一、前言
在之前的内容中，我们已经基本了解了PCI总线的设计思路和传输机制，之前的内容我们都是基于33MHZ版本的PCI总线进行学习的，为了支持更到的带宽，PCI协议还有一种66MHZ的版本。
二、高带宽PCI（66MHZ）
为了支持更高的带宽，PCI规范进行了更新，支持了更宽（64位）和更快（66 MHz）的版本，从而实现了533 MB/s的传输速率。图1-14展示了一个66 MHz、64位PCI系统的示例。
在更新的PCI版本中，64位宽度使得数据传输量在每个时钟周期内增加了一倍，而66 MHz的时钟频率也进一步提升了数据传输速率。这些改进使得PCI总线能够更好地支持高带宽需求的设备，如高性能网络接口卡、显卡和存储控制器。
具体来说，在这种系统中，每个时钟周期能够传输64位（8字节）的数据，并且每秒钟的时钟频率为66百万次，因此最大带宽计算如下：带宽 = 64位（8字节） × 66 MHz = 528 MB/s（理想状态下），近似为533 MB/s。这种带宽的提升对当时的硬件系统来说是重要的进步，能够更好地应对不断增长的外设带宽需求。
三、66MHZ PCI的限制
尽管66 MHz的PCI总线相较于33 MHz的总线将吞吐量翻了一倍，但这一设计有一个显著的缺陷：依然使用相同的反射波切换模型，但可用的时间预算只有原来的一半。这意味着总线的负载必须大幅减少。结果是每条总线只能支持一个扩展卡。如果想增加更多设备，就必须增加更多的PCI桥接器和总线，这不仅增加了成本，还增加了电路板的空间需求。此外，64位PCI总线增加了引脚数量，导致系统成本上升，同时降低了系统的可靠性。这些因素共同作用，导致64位或66 MHz版本的PCI总线在市场上的普及受限。
简而言之，虽然66 MHz、64位PCI提高了数据传输速率，但由于负载限制、系统复杂性和成本的增加，它在实际应用中并没有得到广泛推广。这也是为什么多数系统选择继续使用较低频率和32位PCI总线的原因。
在66 MHz以上的时钟频率下，传统的并行PCI总线难以有效工作。这是由于总线上存在的负载以及信号的传输延迟导致的。在66 MHz时，时钟周期为15纳秒，其中3纳秒分配给接收端用于建立时间（setup time）。对于PCI总线的"non-registered信号模型来说，减少接收端的信号建立时间到低于3纳秒是不现实的。其余12纳秒的时间预算则用于发射端的输出延迟和信号传输时间。
要想提高PCI总线的频率，意味着必须缩短时钟周期。然而，如果时钟频率超过66 MHz，传输的信号在接收端将无法及时接收并采样，从而导致数据错误。
为了解决这一问题，PCI-X总线引入了一种改进的方式，即在使用输入信号之前，将所有输入信号先通过触发器（Flip-Flop）进行寄存处理。通过这种方法，信号的建立时间减少到1纳秒以下。建立时间的减少允许PCI-X总线以更高的频率运行，例如100 MHz甚至133 MHz。
四、PCI总线小结
PCI（Peripheral Component Interconnect）是上世纪90年代广泛应用的并行总线标准，旨在为计算机系统中的外设设备提供高效的通信和数据传输接口。它支持显卡、声卡、网卡等多种设备，并通过即插即用（Plug and Play）功能简化设备的安装和配置，使操作系统能够自动识别并分配资源。PCI还允许每个设备包含多个独立的功能模块（function），增强了灵活性。
PCI总线采用并行总线架构，多个设备共享同一总线进行通信，通过仲裁器控制设备的总线访问，确保设备之间的有序通信。它支持三种地址空间：内存地址空间用于设备的内存映射，允许CPU通过标准内存读写操作与设备交互；I/O地址空间专门用于外围设备的输入输出操作，CPU通过IN和OUT指令访问；配置地址空间则用于设备的识别和资源分配，每个PCI设备有256字节的配置空间，访问方式通过特定的I/O端口实现。此外，PCI支持多功能设备，每个设备最多可以有8个功能（function），如网络适配器的有线和无线功能。
PCI具有多个优势：即插即用功能（Plug and Play）使操作系统能够自动识别设备并分配资源，无需用户干预；设备兼容性强，支持显卡、声卡、网卡等多种设备；其中断管理机制通过INTA#等中断信号与系统通信，实现高效的中断处理。
为提高性能，PCI通过增加总线位宽（从32位到64位）和提高时钟频率（从33 MHz到66 MHz）来提升带宽，达到每秒533 MB的传输速度。然而，PCI的并行架构在更高频率下受到电气负载和信号延迟的限制，特别是在66 MHz时，其扩展能力和信号完整性遇到了瓶颈。为了支持更多设备，系统通常需要增加PCI桥接器和更多总线，这不仅提高了成本，还占用了更多板载空间。此外，PCI的并行设计导致带宽共享问题，多个设备同时工作时总线带宽被分摊，影响了整体性能。
为了在不牺牲兼容性的情况下进一步提高带宽和速度，PCI-X被引入作为PCI的增强版本。PCI-X保持了与传统PCI的硬件和软件兼容性，但将频率提升至100 MHz甚至133 MHz，最大带宽达到1.06 GB/s至4.26 GB/s。PCI-X通过使用寄存器输入信号减少了建立时间，解决了PCI在高频率下的时序问题。然而，PCI-X仍然基于并行架构，存在引脚数量增加和扩展性限制等问题，最终未能广泛普及。随着技术的进步，PCI Express（PCIe）成为PCI和PCI-X的继任者。PCIe采用串行点对点连接，彻底解决了并行总线带宽共享问题，提供了更高的传输速率、更灵活的扩展能力以及更低的功耗。尽管如此，PCI和PCI-X在计算机硬件发展史上具有重要的地位，推动了设备互连技术的进步，并为现代系统的架构奠定了基础。
