PCI局部总线基础.doc

第1章PCI局部总线传输基础 随着计算机应用领域的发展，使得计算机硬件技术出现了日新月异的变化。优秀的PCI局部总线标准一经发布就倍受计算机业界的青睐，经过几年的发展，己经替代ISA/EISA等总线标准成为目前计算机事实上的总线标准。各种基于PCI总线的板卡大量涌现，极大的增强PC机的功能。因此，只有符合PCI标准的板卡，才能适应未来发展的需要。本章将对PCI局部总线进行简要的介绍。 1.1 PCI局部总线的发展 自IBM PC问世至今,虽然期间经历了包括了MCA、VESA等多种总线在内的多种总线规格,但从整体来看,大致只经过了ISA和PCI总线两个阶段。 ISA总线是8/16bit的系统总线，最大传输速率仅为8MB/S，但由于兼容性好，它在上世纪80年代是最广泛使用的系统总线。不过它的弱点也是显而易见的,譬如传输速率过低、CPU占用率高、占用硬件中断资源等。 后来在PC 98规范中,就开始放弃了ISA总线,而Intel从i810芯片组开始,也不再提供对ISA接口的支持。使用286和386SX以下CPU的电脑似乎和8/16bit ISA总线还能够相处融洽，但当出现了32 bit外部总线的386DX处理器之后,总线的宽度就已经成为了严重的瓶颈,并影响到处理器性能的发挥。 因此，在1988年,康柏、惠普等9个厂商协同把ISA扩展到32 bit,这就是著名的EISA(Extended ISA,扩展ISA)总线。EISA总线的工作频率仍旧仅有8MHz,并且与8/16bit的ISA总线完全兼容,由于是32bit总线的缘故，带宽提高了一倍,达到32MB/S。可惜的是，EISA仍旧由于速度有限,并且成本过高,在还没成为标准总线之前,在20世纪90年代初的时候,就给PCI总线给取代了。 CPU的飞速发展,ISA/EISA逐渐显示出疲态，跟不上时代的发展。当时CPU的速度甚至还高过总线的速度,造成硬盘、显示卡，还有其它的外围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。 为了解决这一问题,1992年Intel公司在发布486处理器的时候,也同时提出了32bit的PCI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132MB/s,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年提出了64bit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32bit/33MHz的PCI总线. PCI总线之所以能发展,其动力之一是图形用户接口界面(Graph User interface,简称GUI)的发展。良好的用户接口界面的实现是以高性能的图形界面操作系统为基础的,这样对总线的性能提出了更高的要求。例如，在多媒体视频图像显示中,若分辨率为64Ox480,30帧/S，显示彩色深度为24位,则多媒体显示卡的数据吞吐量=640x480x30x3=27.648MB/S。 由于外围设备的数据吞吐量与总线传输率之间没有严格的比例关系,一般一条总线可能挂接3~5个高速外设,因而，总线的最大传输应为高速外设的3一5倍。 由此可计算出多媒体视频卡对总线最大传输率的需求为82.944~138.24MB/s,ISA总线的最大传输率为8MB/S，EISA总线为33MB/S，无法满足图形操作系统和高速网络的要求，而PCI局部总线的传输率为132MB/s可满足上述要求。 另一个推动PCI局部总线发展的原因是它可以降低系统成本。用大量面向PCI局部总线的处理芯片来构造系统机、工作站、外围设备及板卡,其性能优越,处理能力、传输速度都很高。反之，若不采用面向PCI的芯片进行设计,实现同样的功能,其成本将升高10%~15%。PCI总线目前己成为世界上应用最广泛的扩展总线。 1.2 PCI局部总线的特点 PCI局部总线在高度集成的外围控制器件、外围插件板和处理器/存储器之间作为互联机构应用,并能完全兼容现有的ISA、EISA、MAC扩展总线。 PCI局部总线的主要特点如下: （1）高速性: PCI的数据总线宽度为32位,可扩充到64位,它以33MHz的时钟频率工作。因此,若采用32位数据总线,数据传送速率可达132MB/S,而采用64位宽度,则最高传输速率可达264MB/S。 （2）独立于处理器: 传统的系统总线(如ISA总线)实际上是中央处理器信号的延伸或再驱动,而PCI总线以一种独特的中间缓冲器方式,独立于处理器,并将中央处理器子系统与外围设备分开一般来说,在中央处理总线上增加更多的设备或部件,会降低系统性能和可靠程度，而有了这种缓冲器的设计方式,用户可随意增添外围设备,而不必担心会导致系统性能的下降。 这种独立于处理器的总线结构还可保证外围设备互连系统的设计不会因处理