数据库基础+计算机板卡基础知识

成都纬视科技有限公司1计算机板卡基础部分一、PCI(PeripheralComponentInterconnect)一种由英特尔（Intel）公司1991年推出的用于定义局部总线的标准。此标准允许在计算机内安装多达10个遵从PCI标准的扩展卡。最早提出的PCI总线工作在33MHz频率之下，传输带宽达到133MB/s(33MHz*32bit/s)，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，后来又提出把PCI总线的频率提升到66MHz，传输带宽能达到266MB/s。1993年又提出了64bit的PCI总线，称为PCI-X，目前广泛采用的是32-bit、33MHz或者32-bit、66MHz的PCI总线，64bit的PCI-X插槽更多是应用于服务器产品。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。管理器提供信号缓冲，能在高时钟频率下保持高性能，适合为显卡，声卡，网卡，MODEM等设备提供连接接口，工作频率为33MHz/66MHz。PCI总线系统要求有一个PCI控制卡，它必须安装在一个PCI插槽内。这种插槽是目前主板带有最多数量的插槽类型，在当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。根据实现方式不同，PCI控制器可以与CPU一次交换32位或64位数据，它允许智能PCI辅助适配器利用一种总线主控技术与CPU并行地执行任务。PCI允许多路复用技术，即允许一个以上的电子信号同时存在于总线之上。普通PCI总线带宽一般为133MB/s(在32bit/33Mhz下)或者266MB/s（在32bit/66Mhz下）。对于普通的声卡、百兆网卡、Modem卡等扩展设备一般使用的是133MB/s的传输速率，这种设备的金手指特征一般是与PCI插槽对应（长-短），而对于部分PCI显卡、千兆网卡、磁盘阵列卡、USB2.0或者火线卡等需要较高带宽的PCI设备一般可以使用266MB/s的带宽，这种设备的特征是金手指一般是三段式（短-长-短）。至于设备是否工作在66Mhz下可以通过软件everest查看，在PCI设备栏中选中需要观察设备并查看“66Mhz操作”是否为“已支持”，如果显示为“不支持”则表示这个设备最多只能使用133MB/s的带宽。PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。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。PCI总线也支持总线主控技术，允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传送。PCI板卡特点即插即用：是指当板卡插入系统时，系统会自动对板卡所需资源进行分配，如基地址、中断号等，并自动寻找相应的驱动程序。而不象旧的ISA板卡，需要进行复杂的手动配置。实际的实现远比说起来要复杂。在PCI板卡中，有一组寄存器，叫配置空间(ConfigurationSpace)，用来存放基地址与内存地址，以及中断等信息。以内存地址为例。当上电时，板卡从ROM里读取固定的值放到寄存器中，对应内存的地方放置的是需要分配的内存字节数等信息。操作系统要跟据这个信息分配内存，并在成都纬视科技有限公司2分配成功后把相应的寄存器中填入内存的起始地址。这样就不必手工设置开关来分配内存或基地址了。对于中断的分配也与此类似。中断共享：ISA卡的一个重要局限在于中断是独占的，而我们知道计算机的中断号只有16个，系统又用掉了一些，这样当有多块ISA卡要用中断时就会有问题了。PCI总线的中断共享由硬件与软件两部分组成。硬件上，采用电平触发的办法：中断信号在系统一侧用电阻接高，而要产生中断的板卡上利用三极管的集电极将信号拉低。这样不管有几块板产生中断，中断信号都是低；而只有当所有板卡的中断都得到处理后，中断信号才会回复高电平。软件上，采用中断链的方法：假设系统启动时，发现板卡A用了中断7，就会将中断7对应的内存区指向A卡对应的中断服务程序入口ISR_A；然后系统发现板卡B也用中断7，这时就会将中断7对应的内存区指向ISR_B，同时将ISR_B的结束指向ISR_A。以此类推，就会形成一个中断链。而当有中断发生时，系统跳转到中断7对应的内存，也就是ISR_B。ISR_B就要检查是不是B卡的中断，如果是，要处理，并将板卡上的拉低电路放开；如果不是，则呼叫ISR_A。这样就完成了中断的共享。优缺点优点是总线结构简单、成本低、设计简单。缺点也比较明显，并行总线无法连接太多设备，总线扩展性比较差，线间干扰将导致系统无法正常工作；当连接多个设备时，总线有效带宽将大幅降低，传输速率变慢；为了降低成本和尽可能减少相互间的干扰，需要减少总线带宽，或者地址总线和数据总线采用复用方式设计，这样降低了带宽利用率二、pciExpressPCIExpress插槽（黄和绿色）PCIExpress是新一代的总线接口。早在2001年的春季，英特尔公司就提出了要用新一代的技术取代PCI总线和多种芯片的内部连接，并称之为第三代I/O总线技术。随后在2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM在内的20多家业界主导公司开始起草新技术的规范，并在2002年完成，对其正式命名为PCIExpress。它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。基本概念PCIExpress的接口根据总线位宽不同而有所差异，包括X1、X4、X8以及X16（X2模式将用于内部接口而非插槽模式）。较短的PCIExpress卡可以插入较长的PCIEx成都纬视科技有限公司3press插槽中使用。PCIExpress接口能够支持热拔插，这也是个不小的飞跃。PCIExpress卡支持的三种电压分别为+3.3V、3.3Vaux以及+12V。用于取代AGP接口的PCIExpress接口位宽为X16，将能够提供5GB/s的带宽，即便有编码上的损耗但仍能够提4GB/s左右的实际带宽，远远超过AGP8X的2.1GB/s的带宽。PCIExpress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。例如，PCIExpressX1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。PCIExpressX16也支持双向数据传输，每向数据传输带宽高达4GB/s，双向数据传输带宽有8GB/s之多，相比之下，目前广泛采用的AGP8X数据传输只提供2.1GB/s的数据传输带宽。尽管PCIExpress技术规格允许实现X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X12，X16和X32通道规格，但从目前形式看，PCIExpressX1和PCIExpressX16将成为PCIExpress主流规格。除去提供极高数据传输带宽之外，PCIExpress因为采用串行数据包方式传递数据，所以PCIExpress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PCIExpress设备生产成本和体积。另外，PCIExpress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，PCIExpress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。PCIExpress可以为带宽渴求型应用分配相应的带宽，大幅提高中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）之间的带宽。对最终用户而言，他们可以感受影院级图象效果，并获得无缝多媒体体验。PCIExpress采用串行方式传输Data。它和原有的ISA、PCI和AGP总线不同。这种传输方式，不必因为某个硬件的频率而影响到整个系统性能的发挥。当然，整个系统依然是一个整体，但是我们可以方便的提高某一频率低的硬件的频率，以便系统在没有瓶颈的环境下使用。以串行方式提升频率增进效能，关键的限制在于采用什么样的物理传输介质。目前人们普遍采用铜线路，而理论上铜这个材质可以提供的传输极限是10Gbps。这也就是为什么PCIExpress的极限传输速度的答案。因为PCIExpress工作模式是一种称之为“电压差式传输”的方式。两条铜线，通过相互间的电压差来表示逻辑符号0和1。以这种方式进行资料传输，可以支持极高的运行频率。所以在速度达到10Gbps后，只需换用光纤（FibreChannel）就可以使之效能倍增。PCIExpress的提出，并非是总线形式的一个结束。恰恰相反，其技术的成熟仍旧需要这个时间。至今依然被看好的AGP8X的性能与PCIExpress在性能上的差距虽然不是太明显，但随着PCIExpress的完善，其差距将是不言而喻的。PCIExpress与其他传输规格比较PCIe的规范主要是为了提升电脑内部所有总线的速度，因此频宽有多种不同规格标准，其中PCIex16是专为显卡所设计的部分。AGP的资料传输效率最高为2.1GB／s，不过对上PCIex16的8GB／s，很明显的就分出胜负，但8GB／s只有指资料传输的理想值，并不是使用PCIe接口的显示卡，就能够有突飞猛进的效能表现，实际的测试数据上并不会有这么大的差异存在。PCIExpress的硬件协议PCIe的连接是建立在一个双向的序列的（1-bit）点对点连接基础之上，这称之为“传输通道”。与PCI连接形成鲜明对比的是PCI是基于总线控制，所有设备共同分享的单向32位并行总线。PCIe是一个多层协议，由一个对话层，一个数据交换层和一个物理层构成都纬视科技有限公司4成。物理层又可进一步分为逻辑子层和电气子层。逻辑子层又可分为物理代码子层（PCS）和介质接入控制子层（MAC）。PCIExpress总线的诞生和概念虽然，除了3D显示卡以外，直到现在还没有哪个计算机配件脱离PCI总线的束缚另起炉灶，诸如千兆网卡、声卡、RAID卡等都还在循规蹈矩的奉行着PCI规范，但，PC技术的快速发展已经让PCI总线越来越显现出不足，尤其是最近的千兆网络以及视频应用等外设，会使PCI的133MB/s带宽难以承受，当几个类似外设同时满负荷运转，PCI总线几近瘫痪。不但如此，随着技术的不断进步，PCI电压难以降低的缺陷越来越凸出出来，PCI规范已经成为现在PC系统的发展桎梏，彻底升级换代迫在眉睫。2001年，在Intel春季的IDF上，Intel正式公布旨在取代PCI总线的第三代I/O技术，该规范由Intel支持的AWG(ArapahoeWorkingGroup)负责制定，称为第三代I/O总线技术。不过在公布之初，应用环境、配套设备还不是很完善，不为人们所关注。到了2002年4月17日，AWG正式宣布3GIO1.0规范草稿制定完毕，并移交PCI-SIG进行审核，该规范最终却被命名为PCIExpress，2003年Intel春季IDF上，Intel正式公布了PCIExpress的产品开发计划，PCIExpress最终走向应用。PCIExpress总线的特点和长处PCIExpress总线是一种完全不同于过去PCI总线的一种全新总线规范，与PCI总线共享并行架构相比，PCIExpress总线是一种点对点串行连接的设备连接方式，点对点意味着每一个PCIExpress设备都拥有自己独立的数据连接，各个设备之间并发的数据传输互不影响，而对于过去PCI那种共享总线方式，PCI总线上只能有一个设备进行通信，一旦PCI总线上挂接的设备增多，每个设备的实际传输速率就会下降，性能得不到保证。现在，PCIExpress以点对点的方式处理通信，每个设备在要求传输数据的时候各自建立自己的传输通道，对于其他设备这个通道是封闭的，这样的操作保证了通道的专有性，避免其他设备的干扰。在传输速率方面，PCIExp