微機總線

計算機總線是計算機各模塊間傳遞信息的通道，總線技術在整個計算機系統中佔有十分重要的位置，它在微機中的地位相當於現代化城市中的交通及通訊網絡。總線的性能直接影響着計算機的整體性能。任何系統的設計和外圍模塊的開發，都必須服從一定的總線規範。

所謂總線技術就是CPU與外設的通訊標準，是一種很具體的通訊協議，包括很複雜的技術指標和參數，只要在設計和生產製造中遵守這些協議，就能很好地兼容各種外設，充分發揮計算機系統的性能。描述總線技術的性能指標主要有:

總線連接着計算機系統內的各種部件，高性能的總線還需要好的管理者，才會更好地發揮作用，總線管理系統就擔當這一任務。總線管理系統的任務是將處理器從繁重的總線管理事務中解脱出來，將那些無需處理器參與的工作承攬下來，進一步提高處理器的工作效率。另外總線管理系統還需要完成DMA等管理，實現處理器與I/O部件的並行操作 ^[1]  。

1981年，IBM公司推出了IBMPC/XT機，這就是最早的PC機，它使用Inter公司的8088處理器，總線結構為8位，具有8位數據線和20位地址線，簡稱為XT總線。當時，其先進性得到了同行們的認可，隨後兼容這一標準的機型大量推出，很快壟斷了微機市場。由於當時CPU的速度與總線傳輸速度基本相同，所以，並沒有體現出總線技術的重要性。不久IBM又推出了IBMPC/AT機，也就是80286，數據線由8位增至16位，地址線由20位增至24位，原來的XT總線標準無法使用。這樣，IBM公司對XT總線標準進行了擴充，並將擴充的標準定為“工業標準結構”——— ISA(Industrial Standcrd Architecture)。在ISA總線技術中，定義數據線寬度為16位，工作頻率為8MHz，傳輸數率最高為8MB/S。同時ISA總線兼容了以前的XT總線，所以，XT總線也被稱為8位ISA總線。1987年，Intel公司推出了80386處理器，CPU的系統結構發生變化，內部數據總線和地址總線分別由原來的16位和24位增加到32位。CPU的數據處理能力提高了，但是，由於ISA總線的限制，386只能工作在ISA總線方式下。這時，高速的處理器與低性能的總線之間的矛盾日益突出，嚴重影響了處理器性能的發揮 ^[1]  。

為了打破ISA總線的傳輸瓶頸，IBM公司在推出386微機的同時，制訂了一個與ISA標準完全不兼容的系統總線標準———微通道結構MCA(MicroChannel Architecture)。該標準定義了32位數據總線寬度，工作頻率為10MHz，傳輸數率為40MB/s。雖然MCA總線能充分發揮386微機的性能，但MCA總線標準的微機與ISA部線標準的微機在軟件和硬件上完全不兼容，與其配套的是OS/2等操作系統。廣大微機用户不僅面臨着淘汰已有的硬件和使用了多年的軟件等問題，還要重新學習新的操作系統。所以，該總線標準的微機很難得到推廣。另外，IBM公司放棄了總線標準的開放性，並沒有將MCA總線標準佈於眾，以求達到壟斷市場的目的，因而失去了其他計算機廠商的支持，陷入了軟硬件匱乏的境地。

隨着486處理器的推出，一方面為了解決ISA總線數據傳輸瓶頸問題，另一方面為了打破IBM公司對MCA總線技術的封鎖，以Compaq公司為首的世界上九家大計算機廠商聯合推出了新的總線標準———擴展工業標準結構EISA(Exetended ISA)。EISA總線標準不僅具有MCA總線標準的全部功能，而且與ISA總線標準完全兼容。同時EISA總線標準對外公開，所以得到了各計算機廠商的支持。很快各類兼容板卡紛紛上市，當時推出的80386和80486微機都紛紛採用EISA總線標準。

EISA總線標準定義數據總線為32位寬度，8.3HMz的時鐘頻率，總線傳輸數率為33MB/s。EISA總線標準雖然解決了數據傳輸的瓶頸問題，但對486處理器來講，並沒有充分發揮其優勢，因為總線頻率較低，不能與處理器同步工作。另外EISA總線技術複雜、成本較高。微軟公司推出風靡全球的Win-dows3.1之後，湧現出各種各樣需大量處理信息的圖形圖像、多媒體軟件，新的總線瓶頸問題再次出現。在這種情況下，EISA總線很快被更先進的總線標準所取代。

1991年，由美國視頻電子標準協會VESA(VideoElecteonics Atandard Association)聯合60餘家公司，推出了一個全開放通用的局部總線標準VLBUS總線，通常也叫VESA總線。VESA總線寬度為32位、總線工作頻率為33HMz，最高可達66MHz，最大數據傳輸速率為132MB/s。由於VESA總線是由傳統總線直接演化而來，故設計簡單，比較容易實現，只需在ISA和EISA總線基礎上增加很少的器件就可以實現，基本上做到了性能優良，價格便宜。因此，很快就成為486微機的流行標準。

VESA總線的缺點是局部總線負載能力不能超過3個。另外，由於VESA直接與CPU連接，受CPU的影響較大，並不是所有CPU都能穩定地工作在這種總線上。還有，VESA總線規範不很嚴格，使得兼容性較差。因此，VESA總線只能是一種過渡性的總線標準。

1992年Intel公司聯合幾大計算機廠商推出了新的總線標準——— PCI總線標準，主要是為了586以及更高檔次的處理器制定的。因為在CPU與總線控制制器之間插入了一箇中介層——— PCI橋路，該橋跑包括一個PCI控制器和一個PCI加速器，使得其他外設不與處理器直接相連。所以，PCI總線是一種局部總線，既實現了高的傳輸速度又保證了良好的兼容性。PCI總線具有以下特點:

由於PCI設計的先進性，以及其設計結構和風格都是針對586及更高級處理器而言的，所以很快得到了眾多廠商的積極響應，從586系統開始基本上是PCI標準一統天下，在隨後推出的PentiumII及PentiumIII系統中PCI總線標準始終處於主導地位。

AGP(AAccelerate Graphic Port，圖形加速端口)是專門為PentiumII系統的圖形控制器設計的系統總線標準。由於PCI總線的頻率規定為33MHz，數據線32位，總線帶寬僅為133MB/s，當系統頻率升為66MHz/100MHz時，

PCI總線的接口頻率只有系統頻率的一半和三分之一。如此低的工作頻率和傳輸帶寬，已經遠遠不能滿足多媒體特別是3D圖形處理的數據傳輸量。如果改進或升級PCI總線，意味着將大幅度增加設計成本，因此只對圖形顯示系統進行了改造，推出了新一代專用顯示接口總線。AGP接口工作頻率最初被確定為66MHz，32位數據線，數據傳輸率為266MB/s，是PCI的二倍，到目前已經推出1倍速率、2倍速率、4倍速率和8倍速率四種工作模式:

圖形控制器通過AGP總線直接與內存連接，3D圖形數據不經過PCI總線直接與內存進行點對點傳輸，使圖形控制器獨自佔有數據通道，解決了PCI總線可以輕易實現高性能的3D圖形繪製功能，使用户體驗到過去高價圖形工作站才能實現的那種全動作視頻效果。

PCI— A總線是下一代PCI總線標準，它是將原來PCI總線的32位數據線擴充為64位，形成64位總線結構，而且，其工作頻率可以在33MHz/66MHz/100MHz/133MHz之間自動調節。目前已經應用於服務器和工作站系統中，並有可能移植到PC機，成為PC機的新一代總線標準。

PCI總線先進的設計思想和不斷增強的性能使其一直延用至今，然而面對微機的高速發展和變化，PCI總線已經漸漸成為高性能微機系統的總線瓶頸。雖然PCI— X總線能使系統數據傳輸速度進一步提高，但是從計算機技術發展的長遠角度來看，開發新一代總線標準已經勢在必行。3GI0(ThirdGenerationI/0 Architecture)即第三代I/0體系，被稱為PCI Express。它是由Inter、IBM、Com-paq、Ddll和Microsoft等大公司聯合指定的新一代總線標準，第一代設計標準其數據傳輸速度可達2.5GB/s，未來的數據傳輸速度有可能達到10GB/s。3GIO技術與PCI總線技術最大的區別是它採用了串行工作方式，高傳輸率是通過極高的工作頻率得以實現的，同時它還具備了兼容PCI總線的特點。雖然目前符合3GI0標準的產品還沒有推出，預計不久就會成為微機總線的新標準。