计算机组成与系统结构 陈泽宇 副教授

第1章 计算机系统概论 第2章 运算方法和运算器 第3章 存储系统 第4章 指令系统 第5章 中央处理器（CPU） 第6章 总线系统 第7章 输入输出（I/O）系统 第8章 并行计算机系统

6.3 总线系统实例 微型计算机总线技术标准的发展 PC/XT总线（1981年） PC/AT或ISA总线（1984年） EISA总线（1988年） VESA总线（1989年） PCI总线（1991年） AGP总线（1997年） PCI-X总线（1998年） PCI Express（2004年）

6.3.1 ISA总线 ISA（Industry Standard Architecture，工业标准结构）总线是IBM PC/XT和PC/AT使用的8位总线发展来的总线标准 是8/16位兼容总线，I/O插槽有8位和8/16位两种类型： 8位扩展槽由62个引脚组成 包括20条地址线和8条数据线，用于8位数据传输 8/16位扩展槽除了一个8位62线的连接器外，还有一个附加的36线连接器 既可以支持8位插接板，也可支持16位插接板（24条地址线和16条数据线）

一般用于连接中、低速I/O设备 使用ISA总线接口的外设适配器（声卡） 主要性能指标： 24位地址线可直接寻址16MB主存 8/16位数据线 最高时钟频率8MHz 最大传输率（总线带宽）16MB/s 12个外部中断请求输入端 7个DMA通道

6.3.2 PCI总线 PCI（外设部件互连，Peripheral Component Interconnect）总线是1991年由Intel、IBM、Compaq、Apple等几家公司联合推出的 PCI是一个与处理器无关的高速外围总线，又是至关重要的层间总线 可支持10台外部设备 采用同步时序协议和集中式仲裁策略 具有自动配置能力

典型的PCI总线结构框图 FLASH演示

⑴ HOST总线，又称宿主总线 不仅连接主存，还可连接多个CPU ⑵ PCI总线 用于连接各种高速PCI设备 PCI设备可以是主设备，也可以是从设备，或兼而有之 系统中允许有多条PCI总线 用HOST桥与HOST总线相连，用PCI-PCI桥与PCI总线相连，扩充整个系统的PCI总线负载能力 ⑶ LEGACY总线 性能较低的传统总线，支持中、低速I/O设备

在PCI总线体系结构中有三种桥 HOST桥、PCI-PCI桥、PCI-LEGACY桥 HOST桥又是PCI总线控制器，含有中央仲裁器 桥具有重要作用 连接两条总线，使彼此之间相互通信 总线转换部件，把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间上 使系统中任意一个总线主设备都能看到同样的一份地址表

以桥连接实现的PCI总线结构具有很好的扩充性和兼容性， 允许多条总线并行工作 与处理器无关 不论HOST总线上是单CPU还是多CPU，也不论CPU是什么型号，只要有相应的HOST桥芯片（组），就可与PCI总线相连

采用32/64位数据线和32位地址线 使用同步时序协议，总线时钟是方波信号，频率33/66MHz 定义了5V和3.3V两种工作电压 采用集中式仲裁方式 每个PCI主设备都有独立的REQ（总线请求）和GNT（总线授权）信号线与中央仲裁器相连 由中央仲裁器根据算法对各主设备的申请进行仲裁，决定把总线使用权授予谁

6.3.3 AGP总线 AGP（Accelerated Graphics Port，加速图形端口）总线标准是在PCI总线难以适应高总线频率和高视频带宽需求的情况下出现的 AGP是微型机系统中专门为3D显示而设置的加速图形接口 以66MHz（AGP的基频）PCI 2.1规范为基础 支持点对点连接 允许3D图形数据越过PCI总线 解决了PCI总线系统设计对于超高速系统的瓶颈问题

主要特点 1. 数据读写流水线操作 2. 数据传输频率大大提高 3. 直接存储器执行 4. 地址信号与数据信号分离 5. 并行操作

在×2、×4、×8模式下，其最大传输率达到532MB/s、1.064GB/s、2.128GB/s AGP有多种工作模式 AGP为显卡提供了快速通道 在×2、×4、×8模式下，其最大传输率达到532MB/s、1.064GB/s、2.128GB/s AGP模式 工作频率（MHz） 数据传输率（MBps） 传输方式 ×1 66 266 上升沿 ×2 133 532 上升沿和下降沿 ×4 1064 ×8 2128

6.3.4 PCI Express总线 是一种基于串行技术、高带宽连接点、芯片到芯片连接的新型总线技术 采用4根信号线 两根差分信号线用于接收，两根差分信号线用于发送 信号频率2.5GHz，采用8/10位编码 定义了用于多种通道的连接方式 ×1、×4、×8、×16、×32通道的连接器，分别对应500MB/s、2GB/s、4GB/s、8GB/s和16GB/s的带宽 支持热插拔和热交换

PCI Express总线插槽 可用于ATX和BTX主板系统

PCI Express总线技术特点 1．两个设备之间点对点互连 与PCI设备共享同一总线资源不同，PCI Express采用点对点技术 能为每个设备提供独立通道带宽，无需在设备之间共享资源 充分保证设备的带宽资源，提高数据传输率 2．采用双通道技术，传输率高 采用类似于全双工模式的特殊双通道通信技术 使传输率大大提高

3．扩展灵活方便 PCI总线只能在机箱内通过扩展插槽加以扩张，而PCI Express可以扩展到系统之外 通过PCI Express专用电缆将各种外围设备与系统内的PCI Express总线相连 4．引线少，功耗低 由于采用串行技术，因此每个通道仅需要4根引线 减少了引线数量 电源消耗的功率随之降低

5．支持热插拔和热交换 通过PCI Express可以方便地将外部设备与总线进行在线插拔 6．软件层与PCI兼容 采用PCI Express总线标准的最大意义在于其通用性和兼容性 通过与PCI软件模块的完全兼容，可以确保现有设备和驱动程序不用修改仍能正常工作

本讲到此结束，谢谢！