標籤: 暫無標籤

PCI(Peripheral Component Interconnect)是 一種由英特爾(Intel)公司1991年推出的用於定義局部匯流排的標準。此標準允許在計算機內安裝多達10個遵從PCI標準的擴展卡。

1 PCI -PCI概述

PCIPCI

從1992年創立規範到如今,PCI匯流排已成為了計算機的一種標準匯流排。由PCI匯流排構成的標準系統結構如圖一所示。 PCI匯流排取代了早先的ISA匯流排。當然與在PCI匯流排後面出現專門用於顯卡的AGP匯流排,與現在PCI Express匯流排相比,速度要慢,但是PCI能從1992用到現在,說明他有許多優點,比如即插即用(Plug and Play)、中斷共享等。

從數據寬度上看,PCI匯流排有32bit、64bit之分;從匯流排速度上分,有33MHz、66MHz兩種。目前流行的是32bit @ 33MHz,而64bit系統正在普及中。改良的PCI系統,PCI-X,最高可以達到64bit @ 133MHz,這樣就可以得到超過1GB/s的數據傳輸速率。如果沒有特殊說明,以下的討論以32bit @ 33MHz為例。

一、基本概念

不同於ISA匯流排,PCI匯流排的地址匯流排與數據匯流排是分時復用的。這樣做的好處是,一方面可以節省接插件的管腳數,另一方面便於實現突發數據傳輸。在做數據傳輸時,由一個PCI設備做發起者(主控,Initiator或Master),而另一個PCI設備做目標(從設備,Target或Slave)。匯流排上的所有時序的產生與控制,都由Master來發起。PCI匯流排在同一時刻只能供一對設備完成傳輸,這就要求有一個仲裁機構(Arbiter),來決定在誰有權力拿到匯流排的主控權。

32bit PCI系統的管腳按功能來分有以下幾類:

系統控制: CLK,PCI時鐘,上升沿有效
RST ,Reset信號
傳輸控制: FRAME#,標誌傳輸開始與結束
IRDY#,Master可以傳輸數據的標誌
DEVSEL#,當Slave發現自己被定址時置低應答
TRDY#,Slave可以轉輸數據的標誌
STOP#,Slave主動結束傳輸數據的信號
IDSEL,在即插即用系統啟動時用於選中板卡的信號
地址與數據匯流排: AD[31::0],地址/數據分時復用匯流排
C/BE#[3::0],命今/位元組使能信號
PAR,奇偶校驗信號
仲裁號: REQ#,Master用來請求匯流排使用權的信號
GNT#,Arbiter允許Master得到匯流排使用權的信號
錯誤報告: PERR#,數據奇偶校驗錯
SERR#,系統奇偶校驗錯

PCIPCI

當PCI匯流排進行操作時,發起者(Master)先置REQ#,當得到仲裁器(Arbiter)的許可時(GNT#),會將FRAME#置低,並在AD匯流排上放置Slave地址,同時C/BE#放置命令信號,說明接下來的傳輸類型。所有PCI匯流排上設備都需對此地址解碼,被選中的設備要置DEVSEL#以聲明自己被選中。然後當IRDY#與TRDY#都置低時,可以傳輸數據。當Master數據傳輸結束前,將FRAME#置高以標明只剩最後一組數據要傳輸,並在傳完數據後放開IRDY#以釋放匯流排控制權。

這裡我們可以看出,PCI匯流排的傳輸是很高效的,發出一組地址后,理想狀態下可以連續發數據,峰值速率為132MB/s。實際上,目前流行的33M@32bit北橋晶元一般可以做到100MB/s的連續傳輸。

二、即插即用的實現

所謂即插即用,是指當板卡插入系統時,系統會自動對板卡所需資源進行分配,如基地址、中斷號等,並自動尋找相應的驅動程序。而不象舊的ISA板卡,需要進行複雜的手動配置。

實際的實現遠比說起來要複雜。在PCI板卡中,有一組寄存器,叫"配置空間"(Configuration Space),用來存放基地址與內存地址,以及中斷等信息。

以內存地址為例。當上電時,板卡從ROM里讀取固定的值放到寄存器中,對應內存的地方放置的是需要分配的內存位元組數等信息。操作系統要跟據這個信息分配內存,並在分配成功后把相應的寄存器中填入內存的起始地址。這樣就不必手工設置開關來分配內存或基地址了。對於中斷的分配也與此類似。

PCIPCI

三、中斷共享的實現

ISA卡的一個重要局限在於中斷是獨佔的,而我們知道計算機的中斷號只有16個,系統又用掉了一些,這樣當有多塊ISA卡要用中斷時就會有問題了。

PCI匯流排的中斷共享由硬體與軟體兩部分組成。

硬體上,採用電平觸發的辦法:中斷信號在系統一側用電阻接高,而要產生中斷的板卡上利用三極體的集電極將信號拉低。這樣不管有幾塊板產生中斷,中斷信號都是低;而只有當所有板卡的中斷都得到處理后,中斷信號才會回復高電平。

軟體上,採用中斷鏈的方法:假設系統啟動時,發現板卡A用了中斷7,就會將中斷7對應的內存區指向A卡對應的中斷服務程序入口ISR_A;然後系統發現板卡B也用中斷7,這時就會將中斷7對應的內存區指向ISR_B,同時將ISR_B的結束指向ISR_A。以此類推,就會形成一個中斷鏈。而當有中斷髮生時,系統跳轉到中斷7對應的內存,也就是ISR_B。ISR_B就要檢查是不是B卡的中斷,如果是,要處理,並將板卡上的拉低電路放開;如果不是,則呼叫ISR_A。這樣就完成了中斷的共享。

2 PCI -特點

PCIPCI

PCI匯流排系統要求有一個PCI控制卡,它必須安裝在一個PCI插槽內。這種插槽是目前主板帶有最多數量的插槽類型,在當前流行的台式機主板上,ATX結構的主板一般帶有5~6個PCI插槽,而小一點的MATX主板也都帶有2~3個PCI插槽。根據實現方式不同,PCI控制器可以與CPU一次交換32位或64位數據,它允許智能PCI輔助適配器利用一種匯流排主控技術與CPU并行地執行任務。PCI允許多路復用技術,即允許一個以上的電子信號同時存在於匯流排之上。

3 PCI -PCI DAQ 卡

PCI-1710/1710HG PCI 匯流排 16 通道 100 KHz,12 位多功能卡(高增益)  4510.-   
PCI-1720 4 通道隔離 D/A 輸出卡                            4510.-   
PCI-1750 PCI 匯流排 32 通道數字量輸入/輸出卡,具有 2500 V DC 隔離保護  1645-   
PCI-1751 PCI 匯流排 48 位數字量輸入/輸出卡           1280-   
PCI-1760 繼電器輸出和隔離數字量輸入卡              2240-   
PCI-1713                  100 kS/s、12 位卡、32 通道 隔離模擬量輸入   5420.- 
PCI-1714  4通道同步30MS/s模擬量輸入卡 
PCI-1711 100KS/s,12位16路單端輸入低成本多功能數據採集卡 
PCI-1711L 100KS/s,12位16路單端輸入低成本多功能數據採集卡 
PCI-1712 1MS/s,12位高速多功能數據採集卡 
PCI-1712L 1MS/s,12位高速多功能數據採集卡 
PCI-1716 250 KS/s, 16位, 16路高解析度多功能數據採集卡 
PCI-1716L 16位高精度多功能帶模擬量輸出數據採集卡
PCI-1747U  250K 16-bit 64-ch AI card 
PCI-1721 12位,4路增強模擬量輸出卡 
PCI-1723 16位,8路非隔離模擬量輸出卡
PCI-1724U  14-bit, 32-ch Isolated Analog Output Card 
PCI-1730 32路隔離數字量輸入/輸出卡 
PCI-1733 32路隔離數字量輸入卡 
PCI-1734 32路隔離數字量輸出卡 
PCI-1752 64路隔離數字量輸出卡 
PCI-1753 96/192位數字量I/0卡 
PCI-1753E PCI-1753擴展板 
PCI-1754 64路隔離數字量輸入卡
PCI-1755 高速32通道數字量輸入輸出板卡 
PCI-1756 64路隔離數字量I/O卡 
PCI-1761 8路繼電器輸出和8路隔離數字量輸入卡 
PCI-1762 16路隔離數字量輸入和16路繼電器輸出卡
PCI-1780 8通道計數器/定時器卡

4 PCI -主要版本

PCI2.2允許66MHz的信號傳輸(需要在3.3伏特的信號,傳輸速率峰值為533MB每秒)。

PCI2.3允許使用3.3伏特和通用標識符,但在5伏特的情況不能下使用。

PCI3.0是PCI匯流排的最後一個官方版本,徹底取消了對使用5伏特的設備的支持。

PCI-X稍稍改變了協定並增加了資料傳輸速率到133MHz(傳輸速率峰值為1066MB/s)。

PCI-X2.0指定了266MHz(傳輸速率峰值為2133MB/s)和533MHz速率,擴充可規劃空間至4096bytes,增加了16-bit的可變匯流排並且允許1.5伏特的電壓訊號。

微型PCI是PCI2.2版中的新要素,主要用於筆記本電腦的內部。

Cardbus是32位33MHz的PCI,是PCMCIA的要素。

緊湊型PCI,usesEurocard-sizedmodulespluggedintoaPCIbackplane.

PC/104-Plus是一種利用PCI匯流排連接多個連接器的工業匯流排。

高級電訊計算體系(ATCA)是電訊工業下一代匯流排。

5 PCI -PCI匯流排

PCI匯流排是一種高性能局部匯流排,是為了滿足外設間以及外設與主機間高速數據傳輸而提出來的。在數字圖形、圖像和語音處理,以及高速實時數據採集與處理等對數據傳輸率要求較高的應用中,採用PCI匯流排來進行數據傳輸,可以解決原有的標準匯流排數據傳輸率低帶來的瓶頸問題。

最早提出的PCI匯流排工作在33MHz頻率之下,傳輸帶寬達到133MB/s(33MHz*32bit/s),基本上滿足了當時處理器的發展需要。隨著對更高性能的要求,1993年又提出了64bit的PCI匯流排,後來又提出把PCI匯流排的頻率提升到66MHz。目前廣泛採用的是32-bit、33MHz的PCI匯流排,64bit的PCI插槽更多是應用於伺服器產品。從結構上看,PCI是在CPU和原來的系統匯流排之間插入的一級匯流排,具體由一個橋接電路實現對這一層的管理,並實現上下之間的介面以協調數據的傳送。管理器提供信號緩衝,能在高時鐘頻率下保持高性能,社和為顯卡,音效卡,網卡,MODEM等設備提供連接介面,工作頻率為33MHz/66MHz。

PCI匯流排系統要求有一個PCI控制卡,它必須安裝在一個PCI插槽內。根據實現方式不同,PCI控制器可以與CPU一次交換32位或64位數據,它允許智能PCI輔助適配器利用一種匯流排主控技術與CPU并行地執行任務。PCI允許多路復用技術,即允許一個以上的電子信號同時存在於匯流排之上。

PCI匯流排的主要性能

(1)支持10台外設
(2)匯流排時鐘頻率33.3MHz/66MHz
(3)最大數據傳輸速率133MB/s
(4)時鐘同步方式
(5)與CPU及時鐘頻率無關
(6)匯流排寬度32位(5V)/64位(3.3V)
(7)能自動識別外設

PCI匯流排的主要特點

•具有與處理器和存儲器子系統完全并行操作的能力
•具有隱含的中央仲裁系統
•採用多路復用方式(地址線和數據線)減少了引腳數
•支持64位定址 •完全的多匯流排主控能力
•提供地址和數據的奇偶校驗
•可以轉換5V和3.3V的信號環境

6 PCI -PCI插槽

PCIPCI插槽

PCI插槽是基於PCI局部匯流排的擴展插槽,其顏色一般為乳白色,位於主板上AGP插槽的下方,ISA插槽的上方。其位寬為32位或64位,工作頻率為33MHz,最大數據傳輸率為133MB/sec(32位)和266MB/sec(64位)。可插接顯卡、音效卡、網卡、內置Modem、內置ADSLModem、USB2.0卡、IEEE1394卡、IDE介面卡、RAID卡、電視卡、視頻採集卡以及其它種類繁多的擴展卡。PCI插槽是主板的主要擴展插槽,通過插接不同的擴展卡可以獲得目前電腦能實現的幾乎所有功能,是名副其實的「萬用」擴展插槽。

PCI插槽是目前主板帶有最多數量的插槽類型,在當前流行的台式機主板上,ATX結構的主板一般帶有5~6個PCI插槽,而小一點的MATX主板也都帶有2~3個PCI插槽。

根據實現方式不同,PCI控制器可以與CPU一次交換32位或64位數據,它允許智能PCI輔助適配器利用一種匯流排主控技術與CPU并行地執行任務。PCI允許多路復用技術,即允許一個以上的電子信號同時存在於匯流排之上。

由於PCI 匯流排只有133MB/s的帶寬,對音效卡、網卡、視頻卡等絕大多數輸入/輸出設備顯得綽綽有餘,但對性能日益強大的顯卡則無法滿足其需求。Intel在2001年春季的IDF上,正式公布了旨在取代PCI匯流排的第三代I/O技術,該規範由Intel支持的AWG(Arapahoe Working Group)負責制定。2002年4月17日,AWG正式宣布3GIO1.0規範草稿制定完畢,並移交PCI-SIG(PCI特別興趣小組,PCI-Special Interest Group)進行審核。開始的時候大家都以為它會被命名為Serial PCI(受到串
行ATA的影響),但最後卻被正式命名為PCI Express,Express意思是高速、特別快的意思。

7 PCI -PCI-E標準

PCI-E或稱PCI-Express是最新的匯流排和介面標準,它原來的名稱為「3GIO」,是由英特爾提出的,很明顯英特爾的意思是它代表著下一代I/O介面標準。交由PCI-SIG(PCI特殊興趣組織)認證發布后才改名為「PCI-Express」。這個新標準將全面取代現行的PCI和AGP,最終實現匯流排標準的統一。它的主要優勢就是數據傳輸速率高,目前最高可達到10GB/s以上,而且還有相當大的發展潛力。PCI-Express也有多種規格,從PCI-Express 1X到PCI-Express 16X,能滿足現在和將來一定時間內出現的低速設備和高速設備的需求。能支持PCI-Express的主要是英特爾的i915和i925系列晶元組。

PCI-E採用了流行的點對點串列連接,比起PCI以及更早期的計算機匯流排的共享并行架構,每個設備都有自己的專用連接,不需要向整個匯流排請求帶寬,而且可以把數據傳輸率提高到一個很高的頻率,達到PCI所不能提供的高帶寬。相對於傳統PCI匯流排在單一時間周期內只能實現單向傳輸,PCI-E的雙單工連接能提供更高的傳輸速率和質量,它們之間的差異跟半雙工和全雙工類似。

PCI-E的介面根據匯流排位寬不同而有所差異,包括X1、X4、X8以及X16,而X2模式將用於內部介面而非插槽模式。PCI-E規格從1條通道連接到32條通道連接,有非常強的伸縮性,以滿足不同系統設備對數據傳輸帶寬不同的需求。此外,較短的PCI-E卡可以插入較長的PCI-E插槽中使用,PCI-E介面還能夠支持熱拔插,這也是個不小的飛躍。PCI-E X1的250MB/秒傳輸速度已經可以滿足主流聲效晶元、網卡晶元和存儲設備對數據傳輸帶寬的需求,但是遠遠無法滿足圖形晶元對數據傳輸帶寬的需求。 因此,用於取代AGP介面的PCI-E介面位寬為X16,能夠提供5GB/s的帶寬,即便有編碼上的損耗但仍能夠提供約為4GB/s左右的實際帶寬,遠遠超過AGP 8X的2.1GB/s的帶寬。

PCIPCI

儘管PCI-E技術規格允許實現X1(250MB/秒),X2,X4,X8,X12,X16和X32通道規格,但是依目前形式來看,PCI-E X1和PCI-E X16已成為PCI-E主流規格,同時很多晶元組廠商在南橋晶元當中添加對PCI-E X1的支持,在北橋晶元當中添加對PCI-E X16的支持。除去提供極高數據傳輸帶寬之外,PCI-E因為採用串列數據包方式傳遞數據,所以PCI-E介面每個針腳可以獲得比傳統I/O標準更多的帶寬,這樣就可以降低PCI-E設備生產成本和體積。另外,PCI-E也支持高階電源管理,支持熱插拔,支持數據同步傳輸,為優先傳輸數據進行帶寬優化。

優點:

與PCI匯流排相比,PCI-Express匯流排主要以下優點:

1) PCI-Express是串列匯流排,進行點對點傳輸,每個傳輸通道獨享帶寬。

2) PCI-Express匯流排支持雙向傳輸模式和數據分通道傳輸模式。其中數據分通道傳輸模式即PCI-Express匯流排的x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32多通道連接,x1單向傳輸帶寬即可達到250MB/s,雙向傳輸帶寬更能夠達到500MB/s,這個已經不是普通PCI匯流排所能夠相比的了。

3) PCI-Express匯流排充分利用先進的點到點互連、基於交換的技術、基於包的協議來實現新的匯流排性能和特徵。電源管理、服務質量(QoS)、熱插拔支持、數據完整性、錯誤處理機制等也是PCI-Express匯流排所支持的高級特徵。

4) 與PCI匯流排良好的繼承性,可以保持軟體的繼承和可靠性。PCI-Express匯流排關鍵的PCI特徵,比如應用模型、存儲結構、軟體介面等與傳統PCI匯流排保持一致,但是并行的PCI匯流排被一種具有高度擴展性的、完全串列的匯流排所替代。

5) PCI-Express匯流排充分利用先進的點到點互連,降低了系統硬體平台設計的複雜性和難度,從而大大降低了系統的開發製造設計成本,極大地提高系統的性價比和健壯性。系統匯流排帶寬提高同時,減少了硬體PIN的數量,硬體的成本直接下降。

缺點:

1) 并行匯流排無法連接太多設備,匯流排擴展性比較差,線間干擾將導致系統無法正常工作;

2) 當連接多個設備時,匯流排有效帶寬將大幅降低,傳輸速率變慢;

3) 為了降低成本和儘可能減少相互間的干擾,需要減少匯流排帶寬,或者地址匯流排和數據匯流排採用復用方式設計,這樣降低了帶寬利用率。 PCI-Express匯流排是為將來的計算機和通訊平台定義的一種高性能,通用I/O互連匯流排。

8 PCI -發展歷史

PCIPCI

PCI標準的開發於1990年前後開始於英特爾公司。1992年6月22日,英特爾發表PCI1.0標準,該標準僅限於組件級規範。1993年4月30日,PCI-SIG發表了PCI2.0標準,這個標準第一次建立了連接器與主板插槽間的標準。

PCI標準被立即應用於伺服器中,取代了先前的MCA及EISA,成為伺服器擴展匯流排的不二選擇。在主流個人計算機中,PCI標準則緩慢地取代著VESA局部匯流排(VLB);直至1994年後期第二代奔騰PC推出后,該標準方得以實現具有重要意義的市場突破。1996年,VLB徹底退出了個人計算機市場,製造廠商甚至將PCI標準應用於486計算機中。EISA標準則與PCI標準共存使用至2000年。蘋果電腦在1995年中期將PCI標準應用於專業產品PowerMacintosh電腦中(而取代了NuBus),而消費者產品MacintoshPerforma則於1996年中期完成了換代(取代了LCPDS)。

後續版本的PCI標準不斷加入了新的功能與性能提升,包括66MHz/3.3V標準,133MHzPCI-X以及適應多種主板板型等。2004年,串列匯流排標準PCI-Express面世后,主板製造商逐漸減少了傳統PCI插槽,而引入PCIExpress介面。雖然這兩種介面還會同時並存,但是傳統的PCI匯流排將會慢慢的消失。

上一篇[容克斯]    下一篇 [休達]

相關評論

同義詞:暫無同義詞