PCI总线与ISA总线

1.PCI，外设组件互连标准(Peripheral Component Interconnection)

一种由（）公司1991年推出的用于定义局部的 标准。此标准允许在计算机内安装多达10个遵从PCI标准的扩展卡。最早提出的PCI总线工作在33MHz频率之下，传输带宽达到 133MB/s(33MHz * 32bit/s)，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年又提出了64bit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，64bit的PCI插槽更多是应用于服务器产品。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一 层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。 管理器提供信号缓冲，能在高时钟频率下保持高性能，社和为显卡，声卡，网卡 ，MODEM等设备提供连接 接口，工作频率为33MHz/66MHz。

PCI总线系统要求有一个PCI控制卡，它必须安装在一个PCI插槽内。这种插槽是目前
主 板 带 有最多数量的插槽类型，在当前流行的台式机主板上，结构的主板一般带有5～6个PCI插槽，而小一点 的MATX主板也都带有2～3个PCI插槽。根据实现方式不同，PCI控制器可以与CPU一次交换32位或64位数据 ，它允许PCI辅助利用一种总线主控技术与CPU并行地执行任务。PCI允许技术， 即允许一个以上的电子信号同时存在于总线之上。


由于PCI 总线只有133MB/s的带宽，对声卡、网卡、视频卡等绝大多数输入/输出设备显得绰绰有余，但对性能日益强大的显卡则无法满足其需求。Intel在 2001年春季的IDF上，正式公布了旨在取代PCI总线的第三代I/O技术，该规范由Intel支持的AWG(Arapahoe Working Group)负责制定。2002年4月17日，AWG正式宣布3GIO1.0规范草稿制定完毕，并移交PCI-SIG（PCI特别兴趣小组，PCI- Special Int erest Group）进行审核。开始的时候大家都以为它会被命名为Serial PCI(受到串行ATA的影响)，但最后却被正式命名为，Express意思是高速、特别快的意思。

2002年7月23日，PCI-SIG 正式公布了PCI Express 1.0规范，并于2007年初推出2.0规范（Spec 2.0），将传输率由PCI Express 1.1的2.5GB/s提升到5GB/s。

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2.ISA

    ISA插槽是基于ISA总线（Industrial Standard Architecture，工业标准结构总线）的扩展插槽，其颜色一般为黑色，比PCI接口插槽要长些，位于主板的最下端。其工作频率为8MHz左右，为 16位插槽，最大传输率16MB/sec，可插接显卡，声卡，网卡已及所谓的多功能接口卡等扩展插卡。其缺点是CPU资源占用太高，数据传输带宽太小，是 已经被淘汰的插槽接口。目前还能在许多老主板上看到ISA插槽，现在新出品的主板上已经几乎看不到ISA插槽的身影了，但也有例外，某些品牌的845E主 板甚至875P主板上都还带有ISA插槽，估计是为了满足某些特殊用户的需求。



最早的PC总线是IBM公司1981年在PC/XT 电脑采用的系统总线，它基于8bit的8088 处理器，被称为PC总线或者PC/XT总线。在1984年的时候，IBM 推出基于16-bit Intel 80286处理器的PC/AT 电脑，系统总线也相应地扩展为16bit，并被称呼为PC/AT 总线。而为了开发与IBM PC 兼容的外围设备，行业内便逐渐确立了以IBM PC 总线规范为基础的ISA（工业标准架构：Industry Standard Architecture ）总线。


ISA 是8/16bit 的系统总线，最大传输速率仅为8MB/s ，但允许多个CPU 共享系统资源。由于兼容性好，它在上个世纪80年代是最广泛采用的系统总线，不过它的弱点也是显而易见的，比如传输速率过低、CPU占用率高、占用硬件中 断资源等。后来在PC‘98 规范中，就开始放弃了ISA 总线，而Intel 从i810 芯片组开始，也不再提供对ISA 接口的支持。


使用286和386SX以下CPU的电脑似乎和8/16bit ISA 总线还能够相处融洽，但当出现了32-bit 外部总线的386DX处理器之后，总线的宽度就已经成为了严重的瓶颈，并影响到处理器性能的发挥。因此在1988年，康柏、惠普等9个厂商协同把ISA 扩展到32-bit，这就是著名的EISA（Extended ISA，扩展ISA）总线。EISA 总线的工作频率仍旧仅有8MHz ，并且与8/16bit 的ISA总线完全兼容，由于是32-bit 总线的缘故，带宽提高了一倍，达到了32MB/s .可惜的是，EISA 仍旧由于速度有限，并且成本过高，在还没成为标准总线之前，在20世纪90年代初的时候，就给PCI 总线给取代了。
ISA总线又称AT总线，是在PC/AT微机上所配备的扩展系统总线。

PC/AT的扩展总线系统设计的最大速度为8MHz，比PC/XT总线几乎快了近一倍，而最佳的数据传输率达20MB/s。不过80286 CPU的执行速度更快，因此要增加额外的等待周期，方能使扩展总线与CPU之间进行数据传输。改善的方式是在总线控制器中增加缓冲器，作为高速的微处理器 与较低速的AT总线之间的缓冲器，从而使AT总线可以在比CPU低得多的环境下工作。

由于IBM-PC./XT/AT系统总线的开放性，全世界的PC机制造商纷纷向IBM靠拢，从而使IBM-PC系列风靡全球。为了满足众多PC兼容机厂商 的要求，美国电气和电子工程师学会(IEEE)成立了一个委员会，并确定以PC/AT总线为标准，称之为工业标准体系结构ISA(Industry Standard Architecture)，即ISA总线标准。

为了充分地发挥80286的优良性能，同时又要最大限度地与PC/AT总线兼容，ISA总线在原XT总线的基础上，又增加了一个36脚的扩展槽，将数据总 线扩展为16位，地址总线扩展为24位，将中断的数目从8个扩充到15个，并提供了中断共享功能，而DMA通道也由4个扩充到8个。从此，这种16位的扩 展总线一直是各制造厂商严格遵守的标准，至今仍广泛地使用。

ISA总线扩展插槽由两部分组成，一部分有62引脚，其信号分布及名称与PC/XT总线的扩展槽基本相同，仅有很小的差异。另一部分是AT机的添加部分，由36引脚组成。这36引脚分成两列，分别称为C列和D列。

 

ISA总线
　　ISA总线是采用80286 CPU的 IBM PC/AT机中使用的总线，它是在8位的 PC/XT总线的基础上扩展而成的16位总线结构。该总线同8位的 PC/XT总线保持了即兼容性。
　　80286与8088 CPU最明显的差别在于数据信号的位数，8088对外的数据总线只有8位，而80286为16位。为了使ISA总线与原有的XT总线相兼容，ISA总线保留了原有XT总线的所有信号，仅作了部分新的定义，而另外增加了高位的数据信号和与此有关的扩展信号，诸如SBHE、-MEMCS16、-IOCS16等信号。
　　除了数据传输线增加外，寻址能力的增加也是提高性能的方式。80286的寻址能力达到了16MB，这样相应的 ISA总线上的地址信号也增加到了24条，即增加了4条(LA20~LA23)。
　　随着 PC系统的发展，外围设备的类型也不断增加，对于硬件中断与 DMA通道也提出了更多的要求，原有的6个中断请求与3个 DMA通道已不能满足需要， ISA总线将中断的数目由6个扩充到15个，而 DMA通道则由3个增加到8个。
　　ISA总线扩展槽的插座是在原来 XT总线(62线)的基础上增加了一条短插座，该短插槽有36个引脚，并且与原 XT插槽在一条直线上，因此加上原来 XT总线的62线，一共有98个引脚。表3- 5列出了 ISA总线增加信号的排列。

表3- 5 ISA总线增加的36芯的信号定义

　　在ISA总线上62芯和36芯插座上重新定义和增加的信号：
　　(l)地址总线
　　LA17~LA23(I/O)：ISA总线中新增的地址信号线，可以给系统提供多达16MB的寻址能力。此信号在ALE信号为高电平时才有效，并且在 CPU周期过程中是不锁定的，因此并不保持整个周期有效，它们的用途是为一个等待状态存储周期生成存储器译码信号。
　　(2)数据总线
　　SD8~SD15(I/O)：系统数据总线的高字节信号，为存储器和I/O接口提供高8位总线数据。为保持与XT总线的兼容性，可通过增加的16位存储器或16位I/O接口控制信号确定所用的数据线位数。当此控制信号无效时，使用的为62芯槽上的数据信号，即低8位的地址信号，此时无论指令中访问的地址为偶数字节，或奇数字节，或字地址，均为SD0~SD7。对于奇数字节地址，微处理器所需的高8位的数据信号将接到 SD0~SD7上，而字访问将变换为两个8位进行传送，均在低8位进行。当此控制信号有效时，使用62芯槽上的低8位和新增加的36芯槽上的高8位数据信号，即16位数据信号SD0~SD15。
　　(3)控制总线
　　高8位数据线控制信号：
　　-MEMCS16 (I)：16位存储器数据选择信号。如果当前数据传送是有一个等待状态的16位存储周期,则它必须发一个-MEMCS16 信号给主板。译码信号必须取自 LA17~LA23 。-MEMCS16 用能够吸收20mA的集电极开路门或三态的驱动器来驱动。
　　-IOCS16 (I)：16位I/O数据选择信号，集电极开路门或三态驱动。如果当前数据传送是有一个等待状态的16位 I/O周期，则必须发一个-IOCS16信号给主板。这个信号由地址译码器驱动。
　　SBHE(I/O)：系统总线高字节允许(System Bus High Enable)信号，这是 ISA新增的信号。该信号有效时，表示数据总线传送的是高字节(SD8~SD15)。16位设备用此信号控制数据总线缓冲器接到 SD8~SD15。
　　存储器控制信号：
　　原XT总线上的-MEMR和-MEMW定义为-SMEMR和-SMEMW(O)，"SMEMR"、 "SMEMW"指标准存储器读写。只有当存储器的地址译码信号低于1MB的存储空间时，这两个信号才会有效。-SMEMR和-SMEMW 信号取自于-MEMR和-MEMW (ISA新增信号)和低于 lMB的地址译码信号。
-MEMR和-MEMW (I/O)，ISA新增的信号，它们在所有的存储器读或写周期内有效。它们可以由系统中的任何一个 CPU或 DMA控制器驱动。
　　IRQ中断请求信号：
　　在ISA总线的主机内增加了中断请求信号，将原有的一片8259中断控制器增加为两片，而原有一片的IRQ2成为第二片的中断连接信号。将原有XT总线上的IRQ2定义为新增加芯片的IRQ9。
　　新增的中断请求信号为IRQ10~12，IRQ14，15(I)，IRQ9~IRQ12和 IRQl4， IRQ15的中断请求的优先级高于 IRQ3~7，其中 IRQ9的优先级最高， IRQ7的优先级最低。当 IRQ线上的信号从低电平上升到高电平时，就产生一个中断请求。在 CPU响应中断请求(即执行中断服务程序)之前，该线必须保持高电平。IRQ13只使用在主板上，而不可用于 I/O接口卡上。IRQ8用于实时时钟，故这两个中断未出现在 ISA总线的信号线中。
　　DMA控制：
　　DRQ0、5~7(I)： DMA请求信号，即由外设或 I/O通道上的微处理器所驱动的异步 DMA通道请求信号，以便获得 DMA服务。DRQ0的优先级最高， DRQ7的优先级最低。当 DRQ信号线变为有效电平(高电平)时产生一个 DMA请求。在相应的 DMA响应信号(-DACK)变为有效之前。 DRQ线必须保持一直高电平。DRQ0用于8位的 DMA传送，而 DRQ5~DRQ7用于16位的 DMA传送。 DRQ4用在主板上，而不用于 I/O通道上，因此在 ISA总线中没有出现。
　　-DACK0，5~7 (O)： 对 DRQ0，5~7的响应信号