传统的PCI总线已沿用了十几年，随着计算机技术的飞速发展，它已远远无法满足目前和未来高性能计算机系统的I／O性能需求。I／O互连技术及体系结构正在发生重大变革，相继涌现了PCI Express、RapidIO、HyperTransport、InfiniBand等一系列新兴高性能I／O互连技术。 PCI Express采用基于报文交换的点对点串行传输技术，以及基于交换的拓扑结构替代传统的共享总线结构，提供高带宽、可扩展的I／O互连，克服了传统的分时共享I／O总线的种种弊端；与此同时，克服了1Gbps以上高速信号并行互连方案的局限性，并以其PCI兼容性和出色的RAS特性得以推广应用，具有良好的应用前景。 本文关注I／O互连技术及体系结构的发展动态，研究成果主要包括以下几个方面： (1) 通过对PCI Express、RapidIO、HyperTransport、InfiniBand等几种主流新兴I／O互连技术的研究，分析了I／O互连技术及体系结构的现状与发展趋势。 (2) 在对PCI Express协议及体系结构进行全面深入研究的基础上，注重研究PCI Express中Root Complex的设计与实现要素，提出了一种作为PCIExpress Root Complex的高性能I／O控制器设计方案。 (3) 完成了符合PCI Express协议的PCI Express高速串行接口方案设计，完成了部分逻辑设计和功能模拟。对PCI Express接口的关键实现技术进行了深入研究，主要包括：虚通道与仲裁、基于信用的流控机制、基于滑动窗口的重传机制、错误检测与处理报告机制、时钟恢复以及通道绑定等关键技术。分别介绍了PCI Express接口物理层、数据链路层和事务处理层的逻辑设计方案和关键实现技术。 (4) 设计了一套用于测试验证高性能I／O控制器及其PCI Express接口的硬件实验平台。