【正文】 第 15章 總線 總線的基本概念 ? 總線 指通過分時共享的方式，將信息以一個或多個源部件傳送到一個或多個目的部件的一組傳輸線 ,是計算機中傳輸數(shù)據(jù)的 公共通道 。 ? 分時 和 共享 是總線的兩個基本特性。 共享 是指多個部件連接在同一條總線上，各個部件之間都可以通過這條總線來進行信息的交換。 分時 是指同一時刻，總線上只能傳輸 一個部件 發(fā)送出來的信息。 總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點 支持模塊化設(shè)計：采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，使系統(tǒng)設(shè)計分解位對多個獨立模塊的設(shè)計?？s短了設(shè)計周期，便于故障檢測和維護，便于系統(tǒng)擴展。 開放性和通用性：每種總線都有固定標準，而且其技術(shù)規(guī)范公開，所以按照總線標準設(shè)計的部件可以直接連接相應(yīng)總線。 靈活性好：系統(tǒng)主板上有多組總線擴展槽，在任何一個插槽中插入符合規(guī)范的適配卡就可連接相應(yīng)設(shè)備。 總線的分類和性能指標 按照布局范圍，總線分為： 內(nèi)部總線 ：處于 CPU內(nèi)部，用于連接 CPU的所有結(jié)構(gòu)單元。如 CPU內(nèi)部，在寄存器之間、 ALU以及控制部件之間傳輸數(shù)據(jù)所用的總線，也稱為片內(nèi)總線。而內(nèi)部總線的對外引線稱為 CPU總線。 局部總線 ：連接主機板上個主要部件的信息通道，可以通過擴展槽連接各種適配器，如顯卡、聲卡和網(wǎng)卡等。 系統(tǒng)總線 ：多處理器系統(tǒng)中連接多個 CPU插件板的信息通道，用于支持多個 CPU的并行處理。 外部總線 ：微型機和外設(shè)之間的通信總線。 寬度： 即數(shù)據(jù)總線寬度，指一次總線操作中通過總線傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，一般有 1 32和 64位。一個系統(tǒng)中，總線的寬度不會超過 CPU的數(shù)據(jù)寬度。 總線頻率： 總線的工作頻率，單位是 MHZ。工作頻率越高，總線工作速度越快，總線帶寬越寬。 傳輸率： 指單位時間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)量，用每秒多少兆字節(jié)（ MB/S）表示?？偩€帶寬 =總線寬度 /8 總線工作頻率 MB/s PCI的特點和系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PCI的概況 PCI是 PCISIG（外圍部件互聯(lián)組合）的簡稱，是由INTEL公司 1991年推出的一種局部總線。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在 CPU和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級總線，具體由一個橋接電路實現(xiàn)對這一層的管理，并協(xié)調(diào)上下間的接口進行數(shù)據(jù)傳送。管理器提供了信號緩沖，使之能支持 10種外設(shè)，并能在高時鐘頻率下保持高性能，它為顯卡、聲卡、網(wǎng)卡、 MODEM等設(shè)備提供了連接接口，用以適應(yīng)高速圖形圖像傳輸和高速網(wǎng)絡(luò)傳輸需求。它的工作頻率為 33MHz/66MHz。 2022年 PCIX ， PCIX并沒有脫離 PC體系，它仍使用 64位并行總線和共享架構(gòu)，但將工作頻率提升到 133MHz，由此獲得高達 。如果四組設(shè)備并行工作，每組設(shè)備可用帶寬為 266MBps；如果只有兩組設(shè)備并行，那么每組設(shè)備就可分得533MBps；而在連接一組設(shè)備的情況下，該設(shè)備便可以獨自使用到全部的 。相對于 64位 PCI總線， PCIX的提升相當明顯，在它的幫助下，服務(wù)器內(nèi)部總線資源緊張的難題得到一定的緩解。 其次， PCIX在總線的傳輸協(xié)議方面有許多重要的改良，例如 PCIX啟用“寄存器到寄存器”的新協(xié)議 ——發(fā)送方發(fā)出的數(shù)據(jù)信號會被預(yù)先送入一個專門的寄存器內(nèi)；寄存器可將信號保持一個時鐘周期，而接收方只要在這個時鐘周期內(nèi)作出響應(yīng)即可。而原來的 PCI總線就沒有這個緩沖過程，如果接收方無暇處理發(fā)送方的信號，那么該信號就會被自動拋棄，容易導(dǎo)致信號遺失。另外，PCIX可以完全兼容之前的 64位 PCI擴展設(shè)備，用戶已有投資可以獲得充分保障。平滑過渡的方式讓 PCIX在服務(wù)器 /工作站領(lǐng)域大獲成功，并很快取代 64位 PCI成為新的標準。 2022年 PCI Express以標準的形式正式推出。PCI Express改良了基礎(chǔ)架構(gòu)，徹底拋離落后的共享結(jié)構(gòu)。在工作原理上， PCI Express與并行體系的 PCI沒有任何相似之處，它采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)，而依靠高頻率來獲得高性能，由于串行傳輸不存在信號干擾，總線頻率提升不受阻礙， PCI Express很順利就達到 。其次， PCI Express采用全雙工運作模式，最基本的 PCI Express擁有 4根傳輸線路，其中兩線用于數(shù)據(jù)發(fā)送，兩線用于數(shù)據(jù)接收，發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)可以同時進行。 相比之下， PCI總線和 PCIX總線在一個時鐘周期內(nèi)只能作單向數(shù)據(jù)傳輸，效率只有 PCI Express的一半；加之 PCI Express使用內(nèi)嵌時鐘技術(shù)，時鐘信息被直接寫入數(shù)據(jù)流中，這比 PCI總線能更有效節(jié)省傳輸通道，提高傳輸效率。第三， PCI Express沒有沿用傳統(tǒng)的共享式結(jié)構(gòu)，它采用點對點工作模式，每個 PCI Express設(shè)備都有自己的專用連接，這樣就無需向整條總線申請帶寬，避免多個設(shè)備爭搶帶寬的糟糕情形發(fā)生，而此種情況在共享架構(gòu)的 PCI系統(tǒng)中司空見慣。 本章中為敘述方便，將 PCI, PCIX和 PCI Express總線統(tǒng)稱為 PCI PCI的特點 ：為多媒體傳輸和高速網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了良好支持。 PCI總線的最高傳輸率可達到高速外設(shè)的 10倍。 ： PCI控制器集成了高速緩沖器，使外設(shè)和 CPU并發(fā)運行。支持數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸模式。 ：制造商在外設(shè)的適配器中增加一個小型存儲器存放按 PCI規(guī)范建立的配置信息， PCI控制器通過讀取這些信息，對系統(tǒng)中多個外設(shè)進行資源分配和調(diào)度，再安裝驅(qū)動程序，實現(xiàn)即插即用功能。 CPU:PCI總線獨立于處理器 ， 它的工作頻率與 CPU時鐘無關(guān) ， 可支持多機系統(tǒng)及未來的處理器 。 ：每條 PCI總線可連接10個設(shè)備 ， 還可通過 PCIPCI橋擴展 PCI總線 ，形成多級 PCI結(jié)構(gòu) 。 ： PCI有良好的兼容性 ， 可支持ISA、 EISA、 MCA、 SCSI、 IDE等多種總線 ， 同時還預(yù)留了發(fā)展空間 。 當前微機系統(tǒng)中，通常采用以 PCI為主的層次化局部總線，包括 CPU總線、 PCI總線、ISA/EISA總線，共同構(gòu)成多層次的局部總線。 PCI的信號 PCI把連接在總線上的設(shè)備分為主設(shè)備和從設(shè)備。 PCI的信號