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1、12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学第第1212章章 总线技术M/微型计算机原理与接口技术 第5版12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学12.2 PCI总线12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学12.2 PCI总线12.2.1 PCI局部总线12.2.2 PCI总线的特点12.2.3 基于PCI总线的计算机系统12.2.4 PCI总线信号12.2.5 PCI总线的应用12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学12.2.1 PCI局部总线 1. PCI总线lVLSI技术的飞速发展，使CPU的速度超过了ISA、 EISA总线的极限，导致
2、硬盘、图形加速卡、高速网 卡、视频系统和数据采集设备等高速外设，只能通过 慢速而狭窄的路径与CPU交换数据。l1992年，Intel在发布80486处理器同时，提出了32位 PCI总线，其含义为周边部件互连（Peripheral Com- ponent Interconnect），是一种高性能局部总线。l在结构上，PCI插在ISA总线与CPU之间，在两者间 起缓冲隔绝作用。一些高速外设（如图形卡、网络适 配器和硬盘控制器等）可从ISA总线上卸下，直接通 过PCI总线挂到CPU总线上，使之与高速CPU总线相 匹配。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学1. PCI总线lPCI1.
3、0工作在33MHz32位，传输带宽132MB/s（即 33MHz32bit/8），支持64位数据传送，带宽可扩展 到264MB/s。l为达到更高的性能，又提出了66MHz64位的PCI规 范，带宽528MB/S。l还支持多总线主控模块、线性突发读写和并发工作方 式，具有处理器独立性、缓冲隔绝、插即即用、兼容 性强和成本较低等特点。 l与ISA总线相比，性能极大改善，基本上能适应当时 CPU的发展现状。不久，PCI基本统一了ISA、VESA 、EISA以及MCA等总线的规格，成为个人机总线插 槽的主流。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学具有4个PCI插槽和1个ISA 插槽的主
4、板PCIPCI功能卡功能卡12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学2.AGP接口规范lPCI总线132MB/s带宽，依然不能满足3D显卡的 要求。例如，显示102476816位真彩色3D图形 ，要求200MB/s以上的纹理数据传输速度。若增 加显卡的显存又会增加成本，可将图形数据从显 存移入主存。不过处理后仍要经PCI总线送回显 卡去显示，数据传输量之大，PCI总线也难以胜 任。l1996年Intel推出了加速图形接口（Accelerated Graphics Port，AGP），作为PCI的补充，是显 卡专用的局部总线。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学2.
5、AGP接口规范lAGP显卡的显存经北桥芯片与系统主存相连，主存中的 3D图形数据绕开PCI总线，直接送进显卡以提高带宽。在 32位总线时，有66/133MHz两种总线频率，带宽达266/ 533MB/s。此后，又推出了AGP 2X、4X以及传输速度高 达2.1GB/s的AGP 8X。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学紫红色的为AGP显卡插槽，右侧 白色的为PCI插槽，左上角黑色 的为ISA插槽。AGPAGP显卡显卡12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学2.AGP接口规范lAGP接口是在PCI2.1规范基础上扩充修改而成，增加 的特点：数据读写的流水线操作（P
6、ipelining），减少内存等 待时间，提高了数据传输速度。双时钟技术，在时钟脉冲上升沿和下降沿都传输数据 ，能在66MHz时达到133MHz传输速率。地址信号与数据信号分离，提高了随机内存访问的速 度。并行操作，在CPU访问系统RAM同时，AGP显卡能 访问AGP内存。显示带宽不与其它设备共享，进一步提高了系统性 能。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学3.PCI-X总线lPCI-X总线是PCI的扩展，1999年提出，在 PCI基础上增加了不少新特点，并增加了插 槽引脚数。lPCI-X1.0总线频率133MHz32/64位，最大 带宽1.066GB/s，是PCI1.0的8
7、倍，主要用于 服务器。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学lPCI-X总线主要技术特点： 1）支持66/100/133MHz等三种总线频率，且能随不同设 备而改变。 2）特征段技术，总线事务都附带36位特征域，指示事 务开始位置、插入顺序、事务长度和是否需要缓冲检 测，从而能追踪穿过总线的数据，需要时将它在队列 中向前移动，增强并行穿越总线的能力。 3）分离事务（多任务），在目标设备准备好发送的数 据前，请求数据的设备可处理来临的其它事情。 4）允许目标设备仅与单个PCI-X设备交换数据，若PCI- X设备没有任何数据传送，总线会自动将它移除，以 减少PCI设备间的等待周期。
8、12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学l表12.1是64位PCI-X总线的性能。l在相同总线频率下，PCI-X的性能比PCI高1435% 。l对于光纤接口、千兆以太网卡和磁盘阵列控制卡等， PCI-X 133能较好发挥优势。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学中间2个白色的为64位PCI-X插槽 ，最下部白色的是PCI插槽，2个 蓝色的是PCI-E x16插槽，左上 短白色的是PCI-E x1插槽。6464位位PCI-XPCI-X接口的显卡接口的显卡12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学12.2 PCI总线12.2.1 PCI局部总线12.2.
9、2 PCI总线的特点12.2.3 基于PCI总线的计算机系统12.2.4 PCI总线信号12.2.5 PCI总线的应用12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学12.2.2 PCI总线的特点lPCI总线的主要特点： 1.数据传输速率高 PCI能实现高速数据传输，还支持 线性突发传送（Burst Transfer）：传送内存中的连 续数据块时，只在传送第1个数据时才给出地址，后 续数据的地址会自动+1。因此CPU能以接近自身总 线的速度全速访问适配卡，适用于高清晰度电视与 3D信号。 2.减少存取延迟 能减小PCI总线设备的存取延迟，从 而缩短外设取得总线控制权所需的时间，保证数据传
10、 输的畅通。 3.独立于处理器 PCI总线通过桥接器与CPU总线连接 ，是CPU与外设间的缓冲器，CPU不需要去直接控 制外设。这样，任何类型的CPU都可接到PCI总线上 ，外设驱动程序与CPU的类型无关，用户可随意增添 外设。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学12.2.2 PCI总线的特点4.具有并行总线操作能力 PCI桥接器支持完全总线并行 操作，与处理器总线、PCI总线和扩展总线同步使 用。 5.即插即用 安装扩展卡时，不需要调整跳线开关或DIP 配置开关，系统嵌入自动配置软件，在加电时根据配 置寄存器的内容，自动配置PCI扩展卡，为板卡分配 存储地址、端口地址、中断
11、等信息，保证系统协调工 作，不发生资源冲突。 6.兼容性好易于扩展 总线信号少，32/64位插槽引脚数 为124/188，但必选信号较少，主设备只要49个，目标 设备47个。有不少保留脚可用于扩充，每隔几个脚就 有一根地线，抗干扰能力强。允许主板上使用多种扩 展卡，可以是3.3/5V卡和长/短/变高卡，十分灵活。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学12.2 PCI总线12.2.1 PCI局部总线12.2.2 PCI总线的特点12.2.3 基于PCI总线的计算机系统12.2.4 PCI总线信号12.2.5 PCI总线的应用12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学1
12、2.2.3 基于PCI总线的计算机系统lPCI总线经北桥连到CPU，PCI外设板卡直接挂接在PCI 总线上；南桥将ISA总线连到PCI总线，用来挂接基本I/O 设备和ISA外设。PCI在CPU和高速外设间架起桥梁，缩 短外设取得总线控制权时间，提高数据吞吐量。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学12.2.3 基于PCI总线的计算机系统l北桥芯片主要决定主板的规格、对硬件的支持以及系 统的性能，它连接着CPU、内存、AGP总线。主板支 持怎样的CPU、AGP显卡和内存，都由北桥决定。北 桥芯片工作频率较高，发热量高，应加散热器。l南桥芯片主要决定主板的功能，主板上的各种接口（
13、如串口、USB ）、PCI总线（接驳电视卡、声卡等 ）、IDE接口（接硬盘、光驱）以及扩展卡（声卡、 RAID卡、网卡）等，都归南桥芯片控制。l以桥的方式将两类不同结构的总线“粘合”在一起的技 术，特别适应系统升级换代。当CPU更新时，只需改 变CPU总线和更换北桥芯片，原有外设及适配卡仍可 继续使用。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学12.2 PCI总线12.2.1 PCI局部总线12.2.2 PCI总线的特点12.2.3 基于PCI总线的计算机系统12.2.4 PCI总线信号12.2.5 PCI总线的应用12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学12.2.4
14、 PCI总线信号l主设备与目标设备交换数据称交易Transaction。lPCI数据传输操作都是主设备启动传输，而目标设备 接收数据。主设备可请求控制总线，成为总线主，目 标设备则不能。因此，主设备比目标设备要多2个用 于总线仲裁的信号。lPCI主设备的总线信号如图12.4所示，左边是49个符 合PCI主设备的必选信号，除仲裁信号REQ#和GNT# 外，其余47个信号也符合目标设备。右边为可选信 号。各信号线上均标出了传输方向，信号后的“#”表 示低电平有效，与名称上加横杠含义相同。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学图12.4 PCI总线信号12.2 PCI总线第12章 总
15、线技术中国科学技术大学12.2.4 PCI总线信号1.系统信号 包括频率为33/66MHz的时钟信号CLK 和复位信号RST#。 2.地址/数据和命令 32位地址/数据多路复用信号 AD31：0，32位总线命令/字节使能复用信号 C/BE3：0#，奇偶校验信号PAR。 3.接口控制 即交易控制信号，实现1个或多个数据 传送，包括周期帧信号FRAME#、目标设备准备 好TRDY#、启动方准备好IRDY#、停止数据传送 STOP#、初始化设备选择IDSEL#、设备选择信 号DEVSEL#等控制信号。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学12.2.4 PCI总线信号4.仲裁信号 PC
16、I主设备通过总线占用请求REQ#和总线 允许GNT#这对仲裁信号， 连到PCI仲裁器上。 5.错误报告信号 含数据奇偶校验错PERR#和系统错误 报告SERR#两个信号。 6.64位扩展信号 用来实现32到64位的扩展，包括高32位 地址/数据信号AD63：32、高位总线C/BE7：4#、 高位双字奇偶校验PAR64、64位传送请求REQ64#、 64位传送响应ACK64#等信号。 7.其他信号 还包含用于便携式设备的时钟控制信号 LCKRUN#，4条中断请求线INTA#INTD#，电源 管理信号PME#，3.3Vaux 辅助电源信号，可由厂家 定义、用于PCI设备的在电路测试的一组边界扫描信 号JIAT。12.2 PCI总线第12章 总线技术中国科学技术大学PCI规范定义了5V/3.3V两种信号环境的扩展
