前言：

經常接觸台式機的同學肯定繞不開PCI-E這個名詞，因為這是台式機裡最重要的接口/通道之一，就算是筆記本，也有很多地方會提到，就好比你加固态硬盤的時候，查閱資料的時候你應該會發現有的M.2接口走的就是PCI-E X4通道，很多的雷電3接口也會提到這個是半速的，還是滿血滿速的，雷電3接口走的也是PCI-E通道。所以這個通道在電腦DIY裡非常重要，如果你想學電腦硬件，這個通道是必須要認識的，但是很多人并不懂這個通道是個什麼東西，到底是幹什麼的，這個文章我們來詳細解讀一下。

正文部分：

【總線的概念】

在電腦裡，不同的設備要想交互數據，就必須要經過一定的通道，就好像現實當中，兩個城市要交換貨物，就必須要修路，這裡的路就和計算機裡的總線概念一樣，總線就是計算機裡，用于走數據的“路”，CPU核心和cache緩存交互數據的時候，使用的就是内部總線，這個總線隻在CPU内交互數據，但是CPU不可能就自己在那空算數吧，他總要和其他設備交互數據，就需要用到外部總線了，CPU會通過外部總線和其他的設備比如硬盤，網卡，聲卡，USB設備溝通，我們這個文章想要介紹的PCI-E就是外部總線的一種。

【PCI-E的前身】

早些年那時候電腦還沒有标準化，各種配件的接口和協議都不統一，聲卡用着聲卡的接口，網卡用着網卡的接口，顯卡用着顯卡的接口，大家都不統一，不同品牌不同廠商的接口又都不一樣，不統一帶來的問題就是不方便拓展，你用着A家的主闆，那你就隻能買A家接口的顯卡聲卡和網卡。所以為了解決這種不統一，業内當時統一了一個規格，這就是最早的ISA接口，下圖中紅色圈中這個黑色的長槽就是ISA了，ISA誕生于距今十分遙遠的1981年，它作為IBM PC/XT電腦的系統總線首次出現，由于PC/XT在相當長一段時間内都曾經是PC領域的統治者，所以這個接口也沿用了很久

不過，ISA的弱點也是顯而易見的，作為最初的數據總線，ISA的傳輸速率很快便成了周邊設備性能提升的瓶頸，它還有CPU占用率高以及占用硬件中斷資源等其他問題，所以漸漸的也就無法再滿足高速發展的外圍設備的需求了，因此業界開始了對ISA總線的放棄以及對替代品的尋找。這位繼任者，便是幾乎陪伴了一代人的PCI，下圖中白色的長槽就是了。（此段位引用）

PCI相對于ISA不僅提高了帶寬速度，還做到了即插即用，所謂即插即用，是指當闆卡插入系統時，系統會自動對闆卡所需資源進行分配，如其地址、中斷号等，并自動尋找相應的驅動程序。而不象舊的ISA闆卡，需要進行複雜的手動配置，大幅簡化的操作使得這個接口迅速普及而且統治了很長一段時間的個人電腦。（此段位引用）

但是随着時間的推移，PCI接口的弊端也逐漸暴露出來，帶寬也逐漸跟不上需求了，所以業内又開始尋找新的接口替代，這就是我們當代見得最多的PCI-E

PCI-E的全名叫PCI Express，簡稱PCI-E，官方簡稱PCIe，它是計算機内部的一種高速總線。

【PCI-E有什麼用】

由于ISA和PCI年代太過久遠了，我們就不多介紹了，大家有興趣的可以去維基百科或者百度百科找找相關資料和信息，我們着重介紹一下PCI-E。

PCI-E既是通道，也是接口，當它以接口形式存在的時候，就是我們主闆上那長長的槽。

目前的聲卡和網卡都是主闆集成了，不需要我們額外再插，所以PCI-E接口目前最大的作用就是插顯卡，除了顯卡還有無線網卡，萬兆有線網卡這些高帶寬設備，除了這些PCI-E接口也可以轉接成很多接口，比如USB3.0，Type-c，雷電3，又或者U.2，M.2。

PCIe所能承受的帶寬一般以版本和長度來區分，目前的PCIe版本是3.0，X1長度所能承受的帶寬大約是986MB/S，我們可以理解為就是1GB/S，X2長度就是2GB/S，X4長度就是4GB/S，那X16長度就是16GB/S

而我們台式機主闆上看到的最長的那個槽，就是X16的槽，所能承載的帶寬就是16GB/S，而在長槽之間我們還能看見很短的槽，那就是PCIe X1，能承受1GB/S的帶寬。

幾乎任何長度的PCIE設備隻需要X1就可以運行，你可以把X16的顯卡插在X1槽中(尾部非閉合)，你也可以把X1的設備插在X16槽中，這都是可以運行的，隻是可能會帶寬不足或者浪費帶寬了

很多人看到這裡就要說了，PCI-E這個接口好像就台式機有啊，和筆記本好像沒有什麼關系吧，為什麼你文章開頭說筆記本也要研究PCI-E呢，上面我們介紹的是PCI-E以接口形式存在，而這裡就要介紹另一個情況，當PCI-E以通道形式存在了

【PCI-E以通道形式存在】

傳統的SATA3接口固态硬盤采用的是AHCI協議，比如金士頓A400，三星860EVO，intel545S使用的都是SATA3接口，這種接口速率上限的理論值是750MB/S，但是實際上就隻有600MB/S左右，所以這種固态硬盤速度大家可以看到都不超過600MB/S，這就是被SATA3這個接口的帶寬限制了。

而為了擺脫限制，我們隻能考慮換接口，PCI-E速率不是很快麼，我們就用PCI-E好了，但是PCI-E體積太大怎麼辦，那麼我們就縮小體積換個樣子，這就是M.2接口，M.2接口你可以理解為他就是PCI-E接口，隻是換了個形狀而已。

所以這個時候，接口就是M.2，PCI-E在這裡的作用就是扮演傳輸數據的通道了，而不是直接以接口存在。除了M.2包括雷電3這樣的接口，都是利用PCI-E通道傳輸速率的，所以這就有了滿血M.2/雷電3，還有殘血M.2/雷電3這個說法了，滿血的就是X4帶寬，殘血的就是X2帶寬。比如小米筆記本PRO 15.6這款筆記本，第一個M.2就是X4的帶寬，而第二個隻有X2的帶寬，所以你給米PRO裝固态，第二個固态是怎麼也不可能跑到2GB/S以上的順序速度的。

那這裡很多朋友就會發現了，我們目前使用的i3 i5 i7的民用平台，都隻有X16條PCI-E，所以要麼是1X16，或者2X8或者1X8 2X4，但是我的主闆上有兩個M.2接口，像技嘉和華擎上面甚至有3個M.2，而大家都知道一張顯卡就需要用掉X16的槽，那這是否意味着我要是插滿這些M.2之後，我的顯卡就會自動降低到X8甚至是X4呢？

所以這裡又要引出一個話題，那就是直連PCI-E和繞道PCI-E和南橋芯片組

【直連PCI-E和繞道PCI-E與南橋芯片組】

電腦裡有很多的設備要和CPU通訊，比如内存，顯卡，鍵盤鼠标，聲卡網卡，如果這些設備全接到CPU上，對于CPU的設計難度，還有台式機的模塊化難度是非常高的，光主闆布線的難度相對于現在都是指數的提升，如果有興趣研究PCB的，大家可以看一下CPU底座到内存那塊，走了多少密密麻麻的線

圖文無關

所以我們不可能讓所有的設備都去找CPU通訊，那我們就給CPU安排一個下手，顯卡和内存由于對于延遲和帶寬要求很高，還是由CPU來直接通訊，但是鍵盤鼠标，聲卡網卡這些，就讓這個下屬去管，然後這個下屬再給CPU彙報數據。這個用來交互數據的下屬，就是主闆南橋芯片組，芯片組除了提供相應的主闆特性外，最重要的就是作為外部設備的交互中轉站。

芯片組的作用很像我們用的分線器，就是把一個接口分成很多小接口，其實它就是電腦主闆的内部分線器，他将CPU發送給他的總線分給下屬設備。

但是很多人就想到了，目前家用CPU的PCI-E隻有16條，那那些M.2是誰提供的PCI-E通道呢？我裝了下圖是我從intel官網找到的Z390總線結構圖

在左上角我們可以看到，直連CPU的PCI-E隻有16條，要麼是1X16，要麼是2X8，要麼是1X8 2X4，但是在芯片組左邊我們可以看到Up to 24X PCI-E 3.0這個字樣，也就是說，Z390芯片組下是可以挂載最大24條走南橋的PCI-E。

所以這就可以解釋為什麼目前主闆上有2個甚至3個M.2的情況下，你的顯卡依舊是PCI-E X16，就是因為這些PCI-E并不是intel說的那16條直連PCI-E，而是走南橋繞道的PCI-E。

所以這就可以解釋另外一個問題，為什麼M.2，雷電3，還有U.2的帶寬上限目前最高都是PCI-E X4呢？因為CPU和芯片組之間通過DMI3.0總線連接，這個總線速度隻有PCIEX4的水平也就是4GB/S，所以雷電3，M.2，U.2目前都無法突破X4帶寬，就是被這個DMI牙簽總線限制了。

但是木頭龍的例子就非常好，一個能停100輛車的停車場不用把出入口修成100個車道寬，因為他們不太可能一塊進出，所以隻需要留出入兩個車道就可以，挂在在南橋下面的設備不太可能大家一塊輸出數據，所以縱使目前DMI3.0隻能提供X4的帶寬，也足以滿足我們的需求了。

全文完，感謝您的耐心觀看！！！

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