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PCI插槽也是主板帶有最多數量的插槽類型,在目前流行的臺式機主板上,ATX結構的主板一般帶有5~6個PCI插槽,而小一點的MATX主板也都帶有2~3個PCI插槽,可見其應用的廣泛性。
PCI是Peripheral Component Interconnect(外設部件互連標準)的縮寫,它是目前個人電腦中使用最為廣泛的接口,幾乎所有的主板產品上都帶有這種插槽。PCI插槽也是主板帶有最多數量的插槽類型,在目前流行的臺式機主板上,ATX結構的主板一般帶有5~6個PCI插槽,而小一點的MATX主板也都帶有2~3個PCI插槽,可見其應用的廣泛性。
PCI是Peripheral Component Interconnect(外設部件互連標準)的縮寫,它是目前個人電腦中使用最為廣泛的接口,幾乎所有的主板產品上都帶有這種插槽。PCI插槽也是主板帶有最多數量的插槽類型,在目前流行的臺式機主板上,ATX結構的主板一般帶有5~6個PCI插槽,而小一點的MATX主板也都帶有2~3個PCI插槽,可見其應用的廣泛性。
PCI總線結構
PCI總線是一種樹型結構,并且獨立于CPU總線,可以和CPU總線并行操作。PCI總線上可以掛接PCI設備和PCI橋片,PCI總線上只允許有一個PCI主設備,其他的均為PCI 從設備,而且讀寫操作只能在主從設備之間進行,從設備之間的數據交換需要通過主設備中轉。[1] PCI總線結構如下圖所示。在處理器系統中,含有PCI總線和PCI總線樹這兩個概念。這兩個概念并不相同,在一顆PCI總線樹中可能具有多條PCI總線,而具有血緣關系的PCI總線組成一顆PCI總線樹。PCI總線由HOST主橋或者PCI橋管理,用來連接各類設備,如聲卡、網卡和IDE接口卡等。在一個處理器系統中,可以通過PCI橋擴展PCI總線,并形成具有血緣關系的多級PCI總線,從而形成PCI總線樹型結構。在處理器系統中有幾個HOST主橋,就有幾顆這樣的PCI總線樹,而每一顆PCI總線樹都與一個PCI總線域對應。
與HOST主橋直接連接的PCI總線通常被命名為PCI總線0。考慮到在一個處理器系統中可能有多個主橋。
PCI總線取代了早先的ISA總線。當然與在PCI總線后面出現專門用于顯卡的AGP總線,與現在的PCI Express總線相比,功能沒有那么強大,但是PCI能從1992用到現在,說明他有許多優點,比如即插即用(Plug and Play)、中斷共享等。在這里我們對PCI總線做一個深入的介紹。
從數據寬度上看,PCI總線有32bit、64bit之分;從總線速度上分,有33MHz、66MHz兩種。目前流行的是32bit @ 33MHz,而64bit系統正在普及中。改良的PCI系統,PCI-X,最高可以達到64bit @ 133MHz,這樣就可以得到超過1GB/s的數據傳輸速率。如果沒有特殊說明,以下的討論以32bit @ 33MHz為例。
不同于ISA總線,PCI總線的地址總線與數據總線是分時復用的。這樣做的好處是,一方面可以節省接插件的管腳數,另一方面便于實現突發數據傳輸。在做數據傳輸時,由一個PCI設備做發起者(主控,Initiator或Master),而另一個PCI設備做目標(從設備,Target或Slave)。總線上的所有時序的產生與控制,都由Master來發起。PCI總線在同一時刻只能供一對設備完成傳輸,這就要求有一個仲裁機構(Arbiter),來決定在誰有權力拿到總線的主控權。
當PCI總線進行操作時,發起者(Master)先置REQ#,當得到仲裁器(Arbiter)的許可時(GNT#),會將FRAME#置低,并在AD總線上放置Slave地址,同時C/BE#放置命令信號,說明接下來的傳輸類型。所有PCI總線上設備都需對此地址譯碼,被選中的設備要置DEVSEL#以聲明自己被選中。然后當IRDY#與TRDY#都置低時,可以傳輸數據。當Master數據傳輸結束前,將FRAME#置高以標明只剩最后一組數據要傳輸,并在傳完數據后放開IRDY#以釋放總線控制權。
這里我們可以看出,PCI總線的傳輸是很高效的,發出一組地址后,理想狀態下可以連續發數據,峰值速率為132MB/s。實際上,目前流行的33M@32bit北橋芯片一般可以做到100MB/s的連續傳輸。
主要性能
(1)傳輸速率高最大數據傳輸率為132MB/s,當數據寬度升級到64位,數據傳輸率可達264MB/s。這是其他總線難以比擬的。它大大緩解了數據I/O瓶頸,使高性能CPU的功能得以充分發揮,適應高速設備數據傳輸的需要。
(2)多總線共存采用PCI總線可在一個系統中讓多種總線共存,容納不同速度的設備一起工作。通過HOST-PCI橋接組件芯片,使CPU總線和PCI總線橋接;通過PCI-ISA/EISA橋接組件芯片,將PCI總線與ISA/EISA總線橋接,構成一個分層次的多總線系統。高速設備從ISA/EISA總線卸下來,移到PCI總線上,低速設備仍可掛在ISA/EISA總線上,繼承原有資源,擴大了系統的兼容性。
(3)獨立于CPU PCI總線不依附于某一具體處理器,即PCI總線支持多種處理器及將來發展的新處理器,在更改處理器品種時,更換相應的橋接組件即可。
(4)自動識別與配置外設 用戶使用方便。
(5)并行操作能力。
PCI (Peripheral Component Interconnect)總線是一種高性能局部總線,是為了滿足外設間以及外設與主機間高速數據傳輸而提出來的。在數字圖形、圖像和語音處理,以及高速實時數據采集與處理等對數據傳輸率要求較高的應用中,采用PCI總線來進行數據傳輸,可以解決原有的標準總線數據傳輸率低帶來的瓶頸問題。
總線特點PCI總線是一種同步的獨立于處理器的32位或64位局部總線,最高工作頻率為33MHz,峰值速度在32位時為132MB/s,64位時為264MB/s,總線規范由PCISIG發布。ISA總線相比,PCI總線和有如下顯著的特點:
(1)高速性
PCI局部總線以33MHz的時鐘頻率操作,采用32位數據總線,數據傳輸速率可高達132MB/s,遠超過以往各種總線。而早在1995年6月推出的PCI總線規范2。l已定義了64位、66MHz的PCI總線標準。因此PCI總線完全可為未來的計算機提供更高的數據傳送率。另外,PCI總線的主設備(Master)可與微機內存直接交換數據,而不必經過微機CPU中轉,也提高了數據傳送的效率。
(2)即插即用性
目前隨著計算機技術的發展,微機中留給用戶使用的硬件資源越來越少,也越來越含糊不清。在使用ISA板卡時,有兩個問題需要解決:一是在同一臺微機上使用多個不同廠家、不同型號的板卡時,板卡之間可能會有硬件資源上的沖突;二是板卡所占用的硬件資源可能會與系統硬件資源(如聲卡、網卡等)相沖突。而PCI板卡的硬件資源則是由微機根據其各自的要求統一分配,決不會有任何的沖突問題。因此,作為PCI板卡的設計者,不必關心微機的哪些資源可用,哪些資源不可用,也不必關心板卡之間是否會有沖突。因此,即使不
考慮PCI總線的高速性,單憑其即插即用性,就比ISA總線優越了許多。
(3)可靠性
PCI獨立于處理器的結構,形成一種獨特的中間緩沖器設計方式,將中央處理器子系統與外圍設備分開。這樣用戶可以隨意增添外圍設備,以擴充電腦系統而不必擔心在不同時鐘頻率下會導致性能的下降。與原先微機常用的ISA總線相比,PCI總線增加了奇偶校驗錯(PERR)、系統錯(SERR)、從設備結束(STOP)等控制信號及超時處理等可靠性措施,使數據傳輸的可靠性大為增加。
(4)復雜性
PCI總線強大的功能大大增加了硬件設計和軟件開發的實現難度。硬件上要采用大容量、高速度的CPLD或FPGA芯片來實現PCI總線復雜的功能。軟件上則要根據所用的操作系統,用軟件工具編制支持即插即用功能酶設備驅動程序。
(5)自動配置
PCI總線規范規定PCI插卡可以自動配置。PCI定義了3種地址空間:存儲器空間,輸入輸出空間和配置空間,每個PCI設備中都有256字節的配置空間用來存放自動配置信息,當PCI插卡插入系統,BIOS將根據讀到的有關該卡的信息,結合系統的實際情況為插卡分配存儲地址、中斷和某些定時信息。
(6)共享中斷
PCI總線是采用低電平有效方式,多個中斷可以共享一條中斷線,而ISA總線是邊沿觸發方式。
(7)擴展性好
如果需要把許多設備連接到PCI總線上,而總線驅動能力不足時,可以采用多級PCI總線,這些總線上均可以并發工作,每個總線上均可掛接若干設備。因此PCI總線結構的擴展性是非常好的。由于PCI的設計是要輔助現有的擴展總線標準,因此與ISA,EISA及MCA總線完全兼容。
(8)多路復用
在PCI總線中為了優化設計采用了地址線和數據線共用一組物理線路,即多路復用。PCI接插件尺寸小,又采用了多路復用技術,減少了元件和管腳個數,提高了效率。
(9)嚴格規范
PCI總線對協議、時序、電氣性能、機械性能等指標都有嚴格的規定,保證了PCI的可靠性和兼容性。由于PCI總線規范十分復雜,其接口的實現就有較高的技術難度。
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