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高性能数据传输系统哪家可以做?

      发布时间:2018-07-25 16:05

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      任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接,但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接,那么连线将会错综复杂,甚至难以实现。为了简化硬件电路设计、简化系统结构,常用一组线路,配置以适当的接口电路,与各部件和外围设备连接,这组共用的连接线路被称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充,尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。

      ----微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线,用于芯片一级的互连;而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线,用于插件板一级的互连;外部总线则是微机和外部设备之间的总线,微机作为一种设备,通过该总线和其他设备进行信息与数据交换,它用于设备一级的互连。

      ----另外,从广义上说,计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信,相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。并行通信速度快、实时性好,但由于占用的口线多,不适于小型化产品;而串行通信速率虽低,但在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中则显得更加简易、方便、灵活。串行通信一般可分为异步模式和同步模式。

      ----随着微电子技术和计算机技术的发展,总线技术也在不断地发展和完善,而使计算机总线技术种类繁多,各具特色。下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加以介绍。

      一、内部总线
      ----1.I2C总线
      ----I2C(Inter-IC)总线10多年前由Philips公司推出,是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式,具有接口线少,控制方式简化,器件封装形式小,通信速率较高等优点。在主从通信中,可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上,通过地址来识别通信对象。

      ----2.SPI总线

      ----串行外围设备接口SPI(serial peripheral interface)总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口。Motorola公司生产的绝大多数MCU(微控制器)都配有SPI硬件接口,如68系列MCU。SPI总线是一种三线同步总线,因其硬件功能很强,所以,与SPI有关的软件就相当简单,使CPU有更多的时间处理其他事务。

      ----3.SCI总线

      ----串行通信接口SCI(serial communication interface)也是由Motorola公司推出的。它是一种通用异步通信接口UART,与MCS-51的异步通信功能基本相同。

      二、系统总线
      ----1.ISA总线
      ----ISA(industrial standard architecture)总线标准是IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准,所以也叫AT总线。它是对XT总线的扩展,以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛,以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽。ISA总线有98只引脚。

      ----2.EISA总线

      ----EISA总线是1988年由Compaq等9家公司联合推出的总线标准。它是在ISA总线的基础上使用双层插座,在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线,也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中,EISA总线完全兼容ISA总线信号。

      ----3.VESA总线

      ----VESA(video electronics standard association)总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种局部总线,简称为VL(VESA local bus)总线。它的推出为微机系统总线体系结构的革新奠定了基础。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连,通常把这部分总线称为CPU总线或主总线,其他设备通过VL总线与CPU总线相连,所以VL总线被称为局部总线。它定义了32位数据线,且可通过扩展槽扩展到64 位,使用33MHz时钟频率,最大传输率达132MB/s,可与CPU同步工作。是一种高速、高效的局部总线,可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。

      ----4.PCI总线

      ----PCI(peripheral component interconnect)总线是当前最流行的总线之一,它是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线,且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小,其功能比VESA、ISA有极大的改善,支持突发读写操作,最大传输速率可达132MB/s,可同时支持多组外围设备。 PCI局部总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA(micro channel architecture)总线,但它不受制于处理器,是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。

      ----5.Compact PCI

      ----以上所列举的几种系统总线一般都用于商用PC机中,在计算机系统总线中,还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线,比如STD总线、 VME总线、PC/104总线等。这里仅介绍当前工业计算机的热门总线之一——Compact PCI。

      ----Compact PCI的意思是“坚实的PCI”,是当今第一个采用无源总线底板结构的PCI系统,是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准,是当今最新的一种工业计算机标准。Compact PCI是在原来PCI总线基础上改造而来,它利用PCI的优点,提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统,同时还考虑充分利用传统的总线产品,如ISA、STD、VME或PC/104来扩充系统的I/O和其他功能。

      三、外部总线
      ----1.RS-232-C总线
      ----RS-232-C是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线,包括一个主通道和一个辅助通道,在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。

      ----2.RS-485总线

      ----在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统,其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。

      ----3.IEEE-488总线

      ----上述两种外部总线是串行总线,而IEEE-488 总线是并行总线接口标准。IEEE-488总线用来连接系统,如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE-488总线装配起来。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号,连接方式为总线方式,仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元,但总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20米,信号传输速度一般为500KB/s,最大传输速度为1MB/s。

      ----4.USB总线

      ---通用串行总线USB(universal serial bus)是由Intel、 Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。它基于通用连接技术,实现外设的简单快速连接,达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源,而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。另外,快速是USB技术的突出特点之一,USB的最高传输率可达12Mbps比串口快100倍,比并口快近10倍,而且USB还能支持多媒体。

      回复:

        答案:3.总线

        总线发展路:ISA-->PCI-->AGP-->PCI-E。

        <1>、ISA总线

        最早的PC总线是IBM公司1981年在PC/XT 电脑采用的系统总线,它基于8bit的8088
      处理器,被称为PC总线或者PC/XT总线。在1984年的时候,IBM 推出基于16-bit Intel 80286处理器的PC/AT
      电脑,系统总线也相应地扩展为16bit,并被称呼为PC/AT 总线。而为了开发与IBM PC 兼容的外围设备,行业内便逐渐确立了以IBM PC
      总线规范为基础的ISA(工业标准架构:Industry Standard Architecture )总线。

        ISA 是8/16bit 的系统总线,最大传输速率仅为8MB/s ,但允许多个CPU
      共享系统资源。由于兼容性好,它在上个世纪80年代是最广泛采用的系统总线,不过它的弱点也是显而易见的,比如传输速率过低、CPU占用率高、占用硬件中断资源等。后来在PC‘98
      规范中,就开始放弃了ISA 总线,而Intel 从i810 芯片组开始,也不再提供对ISA 接口的支持。

        使用286和386SX以下CPU的电脑似乎和8/16bit ISA 总线还能够相处融洽,但当出现了32-bit
      外部总线的386DX处理器之后,总线的宽度就已经成为了严重的瓶颈,并影响到处理器性能的发挥。因此在1988年,康柏、惠普等9个厂商协同把ISA
      扩展到32-bit,这就是著名的EISA(Extended ISA,扩展ISA)总线。EISA 总线的工作频率仍旧仅有8MHz ,并且与8/16bit
      的ISA总线完全兼容,由于是32-bit 总线的缘故,带宽提高了一倍,达到了32MB/s .可惜的是,EISA
      仍旧由于速度有限,并且成本过高,在还没成为标准总线之前,在20世纪90年代初的时候,就给PCI 总线给取代了。

        <2>、PCI总线

        PCI是Peripheral Component
      Interconnect(外设部件互连标准)的缩写,它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口,几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。PCI插槽也是主板带有最多数量的插槽类型,在目前流行的台式机主板上,ATX结构的主板一般带有5~6个PCI插槽,而小一点的MATX主板也都带有2~3个PCI插槽,可见其应用的广泛性。

        PCI是由Intel公司1991年推出的一种局部总线。从结构上看,PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线,具体由一个桥接电路实现对这一层的管理,并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号缓冲,使之能支持10种外设,并能在高时钟频率下保持高性能,它为显卡,声卡,网卡,MODEM等设备提供了连接接口,它的工作频率为33MHz/66MHz。

        最早提出的PCI 总线工作在33MHz 频率之下,传输带宽达到了133MB/s(33MHz X
      32bit/8),基本上满足了当时处理器的发展需要。随着对更高性能的要求,1993年又提出了64bit 的PCI 总线,后来又提出把PCI
      总线的频率提升到66MHz 。目前广泛采用的是32-bit、33MHz 的PCI 总线,64bit的PCI插槽更多是应用于服务器产品。

        由于PCI 总线只有133MB/s
      的带宽,对声卡、网卡、视频卡等绝大多数输入/输出设备显得绰绰有余,但对性能日益强大的显卡则无法满足其需求。目前PCI接口的显卡已经不多见了,只有较老的PC上才有,厂商也很少推出此类接口的产品。当然,很多服务器不需要显卡性能好,因此使用古老的PCI显卡。通常只有一些完全不带有显卡专用插槽(例如AGP或者PCI
      Express)的主板上才考虑使用PCI显卡,例如为了升级845GL主板。PCI显卡性能受到极大限制,并且由于数量稀少,因此价格也并不便宜,只有在不得已的情况才考虑使用PCI显卡。

        <3>、AGP总线

        AGP(Accelerate Graphical
      Port),加速图形接口。随着显示芯片的发展,PCI总线日益无法满足其需求。英特尔于1996年7月正式推出了AGP接口,它是一种显示卡专用的局部总线。严格的说,AGP不能称为总线,它与PCI总线不同,因为它是点对点连接,即连接控制芯片和AGP显示卡,但在习惯上我们依然称其为AGP总线。AGP接口是基于PCI
      2.1 版规范并进行扩充修改而成,工作频率为66MHz。

        AGP总线直接与主板的北桥芯片相连,且通过该接口让显示芯片与系统主内存直接相连,避免了窄带宽的PCI总线形成的系统瓶颈,增加3D图形数据传输速度,同时在显存不足的情况下还可以调用系统主内存。所以它拥有很高的传输速率,这是PCI等总线无法与其相比拟的。

        由于采用了数据读写的流水线操作减少了内存等待时间,数据传输速度有了很大提高;具有133MHz及更高的数据传输频率;地址信号与数据信号分离可提高随机内存访问的速度;采用并行操作允许在CPU访问系统RAM的同时AGP显示卡访问AGP内存;显示带宽也不与其它设备共享,从而进一步提高了系统性能。

        AGP标准在使用32位总线时,有66MHz和133MHz两种工作频率,最高数据传输率为266Mbps和533Mbps,而PCI总线理论上的最大传输率仅为133Mbps。目前最高规格的AGP
      8X模式下,数据传输速度达到了2.1GB/s。

        AGP接口的发展经历了AGP1.0(AGP1X、AGP2X)、AGP2.0(AGP
      Pro、AGP4X)、AGP3.0(AGP8X)等阶段,其传输速度也从最早的AGP1X的266MB/S的带宽发展到了AGP8X的2.1GB/S。

        AGP 1.0(AGP1X、AGP2X)

        1996年7月AGP 1.0
      图形标准问世,分为1X和2X两种模式,数据传输带宽分别达到了266MB/s和533MB/s。这种图形接口规范是在66MHz
      PCI2.1规范基础上经过扩充和加强而形成的,其工作频率为66MHz,工作电压为3.3v,在一段时间内基本满足了显示设备与系统交换数据的需要。这种规范中的AGP带宽很小,现在已经被淘汰了,只有在前几年的老主板上还见得到。

        AGP2.0(AGP4X)

        显示芯片的飞速发展,图形卡单位时间内所能处理的数据呈几何级数成倍增长,AGP 1.0 图形标准越来越难以满足技术的进步了,由此AGP
      2.0便应运而生了。1998年5月份,AGP 2.0
      规范正式发布,工作频率依然是66MHz,但工作电压降低到了1.5v,并且增加了4x模式,这样它的数据传输带宽达到了1066MB/sec,数据传输能力大大地增强了。

        AGP Pro

        AGP Pro接口与AGP 2.0同时推出,这是一种为了满足显示设备功耗日益加大的现实而研发的图形接口标准,应用该技术的图形接口主要的特点是比AGP
      4x略长一些,其加长部分可容纳更多的电源引脚,使得这种接口可以驱动功耗更大(25-110w)或者处理能力更强大的AGP显卡。这种标准其实是专为高端图形工作站而设计的,完全兼容AGP
      4x规范,使得AGP 4x的显卡也可以插在这种插槽中正常使用。AGP
      Pro在原有AGP插槽的两侧进行延伸,提供额外的电能。它是用来增强,而不是取代现有AGP插槽的功能。根据所能提供能量的不同,可以把AGP Pro细分为AGP
      Pro110和AGP Pro50。在某些高档台式机主板上也能见到AGP Pro插槽,例如华硕的许多主板。

        AGP 3.0(AGP8X)

        2000年8月,Intel推出AGP3.0规范,工作电压降到0.8V,并增加了8x模式,这样它的数据传输带宽达到了2133MB/sec,数据传输能力相对于AGP
      4X成倍增长,能较好的满足当前显示设备的带宽需求。

        AGP接口的模式传输方式

        不同AGP接口的模式传输方式不同。1X模式的AGP,工作频率达到了PCI总线的两倍—66MHz,传输带宽理论上可达到266MB/s。AGP
      2X工作频率同样为66MHz,但是它使用了正负沿(一个时钟周期的上升沿和下降沿)触发的工作方式,在这种触发方式中在一个时钟周期的上升沿和下降沿各传送一次数据,从而使得一个工作周期先后被触发两次,使传输带宽达到了加倍的目的,而这种触发信号的工作频率为133MHz,这样AGP
      2X的传输带宽就达到了266MB/s×2(触发次数)=533MB/s的高度。AGP
      4X仍使用了这种信号触发方式,只是利用两个触发信号在每个时钟周期的下降沿分别引起两次触发,从而达到了在一个时钟周期中触发4次的目的,这样在理论上它就可以达到266MB/s×2(单信号触发次数)×2(信号个数)=1066MB/s的带宽了。在AGP
      8X规范中,这种触发模式仍然使用,只是触发信号的工作频率变成266MHz,两个信号触发点也变成了每个时钟周期的上升沿,单信号触发次数为4次,这样它在一个时钟周期所能传输的数据就从AGP4X的4倍变成了8倍,理论传输带宽将可达到266MB/s×4(单信号触发次数)×2(信号个数)=2133MB/s的高度了。

        目前常用的AGP接口为AGP4X、AGP
      PRO、AGP通用及AGP8X接口。需要说明的是由于AGP3.0显卡的额定电压为0.8—1.5V,因此不能把AGP8X的显卡插接到AGP1.0规格的插槽中。这就是说AGP8X规格与旧有的AGP1X/2X模式不兼容。而对于AGP4X系统,AGP8X显卡仍旧在其上工作,但仅会以AGP4X模式工作,无法发挥AGP8X的优势。

        <4>、PCI-E接口

        PCI
      Express(以下简称PCI-E)采用了目前业内流行的点对点串行连接,比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率,达到PCI所不能提供的高带宽。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输,PCI-E的双单工连接能提供更高的传输速率和质量,它们之间的差异跟半双工和全双工类似。

        PCI-E的接口根据总线位宽不同而有所差异,包括X1、X4、X8以及X16,而X2模式将用于内部接口而非插槽模式。PCI-E规格从1条通道连接到32条通道连接,有非常强的伸缩性,以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。此外,较短的PCI-E卡可以插入较长的PCI-E插槽中使用,PCI-E接口还能够支持热拔插,这也是个不小的飞跃。PCI-E
      X1的250MB/秒传输速度已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求,但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求。
      因此,用于取代AGP接口的PCI-E接口位宽为X16,能够提供5GB/s的带宽,即便有编码上的损耗但仍能够提供约为4GB/s左右的实际带宽,远远超过AGP
      8X的2.1GB/s的带宽。

        尽管PCI-E技术规格允许实现X1(250MB/秒),X2,X4,X8,X12,X16和X32通道规格,但是依目前形式来看,PCI-E
      X1和PCI-E X16已成为PCI-E主流规格,同时很多芯片组厂商在南桥芯片当中添加对PCI-E X1的支持,在北桥芯片当中添加对PCI-E
      X16的支持。除去提供极高数据传输带宽之外,PCI-E因为采用串行数据包方式传递数据,所以PCI-E接口每个针脚可以获得比传统I/O标准更多的带宽,这样就可以降低PCI-E设备生产成本和体积。另外,PCI-E也支持高阶电源管理,支持热插拔,支持数据同步传输,为优先传输数据进行带宽优化。

        在兼容性方面,PCI-E在软件层面上兼容目前的PCI技术和设备,支持PCI设备和内存模组的初始化,也就是说过去的驱动程序、操作系统无需推倒重来,就可以支持PCI-E设备。目前PCI-E已经成为显卡的接口的主流,不过早期有些芯片组虽然提供了PCI-E作为显卡接口,但是其速度是4X的,而不是16X的,例如VIA
      PT880 Pro和VIA PT880 Ultra,当然这种情况极为罕见。

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