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2001主板总线技术剖析
鲲鹏硬件　2000-12-23 15:59:19

　　主板总线技术的发展应该是2001年各大厂商设计人员都在积极考虑的思路之一，究竟路在何方，大前提是肯定的，多元化与发展。

　　众所周知，在PC的发展中，总线屡屡成为系统性能的瓶颈，这主要是CPU的更新换代和应用不断扩大所致。总线是微机系统中广泛采用的一种技术。总线是一组信号线，是在多于2个模块（子系统或设备）间相互通讯的通路，也是微处理器与外部硬件接口的核心。自IBM PC问世20余年来，随着微处理器技术的飞速发展，使得PC的应用领域不断扩大，随之相应的总线技术也得到不断创新。由PC/XT到ISA、MCA、EISA、VESA再到PCI、AGP、IEEE1394、USB总线等。究其原因，是因为CPU的处理能力迅速提升，但与其相连的外围设备通道带宽过窄且总落后于CPU的处理能力，这使得人们不得不改造总线，尤其是局部总线。目前，AGP局部总线传输率可达528MB/s，PCI-X可达1GB/s，系统总线也由66MB/s到100MB/s甚至更高的133MB/s、150MB/s。总线的这种创新，促进了PC系统性能的日益提高。随着微机系统的发展，有的总线标准仍在发展、完善，与此同时，有某些总线标准会因其技术过时而被淘汰。当然，随着应用技术发展的需要，也会有新的总线技术不断研制出来，同时在竞争的市场中，不同总线还会拥有自己特定的应用领域。目前除了大家熟悉、目前较为流行的PCI、AGP、IEEE1394、USB等总线外，又出现了EV6总线、PCI-X局部总线、NGIO总线等，它们的出现，从某种程度上代表了未来总线技术的发展趋势。20年来，CPU已经迅速发展到6-7代，相应的总线技术创新也已经达到了10余次之多。如果从这个角度来预测一下，在21世纪初期，CPU主频有加快发展的趋势，加上内存存取时间的不断缩短，PC系统总线势必面临提高数据传输率的创新：

Alpha EV6总线

　　为消除现有总线的瓶颈，AMD Athlon系统要求总线结构在设计上力求为新一代x86平台提供前所未有的数据传输带宽，以确保运行于多路处理器服务的企业级商业应用软件可以更顺畅地运行。为此，AMD公司在其最先推出的一款Athlon处理器上使用了一个200MB／s的系统总线，即Alpha EV6总线，其带宽较目前Intel P6总线结构大1倍。如果使用更高时钟频率的AMD Athlon处理器，这个系统总线的频率还可以相应提高，以支持更大的数据带宽，满足更大、更强劲的系统配置的需要。由于AMD Athlon系统总线采用源同步时钟技术，所以其数据速率可达400MB/s以上，峰值带宽可高达3.2Gbps。

　　AMD Athlon总线采用信息包传输协议，而非受限制的管道式P6总线协议，将处理器的请求传输至系统芯片组。这个信息包传输协议可将系统带宽的使用率降至最低，并允许每一处理器容纳24项预处理任务，是PCI总线结构预处理任务的6倍。由于高速AMD Athlon系统总线可支持较大的64字节突发式传输以及利用误差校正代码保护所有数据，因此需依赖系统存储器提供重要数据的应用方案将是直接的受益者。此外，AMD Athlon系统总线结构能够支持处理器物理可寻址存储器取8TB（1TB=1000GB）以上的数据，相比之下，PCI总线的结构则只可支持64GB的数据存取。

PCI-X局部总线

　　为解决Intel架构服务器中PCI总线的瓶颈问题，Compaq、IBM和HP公司决定加快加宽PCI芯片组的时钟速率和吞吐量，使其分别达到133MHz和1GB/s。利用对等PCI技术和Intel公司的快速芯片作为智能I/O电路的协处理器来构建系统。这种新的总线称为PCI-X，预计在2000年上市。PCI-X 技术能通过增加计算机中央处理器与诸如网卡、打印机、存储硬盘等各种外围设备之间的数据流量来提高服务器的性能。有专家认为，进一步提高PCI-X性能的方法是提高总线的可靠性、定时功能以及可伸缩性。与PCI相比，PCI-X拥有更宽的通道、更优良的通道性能以及更好的安全性能。很多媒体和观察家都预计在未来的几年中，PCI-X能与目前的设备兼容，并具有良好的扩展性，发展前景乐观。

NGIO总线

　　NGIO总线可以说是Intel公司推出的所谓下一代I/O总线结构，英文愿意是NGeneration Input/Output。据说利用这种结构将会极大地强化高速服务器的可靠性、可伸缩性和其它方面的综合性能。与其它总线结构有所区别，NGIO总线结构采用的是与传统共享总线不同的交换机制和系统主芯片连接的对等PCI总线。这种总线结构的出现可以说彻底改变了CPU传输数据的方式，在CPU和外部设备之间不进行同步数据传输，而是将信息打成数据包在目标通道适配器和主通道适配器间发送。这种异步通讯可以将CPU从相对速度较慢的外围设备数据的处理等待中解放出来，而这在多处理器系统中尤为重要。因为在多处理器系统中，各CPU间要为使用较慢的外围总线而展开竞争，而NGIO则有一个多级交换器，它一端连接2个目标通道适配器和PCI控制器，PCI总线另一端连接主通道适配器，通过主通道适配器连接芯片组，芯片组再连接CPU和内存。NGIO有4条连线，2条用于输入，2条用于输出，数据传输率为2.5GB/s。NGIO在工作时，将处理器与I/O分离，这使得处理器在每次出现新的数据处理请求时不必停下来，而由连接到服务器内存上的I/O引擎与外设进行通信。此外，NGIO还可以创建多条I/O通道，允许通道上的信号类型变化，其交换器集合采用允许数据选择多条路径的"交换结构"（Switched Fabric）方式。这些变化使NGIO具有了更好的性能、可靠性和可伸缩性。由于NGIO具有多条不与处理器直接连接的通道，因此还可以对可靠性进行其他的一些改进。

　　由于在无需增加更多直连到处理器的内部数据通道或总线的条件下，就可以添加处理器，因此，可伸缩性得到了改善。另外，NGIO还有其他一些优点。例如，利用NGIO，服务器可以被分割，因此，处理器和内存可以安装在一起，而I/O 可以放在另一处。而使用这种设置的优点是可以在相同的物理空间中堆叠更多的服务器。

Future I/O总线

　　Future I/O总线结构是与NGIO相竞争的另一种总线Future I/O，目前仍处在IBM、Compaq、HP等公司的研制开发中，据称其数据传输率可达10GB/s。

　　作为主板生产技术的晴雨表，总线结构的多元化与不断的创新发展，相信必然会在未来的2001年给我们带来更多的操作快感与全新体验……

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