PCI总线已是强弩之末，2001年Intel的IDF年会上提出了PCI总线的继任者——Third Generation I/O(简称3GIO），之后交由PCI-SIG组织于2002年正式发布标准，定名为PCI Express（简称为PCI-E），这也就是一直延续到现在而长盛不衰的新一代总线标准。

单从名字上来看PCI-E只多了Express（快速）的意思，它确实也是脱胎于PCI架构，但是它也真正实现了青出于蓝而胜于蓝的变化。前任PCI总线是一种高度共享的并行总线，所有连接在PCI总线上的设备要共享那可怜的带宽，AGP专用图形接口其实是被逼而生的，而PCI-E总线则从AGP接口上获益良多，也变身为点对点传输的串行总线，因此在时钟频率、传输带宽上已不可同日而语。

相比PCI总线，PCI-E有如下优势：

1.点对点串行传输，从并行到串行是PCI-E最根本的变化，因此每个设备都与处理器直接通讯并获得最大带宽，多个设备之间不会争抢带宽。

2.工作频率非常高，PCI的工作频率普遍为33-66MHz，AGP最高等效频率也只有533MHz，而PCI-E的基础频率为100MHz，但是通过PLL锁相环电路可以提高到2.5GHz，PCI-E 2.0提高到5GHz，PCI-E 3.0则达到8GHz，极大地提高了数据传输速度。

3.支持全双工传输，PCI总线每周期只能发送一个数据，而PCI-E总线每周期上行、下行都能同时传输数据，仅此一点带宽就可以翻倍。

4.支持数据分通道传输，这个就是我们常见到的x1、x4、x8、x16所代表的含义了，最高有x32通道，带宽翻番上涨。

5.速度快了，质量控制也要跟得上，PCI-E中引入了QoS（服务质量）、Power Management（电源管理）、Data integeriy（数据完整）、热插拔等多种技术，保障了数据传输质量。

6.供电能力更强，第一代PCI-E的插槽供电能力为75W，相比AGP插槽的35W供电能力有了很大提高，至少在2000年左右75W的供电能力可以为多数显卡供电而不需要额外接口，围绕供电问题我们后面的章节也有专门的讨论。

7.PCI-E继承了PCI总线的优点，可以在软件层面与之兼容，无需驱动和操作系统的支持即可使用。不过因为底层变化，PCI插槽与PCI-E插槽无法兼容。

完整的PCI-E结构

一个完整的PCI-E可以分为三个层：物理层（Physical）、Data Link（数据链）和Transaction（转换层），其中物理层是最重要的一部分，PCI-E的时钟频率、通道分割都是在这一层面完成的。

物理层的数据传输原理

PCI-E的每条Link实际上由两个或多个Lane（通道）组成每条通道又同时包含两条单向传输的线路，它们可以看作发射端和接收端，支持同时传递数据，其信号频率为2.5GHz，这还是PCI-E 1.0的标准，2.0和3.0标准中信号频率分别为5GHz和8GHz。为了减少高速传输过程可能出现的错误，PCI-E的信号编码采用了8b/10b方式，虽然会浪费20%的带宽，但是这是高速数据传输过程必不可少的步骤，可以保证数据传输的一致性。

在具体的插槽形式上，PCI-E与PCI的插槽是不同的。与PCI-E的通道数相对应，目前的PCI-E插槽也有x1、x4、x8和x16四种，依次向下兼容，即x16插槽可以使用任何PCI-E设备，x1插槽只能使用x1设备。实际上主板上的x8大都是跟x16是通用的，因此我们见到的大多只有三种PCI-E插槽——x1、x4和x16。

PCI-E插槽的四种形式

正是由于PCI-E在技术上的诸多优势，标准公布之后PCI-E很快就成为主流，带宽急剧增加也使得专用的显卡总线没有了必要，I/O总线和显卡总线又重新统一到了PCI-E总线上，目前我们所能见到的显卡几乎都是PCI-E接口的。

PCI-E总线对整个电脑的影响是巨大的，举个简单的例子，Intel在LGA775时代超频大都是超外频，那时候500MHz的外频是扣肉处理器的门槛。随着北桥逐渐消失，PCI-E控制器也逐渐进入CPU内部，CPU的外频已经开始与PCI-E保持一致。因为PCI-E的基准频率大都是100MHz，而且可调空间有限，这对超频带来了新的挑战。Intel的SNB架构的处理器外频就只有100MHz，而且极难达到110MHz以上，大都卡在108MHz，所以想超频就只能提高倍频。同样地，AMD近期发布的Llano APU也是单芯片平台，其外频也只有100MHz，倍频锁定了也无法调节，这些都对传统的超频方式提出了新的考验。

PCI-E标准问世将近10年，相比前面的两代总线技术它的发展如火如荼，一直到现在都看不到衰败的迹象，势头反而越来越猛，主流的PCI-E 2.0还未寿终，下一代PCI-E 3.0就已经来了，它会带来什么变化呢？