基于PCI Express架構的第三代局域I/O總線

PCI Express架構采取分層式設計。新架構維持與PCI兼容的尋址模式(加載-存儲架構加上一組平面式的尋址空間)，確保目前所有應用程序與驅動程序不須變更即可在新平臺上執行。PCI Express配置運用許多PCI即插即用規格中的標準機制。軟件層負責產生讀取與寫入要求，這些要求的傳輸則由交易層透過基于分組的分離傳輸(split-transaction)傳遞至I/O器件。鏈路層在這些數據包中加入序列號與循環冗余碼檢測(CRC)，建構出一套極為可靠的數據傳輸機制。基本物理層則由內建一個信號傳送對與接收對的dual-simplex信道所組成。初期的速度為每方向每秒2.5千兆次傳輸，提供一個200MBps的通訊信道，帶寬接近典型PCI接口的兩倍。

物理層

基礎PCI Express鏈接包含兩組低電壓之驅動信號對：傳送信號對與接收信號對。內建之數據時脈運用8b/10b編碼機制達到極高的數據傳輸率。初期的時脈頻率為每方向每秒2.5千兆次傳輸，隨著硅組件技術的演進，未來將可提高至每方向每秒10千兆次傳輸(信號在銅導線中的最高理論值)。物理層負責在兩組PCI Express裝置的鏈接層之間傳送封包。

PCI Express鏈接層可透過增加信號對，建構多組管線，以達到帶寬線性擴充的目標。物理層能搭配x1、x2、x4、x8、x12、x16以及x32管線的寬度，并以位數據來切分，如圖5所示。每個位以8b/10b編碼機制在各管線之間傳送。對于其它功能層而言，數據的譯碼與重新編碼都是透明化的模式。

在啟始階段，每個PCI Express鏈接設定都會由每個鏈接端點的兩個代理元件相互協商管線的寬度與頻率。此過程中固件或操作系統軟件都沒有參與。

PCI Express架構透過速度升級以及各種先進的編碼技術，達到未來性能提升的目標。未來的速度、編碼技術或媒介都僅能影響物理層。

鏈路層

鏈路層主要的角色是確保PCI Express鏈接穩定地傳送數據包。鏈路層負責維持數據的完整性，并在交易層數據包中加入序列號與CRC。

大多數數據包都在交易層中構建。授權型(credit-based)流程控制協議確保數據包僅會在另一端有空出的緩沖區能儲存接收數據包時才會送出。這種模式能預防數據包重傳的狀況，避免因資源限制而浪費總線帶寬。當數據包損毀時，鏈路層會自動重新傳送封包。

交易層

交易層可讀寫來自軟件層的請求，然后創建所請求的數據包傳送至鏈接層。所有要求都采用個別傳輸的模式，有時會需要響應封包。交易層也會收到發自鏈路層的響應數據包，并與原始的軟件請求進行比對。每個數據包有一個獨一無二的識別符，讓響應數據包能被轉送至正確的發送端。數據包格式支持32位內存尋址以及延伸型6?位內存尋址模式。封包亦具有“no-snoop”、“relaxed-ordering”以及“priority”等屬性，系統能根據這些屬性在I/O子系統中為數據包找出最佳的傳輸線路。

交易層支持四種尋址空間：其中包括三種PCI尋址空間(內存、I/O以及配置)，并增加一種消息空間。PCI 2.2推出一種稱為消息信號中斷(MSI)的系統中斷傳遞方法。系統運用一套特殊格式的內存寫入處理模式，而不是利用硬線邊帶信號。這是PCI 2.2系統的一項可選型功能。PCI Express規格重復運用MSI的概念作為中斷處理的主要方法，并運用Message Space支持所有邊帶信號，例如像中斷、電源管理要求以及重新激活等，其模式與帶內Messages相同。PCI 2.2規格中的其它“special cycles”，像Interrupt Acknowledge，亦視為帶內Messages。可以將PCI Express Messages看作是“虛擬線路”，因為它的效果就是消除各種的目前用于平臺實現中的邊帶信號。

軟件層

軟件兼容性是第三代局域I/O總線最重要的特性。軟件兼容有兩個層面：初始化/列舉以及運行階段(run-time)。PCI具有一套魯棒性強的初始化模塊，讓操作系統能搜尋所有外插硬件設備，并分配適量的系統資源例如內存、I/O空間以及中斷等給這些設備，建立一個最佳化的系統環境。PCI配置空間以及I/O器件的可編程性是關鍵性的觀念，仍被PCI Express架構所延用。事實上，所有操作系統不須任何修改就可直接導入PCI Express-based平臺。

PCI支持的運行階段軟件模塊是一套加載-儲存式的共享內存模塊，PCI Express架構仍繼續延用這種技術，讓所有現有軟件不須修改就能繼續在PCI Express平臺上執行，且新軟件可使用各種PCI Express的新功能。