PCI總線系統(tǒng)體系結構

PCI （Peripheral Component Interconnect）總線是一種高性能局部總線，是為了滿足外設間以及外設與主機間高速數(shù)據(jù)傳輸而提出來的。在數(shù)字圖形、圖像和語音處理，以及高速實時數(shù)據(jù)采集與處理等對數(shù)據(jù)傳輸率要求較高的應用中，采用PCI總線來進行數(shù)據(jù)傳輸，可以解決原有的標準總線數(shù)據(jù)傳輸率低帶來的瓶頸問題。PCI是目前計算機插卡式外設總線的事實標準。

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

同舊式的ISA總線不同，PCI將計算機系統(tǒng)中的總線子系統(tǒng)與存儲子系統(tǒng)完全地分開，CPU通過一塊稱為PCI橋（PCI-Bridge）的設備來完成同總線子系統(tǒng)的交互，如下圖所示：

　　由于使用了更高的時鐘頻率，因此PCI總線能夠獲得比ISA總線更好的整體性能。PCI總線的時鐘頻率一般在25MHz到33MHz范圍內，有些甚至能夠達到66MHz或者133MHz，而在64位系統(tǒng)中則最高能達到266MHz。盡管目前PCI設備大多采用32位數(shù)據(jù)總線，但PCI規(guī)范中已經給出了64位的擴展實現(xiàn)，從而使PCI總線能夠更好地實現(xiàn)平臺無關性，現(xiàn)在PCI總線已經能夠用于IA-32、Alpha、PowerPC、SPARC64和IA-64等體系結構中。

　　PCI總線具有五個非常顯著的優(yōu)點，使得它能夠完成最終取代ISA總線這一歷史使命：

　　● PCI總線的地址總線與數(shù)據(jù)總線是分時復用的，

　　● 在計算機和外設間傳輸數(shù)據(jù)時具有更好的性能；

　　● 能夠盡量獨立于具體的平臺；

　　● 可以很方便地實現(xiàn)即插即用；

　　● 中斷共享的實現(xiàn)

　　下圖是一個典型的基于PCI總線的計算機系統(tǒng)邏輯示意圖，系統(tǒng)的各個部分通過PCI總線和PCI-PCI橋連接在一起。從圖中不難看出，CPU和RAM需要通過PCI橋連接到PCI總線0（即主PCI總線），而具有PCI接口的顯卡則可以直接連接到主PCI總線上。PCI-PCI橋是一個特殊的PCI設備，它負責將PCI總線0和PCI總線1（即從PCI主線）連接在一起，通常PCI總線1稱為PCI-PCI橋的下游（downstream），而PCI總線0則稱為PCI-PCI橋的上游（upstream）。圖中連接到從PCI總線上的是SCSI卡和以太網卡。為了兼容舊的ISA總線標準，PCI總線還可以通過PCI-ISA橋來連接ISA總線，從而能夠支持以前的ISA設備。圖中ISA總線上連接著一個多功能I/O控制器，用于控制鍵盤、鼠標和軟驅。

　　PCI總線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總線的主控權。在PCI應用系統(tǒng)中，如果一個設備取得了總線控制權，就稱之為“主設備”，而被主設備選中以進行通信的設備稱為“從設備”或“目標設備”。

　　在做數(shù)據(jù)傳輸時，由一個PCI設備做發(fā)起者(主控，Initiator或Master)，而另一個PCI設備做目標(從設備，Target或Slave)?？偩€上的所有時序的產生與控制，都由Master來發(fā)起。