。

评分☆☆☆☆☆

深入阅读之后，我发现这本书的深度和广度都超出了我最初对“导读”的预期。它非常细致地涵盖了PCIe规范中那些经常被初学者忽略，但在调试和维护时至关重要的部分。比如，关于错误检测和恢复机制（如CRC校验、NAK/ACK的交互）的章节，其详尽程度令人印象深刻。作者用近乎侦探小说般的笔触，描述了当链路发生瞬时噪声干扰时，系统是如何在上层无感知的情况下，通过底层机制透明地完成数据重传的。这种对鲁棒性的强调，体现了作者对工程实践的深刻理解。此外，书中对电源管理状态（D0、D1、D2、D3hot/cold）的阐述，也别具一格。它不只是列出状态代码，而是深入分析了ASPMI（Active State Power Management Interface）和L0s/L1子状态的进入和退出机制所涉及的时序约束和功耗节约的量化收益。这些内容对于设计低功耗嵌入式系统的人来说，无疑是提供了可以直接落地的技术指导，而不是停留在理论层面。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排颇具匠心，它采用了一种螺旋上升的学习路径。前半部分搭建了坚实的物理和链路层基础后，后半部分则开始攻克配置空间（Configuration Space）和虚拟通道（Virtual Channels）等复杂概念。令我称赞的是，作者在讲解Endpoint/Root Complex的交互逻辑时，没有采用传统的自上而下的描述，而是反其道而行之，从一个设备驱动程序的视角出发，去解释配置空间的读写是如何触发硬件行为的。这种“需求驱动”的讲解方式，极大地增强了读者的代入感。尤其是在介绍SR-IOV（Single Root I/O Virtualization）的部分，作者的论述逻辑清晰无比，他把复杂的资源抽象和上下文切换过程，分解为一系列可独立理解的小模块，使得原本被视为云计算核心难点的虚拟化透传技术，变得平易近人。这本书的行文节奏把握得非常好，它在关键技术点上放慢速度，反复强调核心原理，而在一些辅助性的、偏向标准引用的部分则保持了简洁，确保了整体阅读的流畅性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实抓人眼球，那种金属质感的深蓝和银灰交织在一起，仿佛直接把人拉进了高速数据传输的微观世界。我当初挑选它，主要是看中了“导读”这个词，心想总算能有一本清晰易懂的书来梳理PCIe这个复杂的技术。拿到手后，首先映入眼帘的是它那严谨的排版，大量的图表和示意图穿插在文字叙述中，看得出作者在结构梳理上下了不少功夫。特别是对于那些初次接触PCIe协议栈概念的读者来说，前几章对于物理层（PHY）和链路层（Link Layer）的讲解，可以说是循序渐进，没有那种上来就抛出大量缩写和专业术语的晦涩感。我尤其欣赏作者在解释数据包的封装和解封过程时，使用了非常形象的比喻，这让原本抽象的传输机制变得具体可感。书中对TLP（Transaction Layer Packet）和DLLP（Data Link Layer Packet）的区分和功能剖析，也做得相当到位，让人能清晰地理解数据在不同层级上是如何被包装和处理的。总的来说，这本书的开篇部分，在建立一个稳固的基础认知框架方面，表现得非常出色，为后续深入理解复杂的配置空间和电源管理打下了坚实的基础，让学习过程不至于在开端就陷入迷茫。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格，读起来就像一位经验老道的工程师在向你娓娓道来他多年的实践心得，而不是冰冷的教科书堆砌。它最大的亮点在于，它没有停留在对标准文档的简单复述上，而是巧妙地穿插了大量实际应用场景中的设计权衡。比如，在讨论Lane Reversal和Speed Negotiation这两个关键的链路建立步骤时，作者并没有直接引用标准里的时序图，而是结合了不同芯片组的实际限制，解释了为什么某些场景下需要采取特定的初始化顺序。这种“知其然，更知其所以然”的讲解方式，极大地提升了阅读的价值。我感觉作者对于事务层（Transaction Layer）的理解非常深刻，他对MSI/MSI-X中断机制的讲解，不仅仅局限于寄存器地址的描述，更深入探讨了在多核处理器架构下，如何通过这些机制优化中断延迟和负载均衡。对于关注性能瓶颈的读者来说，书中关于Completion with Un​​ordered/Ordered Return的对比分析，是极其宝贵的资料。作者用一种近乎辩论的方式，阐述了在不同延迟敏感度需求下，应该倾向于哪种返回机制，这在实际的系统集成工作中至关重要。