PC总线发展历史及技术比较

PC总线发展历史及技术比较

摘要：简要叙述了微机的发展史和几种常用的总线类型，且进行了Compact PCI与传统

工业PC相对比。

关键词：Compact PCI 总线 PCI

总线发展简史：随着微机的发展，内部总线发生着深刻的变化：由最初的一条变为

多条，功能由弱到强，传输速率由低到高，由依赖于处理器到与处理器无关……在现代微机中，内部总线又可分为以下四类：①处理器总线：从处理器引出的总线，即直接与处理器相连的总线，其速度极快。②存储器总线：存储器控制器与存储器相连的总线。在现代微机中，存储器控制器一般位于控制芯片组的主桥(北桥或后来出现的存储器控制器Hub)中。③局部总线：对局部总线的理解需要从它产生的背景说起，而这又涉及到主流微机——PC系列机内部总线的发展史。早期的PC系列机采用的系统总线叫PC总线、PC／AT

总线，后来经过标准化后称为ISA(Industrial Standard Architecture)总线。为了赢得市场，IBM公司公布了ISA总线的全部规范和机器的硬件结构。这确实见效，其机器迅速占领微机市场，但随之而来出现了一大批兼容机厂家。为此IBM公司在推出第一台80386机时创立了一种和ISA总线不兼容的MCA(Micro Channel Architecture)总线。IBM公司吸取以前的教训，未公布其标准，企图垄断市场。

该总线在当时的确是一种高性能总线，其数据线宽度为32位，配有总线仲裁机制，支持16个总线主控器。但由于与ISA总线不兼容，致使采用该总线的机器未能占领市场。与此同时，以Compaq、AST、Epson、HP等9家公司联合，推出了与ISA总线兼容并且具有MCA 全部功能的扩展ISA，即EISA总线，该总线得到了广泛应用。EISA总线的数据线宽度为32位，支持多处理器结构，具有较强的I／O扩展能力和负载能力，最大数据传输率为33 MB ／S。

随着微处理器和系统总线的发展，微机的应用领域也在拓宽，如复杂的图像处理、在线交易处理、运动视频处理、高保真音响、多任务操作系统、局域网络以及多媒体的应用等。这些都需要在处理器和外设之间进行大量及高速的数据传送和处理，而此时EISA等系统总线已无法满足需要，因而成为处理器与外设之间数据传输的瓶颈。为了提高高速图像显示在总线上的传输效率，VESA(Video Electronics Standard Association)与60余家显示接口制造商联合推出了一种全开放的通用的局部总线标准VL-Bus(VESA Local Bus)。

VL-Bus是在处理器与EISA等传统系统总线之间另开辟的一条总线。采用该局部总线显示接口可以与微处理器同步工作。由于VL-Bus具有较高的数据传输效率，因此在80486系统中得到了广泛应用。但VL．Bus存在诸多不足，例如，其数据线和地址线直接与微处理器相连，加重了微处理器的负载，即要求微处理器有推动VL－Bus的功率，微处理器本身也会因此过热；VL-Bus板卡比较长，它的插槽的前部是标准的ISA插槽(以实现和ISA总线兼容)，后部才是vL-Bus特色部分，接口卡长使得插拔不方便，也增加了制造成本。因此在与另一个局部总线即PCI总线的竞争中败北。 PCI(Peripheral Component Interconnect)总线是Intel公司于1991年下半年首先提出的，并与IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司联合成立了PCI Special Interest Group(PCI SIG)，于92年6月推出了PCI总线标准1．0版，93年4月底发布了2．0版，95年6月初发布了2．1版，98年12月又更新为2．2版。PCI总线支持32位／64位数据传输，其数据传输率在32位时为132 MB／s(有时说成133MB ／S)，在64位时为264 MB／s(有时说成266 MB／s)。PCI以它诸多优点，成为现代微机中

的主流总线，当然它还是以局部总线身份出现的。PCI和VL-Bus不同，它不与处理器直接相连，而是独立于处理器。此外，在一个系统中可以有多条PCI总线，和处理器最近的只隔了一个桥电路。介绍到这里，可以这样来描述局部总线：局部总线是在处理器与传统系统总线之间开辟的一条高速数据通道，它不与处理器直接相连，而是独立于处理器。高速I ／O设备通过它与系统相连。④I／O扩展总线：是为了与速度相对较慢的设备相连而设臵的，实际上就是传统的系统总线，如：ISA、EISA、MCA等。在现代微机中也用到系统总线的概念，一般是指多处理器系统中将各个处理器连接起来的总线；在单处理器系统中系统总线的概念并不明确，即可以没有系统总线，但有时将处理器与两个或更多的主桥相连的那根总线称为系统总线，当然称它为处理器总线也可。总线还有一种分类方法，即数据在总线中是同时传送还是逐位传送。数据的各位能同时传送的总线称为并行总线；数据需要逐位依次传送的总线称为串行总线。到目前为止，内部总线几乎都是并行的，而外部总线有并行和串行之分。也有并行与串行相结合的总线，即数据分成几部分，每一部分的各位并行传送，而各个部分依次传送。

Compact PCI与标准PCI比较：

Compact PCI虽然与标准PCI属同一标准，二者还是有很大的不同。Compact PCI相对具有很多优点：

第一，Compact PCI总线具有更好的机械特性。这一点很关键，它增强了PCI系统在电信或其他条件恶劣的工业环境中的可维护性和可靠性。Compact PCI板遵从Eurocard封装标准，从而为PCI环境增加了工业级别的可靠性与可维护性。Eurocard特性包括大量可选的板卡特性（可有4096个组合），如前端面板封挡、减少电磁干扰的EMC保护特性等。Compact PCI电路板采用IEC规格的2mm插针插接连接器，其插槽电路板可从机箱前面插入，I/O板可从机箱前面插入也可以从背面插入。Compact PCI的连接器本身是高低不同的针和槽式连接器。与标准PCI插卡上的那种边缘连接器相比，这些针槽连接器可提供更快的传播速度，减少总线／连接器接口上的反射，降低噪音，可更好地匹配阻抗，并且提高了机械可靠性。这些针槽连接器、封挡机制等综合在一起，为每一块板与系统间的连接提供更好的支持和耐久性，维护、修理和升级等也都得到明显的简化。

第二，采用Eurocard封装的另一个主要优点是系统中均匀的气流。主动式母板系统中不稳定的元件会引起不均匀冷却，由此造成的热堆积是系统瘫痪的一个主要原因。而工业PC所使用的传统桌面机箱，不仅没有缓和不均匀冷却问题，反而使问题更加恶化。它将所有的I／O电缆都安装在机箱后端，使得该方向上的空气很不容易流通。Compact PCI系统避免了这些气流通路上的阻碍，因此每一块板表面都能得到均匀的气流。通常需要在架底安装两个或两个以上的风扇，以保证气流能向上流经所有的板。Compact PCI板是垂直插入板柜的，无论是自然通风冷却还是强制通风冷却都容易实现。

第三，Compact PCI连接器的电源和信号引线支持热插拔规范，这对于容错系统是非常重要的，这也是标准PCI所不能实现的功能。

第四，Compact PCI总线易于扩展，可同时支持多达256个的标准PCI总线设备。它可在每个子系统中支持8个插槽，加上桥接芯片后，Compact PCI可轻易扩展支持到32个插槽。历史的选择尽管Compact PCI总线比PCI总线有这样或那样的优点，但是它毕竟是PCI总线的派生产品，可以说它们是同宗同源，只不过应用场合不同罢了。随着PCI总线的日益衰败，Compact PCI也难逃被淘汰的命运。新的技术呼之欲出，并且功能更加强大。不过，Compact PCI坚固的接口结构、支持热插拔的功能和易于扩展的特性等优点是会被新技术继承下来的，绝不会随着PCI总线的淘汰而被湮灭。