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分类: LINUX

2009-08-17 22:30:08

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

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


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