微型计算机总线的历程

【摘 要】简要论述了在微型计算机发展中常用的几种典型的总线结构,重点对第三代总线即PCIExpress进行分析,并在此基础上介绍了微型计算机总线技术的发展方向.

【关 键 词】总线；ISA；PCI；PCIExpress

一、引言

计算机总线是计算机各模块间传递信息的通道.总线的性能直接影响着计算机的整体性能.计算机技术可以说是日新月异,随着微处理器技术的飞速发展,在计算机中占有重要地位的总线技术也没有停止前进的步伐.总线结构越来越复杂,功能越来越强大.了解总线技术的发展动向,对于微型计算机应用、维护和开发微型计算机产品都具有重要意义.

二、总线发展历程

(一)ISA总线、MCA总线、EISA总线及VESA总线

最早的PC总线是IBM公司1981年在PC/XT电脑采用的系统总线,它基于8bit的8088处理器,被称为PC总线或者PC/XT总线.在1984年的时候,IBM推出基于16-bitIntel80286处理器的PC/AT电脑,系统总线也相应地扩展为16bit,并被称呼为PC/AT总线.而为了开发与IBMPC兼容的设备,行业内便逐渐确立了以IBMPC总线规范为基础的ISA总线.

(二)PCI总线,AGP总线

1.PCI（PeripheralComponentInterconnect即部件局部互联总线）

CPU的飞速发展,ISA/EISA逐渐显现出疲态,跟不上时代的步伐.当时CPU的速度甚至还高过总线的速度,造成硬盘、显示卡还有其它的设备只能通过慢速并且狭窄的瓶颈来发送和接受数据,使得整机的性能受到严重的影响.为了解决这个问题,1992年Intel在发布486处理器的时候,也同时提出了32-bit的PCI（周边组件互连）总线.最早提出的PCI总线工作在33MHz频率之下,传输带宽达到了133MB/s（33MHzX32bit/8）,比ISA总线有了极大的改善,基本上满足了当时处理器的发展需要.随着对更高性能的要求,1993年提出此了64-bit的PCI总线,后来又提出把PCI总线的频率提升到66MHz.目前广泛采用的是32-bit、33MHz的PCI总线,其性能特点：（1）支持10台外设；总线时钟频率33.33/66MHz；数据传输率133MB/s；（2）时钟同步方式,与CPU及时钟无关；（3）总线宽度32位；（4）能自动识别外设；特别适合与Intel的CPU协同工作；（5）具有与处理器和存储器子系统完全并行操作的能力.

2.AGP（AcceleratedGraphicsPort即加速图形接口）

Intel于1996年7月正式推出了AGP接口,这是显示卡专用的局部总线,是基于PCI2.1版规范并进行扩充修改而成,工作频率为66MHz,1X模式下数据传输率为266MB/S,是PCI总线的两倍.后来依次又推出了AGP2X,AGP4X,现在则是AGP8X.在8X模式下,工作频率为266MHz,数据传输率达到了2.1GB/S.图形控制器通过AGP总线直接与内存连接,3D图形数据不经过PCI总线直接与内存进行点对点传输,使图形控制器独自占有数据通道,解决了PCI总线可以轻易实现高性能的3D图形绘制功能,使用户体验到过去高价图形工作站才能实现的那种全动作视频效果.

(三)3GIO（PCIExpress总线）

1.从PCI到PCIExpress

3GIO顾名思义就是第三代输入输出总线了,它是由PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织,它是负责维护连接PC各组件的PCI标准的一个行业组织,其中包括来自英特尔、微软、惠普和其他PC巨头）开发,后来由Intel继续,并由Intel于2001年3月发布于Intel开发商论坛,2002年4月,Intel将3GIO1.0版本的技术规范移交给PCI-SIG审核,并且获得了这个组织的正式命名――PCIExpress.

PCIExpress是针对目前的PCI总线局限性而提出的一种新型总线标准,它属于串行总线标准,克服了并行总线标准的极限频率限制,传输速率可以极大地改善.但是要注意的是它不仅将替代PCI总线,而且还将可能替代目前的AGP标准,包括最新的AGP8X.

从本质上看,数据传输模式的转变显然是PCIExpress最引人注目的亮点.就目前的制造工艺来讲,传统的并行总线技术（如PCI、PCI-X）的极限工作频率应该在1GHz上下,而新一代的串行总线技术（PCIExpress）则可以轻松地达到10GHz以上,这样巨大的发展潜力正是业界关注的焦点纷纷转向它的根本原因.此外,PCIExpress在设计上还有其他与生俱来的优势,如更小的半导体（硅）尺寸、更简单的接口针脚与PCB线路设计、更灵活的数据/时钟控制、更低的工作电压、更丰富的电源管理模式、更合理的功耗以及随之而来的低电磁辐射等特性.在传输速度上,1.0版本的PCIExpress将从每个信道单方向2.5Gbps的传输速率起步,可以提供200MB/s的通信能力,而它在物理层上提供的1～32速可选信道带宽特性更使其可以轻松实现近乎“无限”的扩展传输能力.此外,PCIExpress能从应用层面上与传统PCI保持兼容,从而能实现新旧规范之间的平滑过渡.

三、结束语

第3代系统总线PCIExpress的出现确实是一场革命,它以高性能、高扩展性、高可靠性及出色的兼容性,赢得了众多厂商的支持,离普通用户也越来越近了.PCIExpress技术存在领先优势是毫无疑问的,但任何人也不能够说它就是压倒性,并代表未来的唯一技术.不过,PCIExpress成为未来技术标准,却已经如铁一般事实那样摆在我们的眼前.因此PCIExpress目前可以说是获得了整个业界内的支持.

不过就像ISA总线的淘汰一样,PCIExpress总线取代PCI总线也将是一个逐步过渡的过程,毕竟市场上还存在太多的PCI扩展卡.但作为新一代数据总线的标准,PCIExpress总线取代PCI总线已是大势所趋,它能给电脑硬件的发展提供一种高性能的总线平台,充分发挥各硬件子系统的性能,并为这些子系统今后的性能提升开辟更广阔的空间.从这个意义上说,PCIExpress所带来的影响将会远远超过AGP从2×,4×到8×、硬盘从并行ATA到串行ATA、内存从SDRAM到DDR及CPU主频的突飞猛进等“局部”改进.