浅析计算机总线技术

本文以生动的比喻介绍计算机总线技术,从早期的S100到PCI、PCIe的发展,阐述总线的作用、速度和重要性。讨论了总线频率、位宽和速度的关系,并对比了不同总线标准的性能差异。

       什么是计算机总线?我们可以这样打个比方:我们都知道中国的权力中心在北京,假如一个四川省遂宁市蓬溪县大石镇的人发现了一艘外星飞船,那么他如何才能把这一信息传到达北京呢?(我们这里假设只有陆路交通。)

       首先这个人通过乡村道路把消息传到县政府,然后又由县政府通过省道传递到省政府,最后省政府在通过国道传递到北京;经过北京权力中心的商谈作出一个决定,这个决定先传递到省政府再到县政府最后才能到达这个人这里。在这里我为什么要把事情说的这么死板,因为计算机本来就很死板的,它没有自己的思维,人怎么安排它,它就怎么做,它的优势就在于——运算速度很快。在这个例子中“北京”就相当于计算机的“CPU”,而“乡村道路”、“省道”、“国道”就相当于计算机的“总线”,“四川省遂宁市蓬溪县大石镇”就相当于计算机的“U盘”、“硬盘”,“键盘”等。

       在上述例子中我们可以得到如下结论:1.总线是来传数据的,2.不同总线的速度是不一样的,3.总线之间应该有一个接口(这就好比上高速的路口一样),4有新的总线出现(就好比高速公路的出现一样),5.和CPU直接相连的总线速度最快,也许还能得出其他结论我在这里就不讨论了。现在就让我们来了解一下都有哪些计算机总线。

       第一台计算机与1944年在英国诞生(注意:不是1946年诞生在美国的“埃尼阿克”)。在那个年代根本没有总线的概念,全部是直连的形式。你可以想象整个中国的每一个地方都修一条公路到北京是什么样的场景。然而随着计算机周边设备的增加,工程师们意识到问题的严峻性,于是工程师们就提出将所有的设备都连接到一个通道上进行传输数据的想法,这就是总线技术。随后第一个总线技术诞生了——S100总线,该总线由MITS公司的Roberts于1975设计成型。在1987年IBM又提出XT总线技术,随后IBM把该总线标准化形成了ISA总线。虽然IBM制定的ISA总线标准带来了很大的成效,但是IBM把该总线的标准公布于世后,还是带来了一些负面影响。而后IBM为了垄断市场又制定了MCA总线,但以Compaq(康柏)、AST、Epson、HP等9家公司联合,推出了与ISA总线兼容并且具备MCA总线全部功能的扩展ISA,即是EISA总线。EISA总线的速度能达到33MB/s,这个速度连现在的USB总线速度都赶不上。为了提高高速图像显示在总线上的传输速率,VESA与60余家显示接口制造商联合推出了一种全开放的通用局部总线标准VL-Bus总线。在同一时期还有一种总线技术——PCI。该技术是由Intel于1991年下半年首先提出,并与IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司联合提出,1992年6月推出了PCI总线的1.0版本。因为VL-Bus存在诸多不足最终被PCI淘汰。讲了大半天终于讲到了有点熟悉的技术了接下来我要详细介绍以后的总线技术。

      在继续之前我们

1970年美国DEC公司在其PDP11/20小型计算机上采用Unibus总线以来,随着计算机技术的迅速发展,推出了各种标准的、非标准的总线总线技术之所以能够得到迅速发展,是由于采用总线结构在系统设计、生产、使用和维护上有很多优越性。概括起来有以下几点: ·便于采用模块结构设计方法,简化了系统设计; ·标准总线可以得到多个厂商的广泛支持,便于生产与之兼容的硬件板卡和软件; ·模块结构方式便于系统的扩充和升级; ·便于故障诊断和维修,同时也降低了成本。 PC机从其诞生以来就采用了总线结构方式。先进的总线技术对于解决系统瓶颈提高整个微机系统的性能有着十分重要的影响,因此在PC机二十多年的发展过程中,总线结构也不断地发展变化。当前总线结构方式已经成为微机性能的重要指标之一。 在微机系统中除了采用总线技术外,还采用了标准接口技术,其目的也是为了便于模块结构设计,可以得到多个厂商的广泛支持,便于生产与之兼容的外部设备和软件。接口一般是指主板和某类外设之间的适配电路,其功能是解决主板和外设之间在电压等级、信号形式和速度上的匹配问题。因此不同类型的外设需要不同的接口,不同的接口是不通用的。例如,硬盘和软盘驱动器的接口是不兼容的,因此不能在硬盘接口上接入软盘驱动器。另一方面,由于目前的一些新型接口标准,如USB、IEEE1394等,允许同时连接多种不同的外设,因此也把它们称为外设总线。此外,连接显示系统的新型接口AGP,由于习惯上的原因(原来的显示卡插入ISA或者PCI总线插槽中),也被称为AGP总线,但是实际上它应该是一种接口标准。 总线的分类 首先我们来讨论总线的分类。总线就是各种信号线的集合,是计算机各部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通路。在微机系统中,有各式各样的总线。这些总线可以从不同的层次和角度进行分类。
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