PCI總線(xiàn)系統體系結構

PCI （Peripheral Component Interconnect）總線(xiàn)是一種高性能局部總線(xiàn)，是為了滿(mǎn)足外設間以及外設與主機間高速數據傳輸而提出來(lái)的。在數字圖形、圖像和語(yǔ)音處理，以及高速實(shí)時(shí)數據采集與處理等對數據傳輸率要求較高的應用中，采用PCI總線(xiàn)來(lái)進(jìn)行數據傳輸，可以解決原有的標準總線(xiàn)數據傳輸率低帶來(lái)的瓶頸問(wèn)題。PCI是目前計算機插卡式外設總線(xiàn)的事實(shí)標準。

PCI提供了一組完整的總線(xiàn)接口規范，其目的是描述如何將計算機系統中的外圍設備以一種結構化和可控化的方式連接在一起，同時(shí)它還刻畫(huà)了外圍設備在連接時(shí)的電氣特性和行為規約，并且詳細定義了計算機系統中的各個(gè)不同部件之間應該如何正確地進(jìn)行交互。

同舊式的ISA總線(xiàn)不同，PCI將計算機系統中的總線(xiàn)子系統與存儲子系統完全地分開(kāi)，CPU通過(guò)一塊稱(chēng)為PCI橋（PCI-Bridge）的設備來(lái)完成同總線(xiàn)子系統的交互，如下圖所示：

　　由于使用了更高的時(shí)鐘頻率，因此PCI總線(xiàn)能夠獲得比ISA總線(xiàn)更好的整體性能。PCI總線(xiàn)的時(shí)鐘頻率一般在25MHz到33MHz范圍內，有些甚至能夠達到66MHz或者133MHz，而在64位系統中則最高能達到266MHz。盡管目前PCI設備大多采用32位數據總線(xiàn)，但PCI規范中已經(jīng)給出了64位的擴展實(shí)現，從而使PCI總線(xiàn)能夠更好地實(shí)現平臺無(wú)關(guān)性，現在PCI總線(xiàn)已經(jīng)能夠用于IA-32、Alpha、PowerPC、SPARC64和IA-64等體系結構中。

　　PCI總線(xiàn)具有五個(gè)非常顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)，使得它能夠完成最終取代ISA總線(xiàn)這一歷史使命：

　　● PCI總線(xiàn)的地址總線(xiàn)與數據總線(xiàn)是分時(shí)復用的，

　　● 在計算機和外設間傳輸數據時(shí)具有更好的性能；

　　● 能夠盡量獨立于具體的平臺；

　　● 可以很方便地實(shí)現即插即用；

　　● 中斷共享的實(shí)現

　　下圖是一個(gè)典型的基于PCI總線(xiàn)的計算機系統邏輯示意圖，系統的各個(gè)部分通過(guò)PCI總線(xiàn)和PCI-PCI橋連接在一起。從圖中不難看出，CPU和RAM需要通過(guò)PCI橋連接到PCI總線(xiàn)0（即主PCI總線(xiàn)），而具有PCI接口的顯卡則可以直接連接到主PCI總線(xiàn)上。PCI-PCI橋是一個(gè)特殊的PCI設備，它負責將PCI總線(xiàn)0和PCI總線(xiàn)1（即從PCI主線(xiàn)）連接在一起，通常PCI總線(xiàn)1稱(chēng)為PCI-PCI橋的下游（downstream），而PCI總線(xiàn)0則稱(chēng)為PCI-PCI橋的上游（upstream）。圖中連接到從PCI總線(xiàn)上的是SCSI卡和以太網(wǎng)卡。為了兼容舊的ISA總線(xiàn)標準，PCI總線(xiàn)還可以通過(guò)PCI-ISA橋來(lái)連接ISA總線(xiàn)，從而能夠支持以前的ISA設備。圖中ISA總線(xiàn)上連接著(zhù)一個(gè)多功能I/O控制器，用于控制鍵盤(pán)、鼠標和軟驅。

　　PCI總線(xiàn)在同一時(shí)刻只能供一對設備完成傳輸，這就要求有一個(gè)仲裁機構(Arbiter)，來(lái)決定在誰(shuí)有權力拿到總線(xiàn)的主控權。在PCI應用系統中，如果一個(gè)設備取得了總線(xiàn)控制權，就稱(chēng)之為“主設備”，而被主設備選中以進(jìn)行通信的設備稱(chēng)為“從設備”或“目標設備”。

　　在做數據傳輸時(shí)，由一個(gè)PCI設備做發(fā)起者(主控，Initiator或Master)，而另一個(gè)PCI設備做目標(從設備，Target或Slave)?？偩€(xiàn)上的所有時(shí)序的產(chǎn)生與控制，都由Master來(lái)發(fā)起。