计算机总线技术的现状与未来发展趋势

计算机总线技术的现状与未来发展趋势

众所周知，在P C（P e r s o n a l C o m p u t e r即个人计算机）的发展中，总线屡屡成为系统性能的瓶颈，这主要是C P U（C e n t r a l P r o c e s s o r U n i t即中央处理器 ）的更新换代和应用不断扩大所致。总线是微机系统中广泛采用的一种技术。总线是一组信号线，是在多于2个模块（子系统或设备）间相互通讯的通路，也是微处理器与外部硬件接口的核心。自I B M P C问世20余年来，随着微处理器技术的飞速发展，使得P C的应用领域不断扩大，随之相应的总线技术也得到不断创新。由P C/X T到I S A、M C A、E I S A、V E S A再到P C I、A G P、I E E E1394、U S B总线等。究其原因，是因为C P U的处理能力迅速提升，但与其相连的外围设备通道带宽过窄且总落后于C P U的处理能力，这使得人们不得不改造总线，尤其是局部总线。目前，A G P 局部总线数据传输率可达528M B/s，P C I-X可达1G B/s，系统总线传输率也由66M B/s到

100M B/s甚至更高的133M B/s、150M B/s。总线的这种创新，促进了P C系统性能的日益提高。随着微机系统的发展，有的总线标准仍在发展、完善，与此同时，有某些总线标准会因其技术过时而被淘汰。当然，随着应用技术发展的需要，也会有新的总线技术不断研制出来，同时在竞争的市场中，不同总线还会拥有自己特定的应用领域。目前除了大家熟悉、较为流行的P C I、A G P、I E E E1394、U S B等总线外，又出现了E V6总线、P C I-X局部总线、N G I O总线等，它们的出现，从某种程度上代表了未来总线技术的发展趋势。20年来，C P U已经迅速发展到6-7代，相应的总线技术创新也已经达到了10余次之多。如果从这个角度来预测一下，在21世纪初期，C P U主频有加快发展的趋势，加上内存存取时间的不断缩短，P C系统总线势必面临提高数据传输率的创新：

1、I S A总线

I S A（I n d u s t r y S t a n d a r d A r c h i t e c t u r e即工业标准结构总线）是美国I B M公司为286计算机制定的工业标准总线。该总线的总线宽度是16位，总线频率为8M H z。

2、E I S A总线

E I S A（E x t e n d e d I n d u s t r y S t a n d a r d A r c h i t e c t u r e即扩展工业标准结构总线）是为32位中央处理器（386、486、586等等）设计的总线扩展工业标准。E I S A总线包括I S A总线的所有性能外，还把总线宽度从16位扩展到32位、总线频率从8.3M H z提高到16M H z

3、M C A总线

M C A（M i c r o C h a n n e l A r c h i t e c t u r e即微通道总线结构）是I B M公司专为其P S\2系统（使用各种I n t e l处理器芯片的个人计算机系统）开发的总线结构。该总线的总线宽度是32位，最高总线频率为10M H z。虽然M C A总线的速度比I S A和E I S A快，但是I B M对M C A总线执行的是使用许可证制度，因此M C A总线没有象I S A、E I S A总线一样得到有效推广。

4、V E S A总线

V E S A（V i d e o E l e c t r o n i c s S t a n d a r d s A s s o c i a t i o n即视频电子标准协会）是V E S A组织（1992年由I B M、C o m p a q等发起，有120多家公司参加）按局部总线（L o c a l B u s）标准设计的一种开放性总线。V E S A总线的总线宽度是32位，最高总线频率为33M H z。

5、P C I总线

P C I（P e r i p h e r a l C o m p o n e n t I n t e r c o n n e c t即连接外部设备的计算机内部总线 ）是美国S I G（S p e c i a l I n t e r e s t G r o u p o f A s s o c i a t i o n f o r C o m p u t e r M a c h i n e r y即美国计算机协会专业集团）集团推出的新一代64位总线。该总线的最高总线频率为33M H z，数据传输率为80M b y/s(峰值传输率为133M b y/s)。

早期的486系列计算机主板采用I S A总线和E I S A总线，而奔腾（P e n t i u m）或586系列计算机主板采用了P C I总线和E I S A总线。根据586系列主板的技术标准，主板应该淘汰传统的E I S A总线，而使用P C I总线结构，但由于很多用户还在使用I S A总线或E I S A总线接口卡，所以大多数586系列主板仍保留了E I S A总线。

6、A G P总线

A G P（A c c e l e r a t e d G r a p h i c s P o r t）即高速图形接口。专用于连接主板上的控制芯片和

A G P显示适配卡，为提高视频带宽而设计的总线规范，目前大多数主板均有提供。

7、U S B总线

U S B（U n i v e r s a l S e r i a l B u s即通用串行总线）是一种简单实用的计算机外部设备接口标准，目前大多数主板均有提供。

8、A l p h a E V6总线

为消除现有总线的瓶颈，A M D（A m e r i c a n M i c r o D e v i c e s即美国微设备公司）A t h l o n（是A M D公司在1999年末推出的新一代64位处理器系统）系统要求总线结构在设计上力求为新一代x86平台提供前所未有的数据传输带宽，以确保运行于多路处理器服务的企业级商业应用软件可以更顺畅地运行。为此，A M D公司在其最先推出的一款A t h l o n处理器上使用了一个200M B／s的系统总线，即A l p h a E V6总线，其带宽较目前I n t e l P6总线结构大1倍。如果使用更高时钟频率的A M D A t h l o n处理器，这个系统总线的频率还可以相应提高，以支持更大的数据带宽，满足更大、更强劲的系统配置的需要。

A M D A t h l o n总线采用信息包传输协议，而不是受限制的管道式P6总线协议，将处理器的请求传输至系统芯片组。这个信息包传输协议可将系统带宽的使用率降至最低，并允许每一处理器容纳24项预处理任务，是P C I总线结构预处理任务的6倍。由于高速A M D A t h l o n 系统总线可支持较大的64字节突发式传输以及利用误差校正代码保护所有数据，因此需依赖系统存储器提供重要数据的应用方案将是直接的受益者。此外，A M D A t h l o n系统总线结构能够支持处理器物理可寻址存储器取8T B（1T B=1024G B）以上的数据，相比之下，P C I总线的结构则只可支持64G B的数据存取。

9、P C I-X局部总线