何谓PCI总线技术

何谓PCI总线技术

自从几十年前首次开发出台式计算机以来，计算机部件的功能和速度就一直在稳定增长。软件制造商开发新的应用软件，以利用处理器的速度和硬盘容量方面的最新优势，同时硬件制造商也迅速改进部件并更新技术，以满足高端软件的需求。

然而有一个元件经常会被人忽视，那就是总线。实质上，总线是计算机中各部件之间的通道或通路。计算机配备高速总线就像汽车需要配备优质的变速器那样重要。如果您将700马力的发动机和一个劣质的变速器配合使用，那么驾驶时就无法达到最大功率。总线有许多不同的类型。在本文中，您将了解其中一些总线。我们将主要介绍外围设备互连（PCI）总线，还将介绍什么是PCI、其工作原理和使用方式，此外还会探讨总线技术的未来。

典型的PCI卡

了解总线

总线的概念很简单，它就是将各部件连接到计算机处理器的一个元件。要连接的部件包括硬盘、内存、音响系统和视频系统等。例如，要查看计算机在做什么，一般是使用阴极射线管（CRT）显示器或液晶（LCD）显示器。您需要专用的硬件驱动屏幕，而一般是通过显卡来驱动。显卡是一小块可以插入总线的印制电路板。通过使用计算机的总线作为通信通路，显卡就可以与处理器进行通信。

总线的优点就是能够更加方便地更换各个部件。如果您想更换一个更好的显卡，您只需从总线上拔掉原来的显卡，然后插上新的就可以了。如果您要在计算机上安装两个显示器，只需在总线上插入两个显卡。

二、三十年前，处理器的速度要非常慢，以便与总线同步，即总线与处理器的速度相同。而且当时计算机上只有一条总线。现在，处理器的运转速度非常快，多数计算机都有两条或更多的总线。每条总线专用于特定类型的流量。

现今，一台典型的台式个人计算机一般有两条主总线：

一条是我们通常所说的系统总线或局部总线，用于连接微处理器（中央处理器）和

系统内存。它是系统中运行最快的总线。

另一条总线的速度较慢，用于与硬盘和声卡等部件进行通信。这种类型的总线最常见的是PCI总线。这些运行较慢的总线通过桥接器连接到系统总线，因为桥接器是计算机芯片组的一部分并能起到流量交换的作用，所以能够将其他总线的数据集成到系统总线。

其实还有其他的总线。例如，通用串行总线（USB），用于把照相机、扫描仪和打印机等设备连接到计算机。它利用细线缆连接到设备，并且多个设备可以同时共用一根总线。FireWire是另一种总线，现在主要用于摄影机和外置硬盘。

上图说明了各条总线如何连接到CPU。

发展简史

早期美国国际商用机器公司（IBM）生产的PC（circa 1982）使用了最早的PC总线，它的位宽是16位，速度为4.77兆赫。后来正式称为工业标准结构（ISA）总线。这种总线传输数据的速度约为9兆字节/秒，速度之快甚至能用在现今的应用软件中。

几年前，许多计算机仍在使用ISA总线。二十世纪八十年代初，为早期的IBM PC开发了专用这种总线的计算机卡。甚至在大量可取代它的先进技术出现后，人们仍在使用ISA总线。 这种总线被人们长期使用有两个主要原因：

它长期与多数硬件制造商保持兼容性。

多媒体兴起之前，只有少数的外围硬件设备完全采用新型总线的速度。

随着技术的进步，ISA总线无法跟上时代的步伐，于是开发了其他的总线。其中主要的是扩展工业标准结构（EISA）线（位宽32位，频率8兆赫）和视频电子标准协会局部总线（VL-Bus）。VL-Bus（由创建该标准的视频电子标准协会（VESA）命名）的位宽是32位，以局部总线的速度运行，一般与处理器的速度相同。实质上，VL-Bus能够直接连接到CPU。人们可以用这种方式连接一个单独的设备，甚至还可以连接两个。但是将两个以上的设备连接到VL-Bus则可能会影响CPU的性能。因此，VL-Bus一般只用于连接显卡，它将真正从高速访问CPU的过程中受益。 PCI的历史

在二十世纪九十年代初，英特尔公司开发了一项新的总线标准，即外围设备互连（PCI）总线。PCI是ISA和VL-Bus 的结合体。连接设备通过它可以直接访问系统内存，但要用桥接器连接到前端总线，才能连接到CPU。本质上，这意味着除了存在对CPU的潜在影响外，CPI可能具有比VL-Bus更高的性能。

前端总线是真正将处理器与计算机中的其他多数部件（包括主存储器（RAM）、硬盘和PCI插槽）连接起来的物理连接。目前，前端总线通常以400兆赫的频率运行，配备最新系统后的运行频率为800兆赫。

PCI卡有47个针脚。

后端总线是一个单独的连接，位于处理器和二级缓存之间。该总线比前端总线的运行速度快，通常与处理器的运行速度相同，因此所有的高速缓存都能高效运行。在近几年中，后端总线不断发展。二十世纪九十年代，后端总线用于连接主处理器和片外缓存。该高速缓存实际上是一个需要高价存储器的独立芯片。此后，二级缓存被集成到主处理器中，使处理器更小巧、更便宜。因为现在的高速缓存都直接位于处理器上，从某种意义上说后端总线实际已不再是总线了。

总线类型 ISA EISA VL-bus VL-bus PCI PCI PCI PCI 总线宽度 16位 32位 32位 32位 32位 64位 64位 64位 总线速度 8 MHz 8 MHz 25 MHz 33 MHz 33 MHz 33 MHz 66 MHz 133 MHz 兆字节/秒 16 Mbps 32 Mbps 100 Mbps 132 Mbps 132 Mbps 264 Mbps 512 Mbps 1 GBps 与VL-Bus相比，PCI可以连接更多的设备，最多可以连接五个外部部件。用于连接外部部件的五个连接器都可以使用主板上的两个固定设备取代。您也可以在同一台计算机上配备一条以上的PCI总线，但是这种情况很少见。PCI桥接器芯片可以单独调节PCI总线的速度，而能够不影响CPU的速度。这样可提供高可靠性，还能确保PCI硬件制造商确切知道应设计什么样的产品。

PCI最初使用32位通路并以33兆赫的频率运行。对标准的修订包括：速度从33兆赫提高到66兆赫，位宽达到原来的两倍，即64位。当前，PCI-X位宽是64位，以133兆赫的速度传输，且具有高达1吉字节/秒（GBps）的惊人传输速率！

PCI卡利用47个针脚进行连接（主卡有49个针脚，它在不影响CPU的情况下就可以控制PCI总线）。由于硬件多路复用技术（该技术意味着设备使用一个针脚就可以发送多个信号），PCI总线使用很少的针脚就能够运行。另外，PCI还支持使用5伏或3.3伏电压的设备。 虽然英特尔在1991年就提出了PCI标准，但直到1995年出现Windows95后，该标准才得到普遍应用。人们突然对PCI感兴趣是因为Windows95支持即插即用（PnP）功能，在下一部分中我们将对此进行介绍。

即插即用（PnP）是指您可以在计算PCI和AGP 机上连接设备或插入一张卡，计算机将自动对其进行识别和配置，以使其多年来，PCI总线为多数用户可能要连接的所有外围设能够在系统上运行。PnP是一个简单备提供了足够的带宽，基本满足了人们的需求。但有一的概念，但它是经过计算机行业的一种设备除外，那就是显卡。二十世纪九十年代中期，显致努力才开发出来的。英特尔创建卡的功能越来越强大，并且3D游戏往往需要更高的性PnP标准并将它融入到PCI的设计中。能。由于PCI总线不能完全处理主处理器和图形处理器但是没过几年的工夫，主流操作系统之间传输的所有信息。因此，英特尔开发了加速图形端Windows 95就提供了对PnP的系统级口（AGP）。AGP是完全专用于显卡的总线。AGP总线支持。PnP的推广促进了计算机配备的带宽不与任何其他部件共用。虽然大多数外围设备仍PCI的需求，很快PCI就取代ISA，选用PCI总线，但AGP已专门用于图形处理任务。然而，成为了计算机的总线。 一项新的总线技术已成功进入市场，这同时也可能意味着AGP时代的结束。有关更多信息，请继续阅读本文的要充分发挥PnP的作用，需要以下三以下内容。 个程序： PnP基本输入输出系统（BIOS）——核心作用是启动PnP并检测PnP设备。BIOS也

能够在现有PnP设备上读取ESCD以获取配置信息。

扩展系统配置数据（ESCD）——包含有关安装PnP设备的信息的文件。

PnP操作系统——任何操作系统（如Windows XP）都支持PnP。操作系统中的PnP处理程序可以完成每个PnP设备中由BIOS启动的配置过程。PnP可自动操作几项主要任务，这些任务一般可以手动操作或通过由硬件制造商提供的安装程序进行操作。它们包括以下设置：

o 中断请求（IRQ）——IRQ也称为硬件中断，可用于计算机的各种部件以引

起CPU的注意。例如，鼠标每次移动就会发送IRQ，以使CPU知道它正在进行某项操作。在出现PCI之前，每个硬件部件都需要单独设置IRQ。而PCI在总线桥接器上控制硬件中断，这使它只使用一个系统IRQ 就可处理多个PCI设备。

o 直接存储器存取（DMA）——这仅表示将设备配置为无需咨询CPU就可以直

接访问系统内存。

o 内存地址——许多设备会分配到系统内存的一部分，而且这部分内存则由此

设备专用。这确保了硬件具有必需的资源以正常操作。

o 输入/输出（I/O）配置——此设置定义那些通过端口来接收和发送信息的设

备。

然而PnP使得在计算机上添加设备更容易，并且更可靠。

PnP BIOS开发人员、PCI设备制造商和微软公司所使用的软件例程的多样化使许多人将PnP说成了“即插即祈祷”（Plug and Pray）。但是，PnP的全面影响已经大大简化了为添加新设备或更换现有设备而升级计算机的过程。

假如，您刚刚在运行Windows XP的计算机上添加了一个基于PCI的新声卡。以下示例将说明它的运行步骤。

1.打开机箱，然后将声卡插入主板上的PCI空插槽。

2.盖上机箱，然后启动计算机。 3.系统BIOS初始化PnP BIOS。

此主板上有四个PCI插槽。

4.PnP BIOS扫描用于硬件的PCI总线。它通过向连接在总线上的每个设备发送信号来

进行扫描，以确定它们是什么设备。

5.声卡通过自我识别进行响应。设备ID将通过总线发给BIOS。

6.PnP BIOS检测ESCD以查看声卡配置数据是否已存在。因为声卡是刚安装的，所以

不存在ESCD记录。

7.PnP BIOS指定声卡的IRQ、DMA、内存地址和I/O设置并将数据存储在ESCD中。 8.Windows XP执行引导操作。它检测ESCD和PCI总线。操作系统检测到声卡是一个

新设备，将显示一个小窗口提示Windows已找到新硬件并正在确认是什么设备。 9.多数情况下，Windows XP将识别设备，查找必需的驱动程序并加载，然后您就可以

准备使用了。如果找不到，则将出现“找到新的硬件向导”对话框。这将指导您安装声卡随带的驱动程序光盘。

10. 驱动程序安装结束后，设备就可以使用了。一些设备在使用之前可能需要重新启

动计算机。在本示例中，声卡可以立即使用。

11. 您要想从插入声卡的外部磁带驱动器上截获音频。那么您还需要安装声卡随带的

录制软件，然后就可以录制了。

12. 音频通过外部音频连接器录制到声卡中，然后声卡将模拟信号转换成数字信号。 13. 声卡上的数字音频数据经过PCI总线被运载到总线控制器。控制器确定PCI设备

上的哪个设备优先向CPU发送数据。同时它也检测数据是直接发送到CPU还是发送到系统内存。

14. 因为声卡处于录制模式，所以总线控制器指定来自声卡的数据为高优先级，并将

声卡的数据通过总线桥接器发送到系统总线。

15. 系统总线将数据保存在系统内存中。完成录制后，您就可以决定是将声卡上的数

据保存到硬盘还是保留在内存中以便进行其他处理。

因为处理器的速度稳定以吉赫级提高，所以许多公司开始狂热地开发下一代总线标准。许多人认为PCI将会像以前的ISA一样，将迅速达到它的性能上限。

所有提出的新标准有一些共同之处。他们都提出废除PCI中使用的总线共享技术，并提出了点对点交换连接。这就是说，当总线上的两个设备（节点）互相通信时，它们之间可以建立直接连接。基本上，当两个节点进行通信时，那么其他设备将无法访问此通路。这种总线通过提供多个直接链路，可以允许多个设备在互不影响彼此速度的情况下进行通信。 超传输是由高级微设备公司（AMD）提出的标准，AMD将其称为PCI的自然发展。它为节点之间的每次会话提供两个点对点链路。链路的位宽可以介于2到32位之间，支持的最大传输速率为6.4吉字节/秒。超传输设计专用于计算机内部部件的互相连接，而不是用于连接外部设备（如可移动硬盘）。桥接器芯片的发展将使PCI设备能够访问超传输总线。

PCI将会被超传输取代吗？

英特尔公司开发的PCI-Express（以前称为3GIO或第三代I/O总线技术）有望成为总线技术的“下一重大事件”。首先，他们开发了用于高端服务器的更高速总线。这些总线被称为PCI-X和PCI-X 2.0，但是它们不适用于家用计算机市场，因为用PCI-X构建主板会非常昂贵。

而PCI-Express则完全不同，它针对的是家用计算机市场，不仅能够彻底改变计算机的性能，还能对家用计算机系统的外形和格式带来质的飞跃。这种新的总线不仅速度更快，而且与PCI相比，能够处理更宽的带宽。PCI-Express是点对点系统，因而它具有更好的性能，甚至可能使主板的生产成本更低。PCI-Express插槽还能兼容早期的PCI卡，这将有助于它更快地流行起来，而无需期望所有人的PCI部件都突然无法使用。

此外，它还具有可伸缩性。基本的PCI-Express插槽采用1x连接，这将为高速互联网连接以及其他外围设备提供足够的带宽。1x意思是有一条运载数据的通路。如果部件需要更宽的带宽，则可以在主板上添加PCI-Express 2x、4x、8x和16x插槽，从而添加更多的通路，并使系统通过连接能够运载更多的数据。实际上，有些主板已经在用PCI-Express 16x插槽代替AGP显卡插槽。PCI-Express 16x视频卡目前正处于优势地位，价格为500多美元。当价格下降、处理新卡的主板广泛使用的时候，AGP就将会渐渐成为历史。

遥远的未来 PCI-Express除加快计算机的运行速度以外，还有很多其他的功能。随着技术的发展，计算机制造商可能设计出一种主板，它将带有可连接到专用电缆的PCI-Express连接器。这样的主板将用于完全模块化的计算机系统，该系统非常类似于家庭立体声系统。您将拥有一个装有主板、处理器和一组PCI-Express连接插孔的小箱子。还可以通过USB 2.0或PCI-Express连接外部硬盘驱动器。小模块则包括声卡和视频卡，并且还可以连接调制解调器。换掉大机箱后，计算机将任由您摆放，它将与您所需要的部件一样大小。

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