三、I/O子系统

　　I/O子系统负责在服务器内存和外部世界之间搬运数据，传统上，它是通过服务器主板上兼容PCI标准的I/O总线实现的，开发PCI的目的就是让计算机系统的外围设备实现互联，PCI的历史非常悠久，现在最新的进化版叫做PCI-Express。

　　外围组件互联特殊兴趣小组(Peripheral Component Interconnect Special Interest Group ，PCI-SIG)负责开发和增强PCI标准。

　　PCI Express

　　PCI Express(PCIe)是一个计算机扩展接口卡格式，旨在替代PCI，PCI-X和AGP。

　　它消除了整个所有I/O引起的限制，如服务器总线缺少I/O带宽，目前所有的操作系统都支持PCI Express。

　　上一代基于总线拓扑的PCI和PCI-X已经被点到点连接取代，由此产生的拓扑结构是一个单根联合体的树形结构，根联合体负责系统配置，枚举PCIe资源，管理中断和PCIe树的错误。根联合体和它的端点共享一个地址空间，通过内存读写和中断进行通信。

　　PCIe使用点到点链接连接两个组件，链接由N个通道组成，每个通道包含两对电路，一对用于传输，另一对用于接收。

　　南桥(也叫做ICH：I/O Controller Hub)通常会提供多个PCIe通道实现根联合体的功能。

　　每个通道连接到一个PCI Express端点，一个PCI Express Switch，一个PCIe或一个PCIe桥，如下图所示。

图 21 PCI Express根联合体

　　根据通道编号使用不同的连接器，下图显示了四个不同的连接器，及单/双向时的速度。

图 22 PCI Express连接器

　　在PCIe 1.1中，通道运行在2.5Gbps，可同时部署16条通道，如下图所示，可支持的速度从2Gbps(1x)到32Gbps(16x)，由于协议开销，支持10GE接口需要8x。

图 23 PCI Express通道

　　PCIe 2.0(也叫第二代PCIe)带宽提升了一倍，从2Gbit/s提高到4Gbit/s，通道数量也扩大到了32x，PCIe 4x就足以支持10GE了。

　　PCIe 3.0将会再增加一倍带宽，最终的PCIe 3.0规范预计会在2010年年中发布，到2011年就可看到支持PCIe 3.0的产品，PCIe 3.0能有效地支持40GE(下一代以太网标准)。

　　目前所有的PCI Express产品都是单根的(Single Root，SR)，如控制多个端点的单I/O控制器中枢(ICH)。

　　多根(Multi Root，MR)也发展了一段时间，但目前还未见到曙光，由于缺少元件和关注，目前还有诸多问题。

　　SR-IOV(Single Root I/O Virtualization，单根I/O虚拟化)是PCI-SIG开发的另一个相关标准，主要用于连接虚拟机和Hypervisor。