ISA總線和PCI總線的比較

ISA總線
ISA總線:(IndustryStandardArchitecture:工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)）是IBM公司為PC/AT電腦而制定的總線標(biāo)準(zhǔn)，為16位體系結(jié)構(gòu)，只能支持16位的I/O設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸率大約是8MB/S。也稱為AT標(biāo)準(zhǔn)。
PCI總線
PCI技術(shù)規(guī)格簡介
從1992年創(chuàng)立規(guī)范到如今，PCI總線已成為了計算機的一種標(biāo)準(zhǔn)總線。由PCI總線構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一所示。
PCI總線取代了早先的ISA總線。當(dāng)然與在PCI總線后面出現(xiàn)專門用于顯卡的AGP總線，與現(xiàn)在PCIExpress總線，但是PCI能從1992用到現(xiàn)在，說明他有許多優(yōu)點，比如即插即用(PlugandPlay)、中斷共享等。在這里我們對PCI總線做一個深入的介紹。
從數(shù)據(jù)寬度上看，PCI總線有32bit、64bit之分；從總線速度上分，有33MHz、66MHz兩種。目前流行的是32bit@33MHz，而64bit系統(tǒng)正在普及中。改良的PCI系統(tǒng)，PCI-X，最高可以達到64bit@133MHz，這樣就可以得到超過1GB/s的數(shù)據(jù)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
不同于ISA總線，PCI總線的地址總線與數(shù)據(jù)總線是分時復(fù)用的。這樣做的好處是，一方面可以節(jié)省接插件的管腳數(shù)，另一方面便于實現(xiàn)突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸。在做數(shù)據(jù)傳輸時，由一個PCI設(shè)備做發(fā)起者(主控，Initiator或Master)，而另一個PCI設(shè)備做目標(biāo)(從設(shè)備，Target或Slave)?？偩€上的所有時序的產(chǎn)生與控制，都由Master來發(fā)起。PCI總線在同一時刻只能供一對設(shè)備完成傳輸，這就要求有一個仲裁機構(gòu)(Arbiter)，來決定在誰有權(quán)力拿到總線的主控權(quán)。
32bitPCI系統(tǒng)的管腳按功能來分有以下幾類：
系統(tǒng)控制：CLK，PCI時鐘，上升沿有效
RST，Reset信號
傳輸控制：FRAME#，標(biāo)志傳輸開始與結(jié)束
IRDY#，Master可以傳輸數(shù)據(jù)的標(biāo)志
DEVSEL#，當(dāng)Slave發(fā)現(xiàn)自己被尋址時置低應(yīng)答
TRDY#，Slave可以轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)的標(biāo)志
STOP#，Slave主動結(jié)束傳輸數(shù)據(jù)的信號
IDSEL，在即插即用系統(tǒng)啟動時用于選中板卡的信號
地址與數(shù)據(jù)總線：AD[31::0]，地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線
C/BE#[3::0]，命今/字節(jié)使能信號
PAR，奇偶校驗信號
仲裁號：REQ#，Master用來請求總線使用權(quán)的信號
GNT#，Arbiter允許Master得到總線使用權(quán)的信號
錯誤報告：PERR#，數(shù)據(jù)奇偶校驗錯
SERR#，系統(tǒng)奇偶校驗錯
當(dāng)PCI總線進行操作時，發(fā)起者(Master)先置REQ#，當(dāng)?shù)玫街俨闷?Arbiter)的許可時(GNT#)，會將FRAME#置低，并在AD總線上放置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總線上設(shè)備都需對此地址譯碼，被選中的設(shè)備要置DEVSEL#以聲明自己被選中。然后當(dāng)IRDY#與TRDY#都置低時，可以傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)Master數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束前，將FRAME#置高以標(biāo)明只剩最后一組數(shù)據(jù)要傳輸，并在傳完數(shù)據(jù)后放開IRDY#以釋放總線控制權(quán)。
這里我們可以看出，PCI總線的傳輸是很高效的，發(fā)出一組地址后，理想狀態(tài)下可以連續(xù)發(fā)數(shù)據(jù)，峰值速率為132MB/s。實際上，目前流行的33M@32bit北橋芯片一般可以做到100MB/s的連續(xù)傳輸。
二、即插即用的實現(xiàn)
所謂即插即用，是指當(dāng)板卡插入系統(tǒng)時，系統(tǒng)會自動對板卡所需資源進行分配，如基地址、中斷號等，并自動尋找相應(yīng)的驅(qū)動程序。而不象舊的ISA板卡，需要進行復(fù)雜的手動配置。
實際的實現(xiàn)遠比說起來要復(fù)雜。在PCI板卡中，有一組寄存器，叫"配置空間"(ConfigurationSpace)，用來存放基地址與內(nèi)存地址，以及中斷等信息。
以內(nèi)存地址為例。當(dāng)上電時，板卡從ROM里讀取固定的值放到寄存器中，對應(yīng)內(nèi)存的地方放置的是需要分配的內(nèi)存字節(jié)數(shù)等信息。操作系統(tǒng)要跟據(jù)這個信息分配內(nèi)存，并在分配成功后把相應(yīng)的寄存器中填入內(nèi)存的起始地址。這樣就不必手工設(shè)置開關(guān)來分配內(nèi)存或基地址了。對于中斷的分配也與此類似.北京寶控科技有限公司
三、中斷共享的實現(xiàn)
ISA卡的一個重要局限在于中斷是獨占的，而我們知道計算機的中斷號只有16個，系統(tǒng)又用掉了一些，這樣當(dāng)有多塊ISA卡要用中斷時就會有問題了.www.baokong.cn
PCI總線的中斷共享由硬件與軟件兩部分組成。
硬件上，采用電平觸發(fā)的辦法：中斷信號在系統(tǒng)一側(cè)用電阻接高，而要產(chǎn)生中斷的板卡上利用三極管的集電極將信號拉低。這樣不管有幾塊板產(chǎn)生中斷，中斷信號都是低；而只有當(dāng)所有板卡的中斷都得到處理后，中斷信號才會回復(fù)高電平。
軟件上，采用中斷鏈的方法：假設(shè)系統(tǒng)啟動時，發(fā)現(xiàn)板卡A用了中斷7，就會將中斷7對應(yīng)的內(nèi)存區(qū)指向A卡對應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口ISR_A；然后系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)板卡B也用中斷7，這時就會將中斷7對應(yīng)的內(nèi)存區(qū)指向ISR_B，同時將ISR_B的結(jié)束指向ISR_A。以此類推，就會形成一個中斷鏈。而當(dāng)有中斷發(fā)生時，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到中斷7對應(yīng)的內(nèi)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，并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。
通過以上討論，我們不難看出，PCI總線有著極大的的優(yōu)勢。而近年來的市場情況也證實了這一點。
添加：
1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI的概念，并聯(lián)合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集團，其英文全稱為：PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup(外圍部件互連專業(yè)組)，簡稱PCISIG。PCI有32位和64位兩種，32位PCI有124引腳，64位有188引腳，目前常用的是32位PCI。32位PCI的數(shù)據(jù)傳輸率為133MB／s，大大高于ISA。
PCI總線的主要性能
（1）支持10臺外設(shè)
（2）總線時鐘頻率33.3MHz/66MHz
（3）最大數(shù)據(jù)傳輸速率133MB/s
（4）時鐘同步方式
（5）與CPU及時鐘頻率無關(guān)
（6）總線寬度32位（5V）/64位（3.3V）
（7）能自動識別外設(shè)