什么是PCI局部总线?

Author: 浙江范子杭 Date: 1996-07-19

        若把CPU比作“大脑”，则总线可称为“中枢神经”。它协助CPU控制整个计算机系统工作。局部总线是PC体系结构的重大发展，它打破了数据I/O(输入/输出)的瓶颈，可以避免使用较慢的ISA数据通道，为高速外设提供了更宽、更快的“高速公路”。进入90年代，随着图形处理技术和多媒体技术的广泛应用，以WINDOWS为代表的新一代操作系统风靡全球，进而对总线提出了更高的性能要求，总线技术迅猛发展。1991年下半年，INTEL公司首先提出了PCI的概念，并联合IBM、COMPAQ、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集团，其英文全称为：Peripheral Component Interconnect Special Interest Group(外围部件联合专门权益组织)。简称PCISIG。PCI是一种先进的局部总线，它已成为局部总线的标准。
        二、PCI局部总线的特点
        1.高性能
        PCI总线宽度为32位，并可升级为64位，总线频率33MHz，因而总线最大传输率为32*33/8=132MB/S，升级后可达264MB/S。那么，PCI局部总线提供的宽通道，能否满足多媒体和高速网络的要求呢?请看下例：
        在多媒体视频图像显示中，设分辨率为640*480，每秒30帧，显示彩色深度24位。
        则多媒体显示卡的数据吞吐量=640*480*30*24/8=27.648MB/S
        外围设备数据吞吐量与总线传输率之间的比例关系没有严格规定。一般，一条总线可以挂接3～5个高速外设，因而总线的最大传输率应为高速外设的3～5倍，即：
        总线最大传输率=(3～5)*高速外设吞吐量
        由此可计算出多媒体显示卡对总线最大传输率的需求为：
        Tran Multimedia=27.648*(3～5)=82.944～138.24MB/S
        在100Mbps FDDI光纤高速网络中，对总线最大传输率的需求为：
        Tran FDDI=100*(3～5)/8=37.5～62.5MB/S
        而PCI总线的传输率为132MB/S(264MB/S)，所以对于图形操作系统和高速网络，PCI总线都可以满足要求。
        重要的是，PCI能支持一种名为线性突发的数据传送模式，可确保总线不断满载数据。这种线性的或顺序的寻址方式，意味着可以由一个地址起读写大量数据，然后每次只须将地址自动加一，便可接收数据流内下一个字节的数据。线性突发传送能更有效地动用总线的频带宽传送数据，减少无谓的寻址操作。
        另外，PCI对总线主控及同步操作的支持有助于改善PCI的性能。总线主控是大多数总线常见的功能，可让任何一个具有处理功能的外围设备暂时接管总线，以加速执行高吞吐量、高优先次序的任务。PCI独特的同步操作功能可确保CPU能与这些总线同步操作，毋须等待后者完成任务。例如，同步操作功能可在CPU执行试算表应用软件的浮点运算的同一时间，以太网网卡与局部网络之间的操作仍继续进行。
        2.低成本
        PCI芯片将大量系统功能如内存及高速缓冲存储器、控制器等高度集成，节省联接逻辑电路，即只耗用较小的线路板空间，成本也会降低。
        PCI部件是让地址总线和数据总线共用管脚，即采用了多路复用体系，使之减少了管脚数量，ISA总线的地址总线和数据总线是物理上分开的两条总线，地址总线传输地址码，数据总线传输数据命令。而PCI总线采用多路复用技术，即地址总线和数据总线共用一条物理线路，在某一时刻，该线路上传输的是地址信号；而另一时刻，传输的是数据信号或总线命令。这样，提高了总线性能，优化了设计。同时，扩展卡制造商为各种速度或结构的CPU设计扩展卡时，PCI也能降低有关成本。
        3.使用方便
        PCI总线与CPU及时钟频率无关，不依赖任何CPU，支持各种CPU及将来待开发的更高性能CPU，支持并发工作，可适用于多种平台。PCI独立于CPU的结构，形成一种独特的中间缓冲器的设计，将CPU子系统与外围设备分开。一般而言，在CPU总线上增添更多的设备或部件，只会降低性能及降低可靠程度。而通过缓冲器的设计，用户可以随意增添多种外围设备、扩展电脑系统而毋须担心在不同时钟频率下会引起性能上的分歧。
        PCI总线能够自动配置参数，支持PCI总线扩展板和部件。安装扩展卡时，毋须用人调整跨接线、DIP开关或系统中断。PCI部件内置有配置暂存器，系统启动时会利用常驻软件设定配置，自动界定与CPU沟通的地址及中断设定值。每当添置新的外围设备卡时，配置软件会选用空置的中断，以确保各扩展卡的中断不会相互冲突。
        PCI明确而严格的规范，保证了其具有良好的兼容性。凡符合PCI规范的扩展卡，插入任何PCI系统均能可靠地工作。
        4.PCI局部总线与VL-BUS局部总线的比较
        由VESA(视频电子标准协会)于1992年5月推出的VESA Local-BUS(简称VL-BUS)局部总线也是32位高速总线。标准传输率132MB/S，其优点是协议简单，传输率高，能够支持多种硬器件。但VL-BUS的规范性、兼容性和扩展性均较差。VL-BUS局部总线是CPU总线的直接扩充，其规范只发挥了i486CPU的功能，对于Pentium(即586)并没有充分支持；而PCI接口则能充分发挥Pentium的优点。VL-BUS是非多路复用体系(PCI为多路复用体系)，信号庞杂。另外，VL-BUS主要规定了信号线的定义，但对时间关系、负载情况等并没有精确的规定，实现时，差别较大。该总线最多支持2～3个扩展槽，而且有时还随所用的CPU和其工作频率而变，如果三个设备同时工作，并且争用CPU，系统可能会慢下来。而PCI总线具有良好的扩展性，通过PCI-PCI桥接，可允许无限地扩展。
        总之，VL-BUS局部总线只是i486微机上的一个经济实用的高性能总线，而PCI严格的时序和灵活的自动配置能力使之成为通用的I/O部件标准，将跨越几代平台，是一种具有广泛应用前景的总线。