总线的发展历程

总线的发展历程
1 什么是总线？
总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。

总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。

在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。

2 总线的分类
按信息传送的方向，总线可分为单向总线和双向总线；按传送信息的类型分，总线可分为：数据总线(传送数据)、地址总线(传送地址)和控制总线(传送控制信号)。

当然在总线中也可以有信号线复用的情况，如地址与数据复用、地址与控制命令复用等，在这些信号线中不同时间段传送不同的信息。

此外，总线中还应有电源线和地线，有的总线还使用几种电源。

按照总线所处的物理位臵分，可将其分成以下四种：①片内总线：大规模或超大规模集成电路芯片内部是相当复杂的，其内部功能块之间采用总线相连。

②模板内部总线：一块模板上各个芯片之间相连接的总线。

③板间总线：构成一个微机系统需要若干块模板，它们之间通过总线相连。

④模板与设备(指位于主机箱内部的设备)之间、计算机与设备(指位于主机箱外部的设备)之间以及计算机与计算机之间的总线。

占微机比例最大的台式机(或者叫桌面机)中都有一块最重要的模板——主板，它上面有微处理器、主存(条)、控制芯片组和对机器结构至关重要的一条或多条总线，这些总线用于主板内部以及与其他模板的连接。

注意到这一情况，通常将上述按物理位臵分类的第二、第三类即主板上的总线以及主板与其
他模板互连的总线称为(微机)内部总线。

与此相对应，通常将处于第四种物理位臵的总线称为外部总线。

这实际上是兼顾了计算机的传统，因为按照传统，输入设备和输出设备统称为外部设备。

注意到现代微机中有些设备就位于机器内部(例如内臵硬盘、内臵光盘驱动器等)。

3 PCI总线，AGP总线
PCI（Peripheral Component Interconnect即外围部件局部互联总线）CPU的飞速发展，ISA/EISA 逐渐显现出疲态，跟不上时代的步伐。

当时CPU 的速度甚至还高过总线的速度，造成硬盘、显示卡还有其它的外围设备只能通过慢速并且狭窄的瓶颈来发送和接受数据，使得整机的性能受到严重的影响。

为了解决这个问题，1992年Intel 在发布486处理器的时候，也同时提出了32-bit 的PCI（周边组件互连）总线。

最早提出的PCI总线工作在33MHz 频率之下，传输带宽达到了133MB/s（33MHz X 32bit/8），比ISA 总线有了极大的改善，基本上满足了当时处理器的发展需要。

随着对更高性能的要求，1993年提出此了64-bit 的PCI 总线，后来又提出把PCI 总线的频率提升到66MHz .目前广泛采用的是32-bit、33MHz 的PCI 总线，其性能特点：（1）支持10台外设；总线时钟频率33.33/66MHz；数据传输率133MB/s；（2）时钟同步方式，与CPU及时钟无关；（3）总线宽度32位；（4）能自动识别外设；特别适合与Intel的CPU协同工作；（5）具有与处理器和存储器子系统完全并行操作的能力。

AGP（Accelerated Graphics Port即加速图形接口）Intel 于1996年7月正式推出了AGP接口，这是显示卡专用的局部总线，是基于PCI 2.1 版规范并进行扩充修改而成，工作频率为66MHz ，1X 模式下数据传输率为266MB/S，是PCI 总线的两倍。

后来依次又推出了AGP 2X ，AGP 4X，现在则是AGP 8X。

在8X模式下，工作频率为266MHz，数据传输率达到了2.1GB/S 。

图形控制器通过AGP总线直接与内存连接，3D图形数据不
经过PCI总线直接与内存进行点对点传输，使图形控制器独自占有数据通道，解决了PCI 总线可以轻易实现高性能的3D图形绘制功能，使用户体验到过去高价图形工作站才能实现的那种全动作视频效果。

4 3GIO（PCI Express总线）
3GIO顾名思义就是第三代输入输出总线了，它是由PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织，它是负责维护连接PC各组件的PCI标准的一个行业组织，其中包括来自英特尔、微软、惠普和其他PC巨头）开发，后来由Intel继续，并由Intel于2001年3月发布于Intel开发商论坛，2002年4月，Intel将3GIO 1.0版本的技术规范移交给PCI-SIG审核，并且获得了这个组织的正式命名――PCI Express。

PCI Express是针对目前的PCI总线局限性而提出的一种新型总线标准，它属于串行总线标准，克服了并行总线标准的极限频率限制，传输速率可以极大地改善。

但是要注意的是它不仅将替代PCI总线，而且还将可能替代目前的AGP 标准，包括最新的AGP 8X。

从本质上看，数据传输模式的转变显然是PCI Express最引人注目的亮点。

就目前的制造工艺来讲，传统的并行总线技术（如PCI、PCI-X）的极限工作频率应该在1GHz上下，而新一代的串行总线技术（PCI Express）则可以轻松地达到10GHz 以上，这样巨大的发展潜力正是业界关注的焦点纷纷转向它的根本原因。

此外，PCI Express 在设计上还有其他与生俱来的优势，如更小的半导体（硅）尺寸、更简单的接口针脚与PCB 线路设计、更灵活的数据/时钟控制、更低的工作电压、更丰富的电源管理模式、更合理的功耗以及随之而来的低电磁辐射等特性。

在传输速度上，1.0版本的PCI Express将从每个信道单方向2.5Gbps的传输速率起步，可以提供200MB/s的通信能力，而它在物理层上提供的1～32速可选信道带宽特性更使其可以轻松实现近乎“无限”的扩展传输能力。

此外，PCI Express能从应用层面上与传统PCI保持兼容，从而能实现新旧规范之间的平滑过渡。

5 USB总线
USB总线是为通用串行总线，USB接口位于PS/2接口和串并口之间，允许外设在开机状态下热插拔，最多可串接下来127个外设，传输速率可达480Mb/S，它可以向低压设备提供5伏电源，同时可以减少PC机I/O接口数量。

通用串行总线USB（universal serial bus）是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。

它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。

它可以为外设提供电源，而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。

另外，快速是USB 技术的突出特点之一，USB的最高传输率可达12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且USB还能支持多媒体。