不要忽略PC總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展
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時(shí)間：2012-11-02
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因此PC的內(nèi)部組件和那些組件的發(fā)展在自動(dòng)化中變得更重要。之前，已經(jīng)廣泛宣傳微處理器的進(jìn)步，半導(dǎo)體公司在市場(chǎng)上吹捧他們?cè)絹?lái)越快的時(shí)鐘頻率。然而存儲(chǔ)器和I/O革新太重要了。后者涉及總線(xiàn)技術(shù)，通常比喻為PC的脊梁。因此PC總線(xiàn)技術(shù)――過(guò)去和將來(lái)――對(duì)自動(dòng)化最終用戶(hù)和總體自動(dòng)化市場(chǎng)都是重要的。
為什么PC在工業(yè)設(shè)置中被證明那么流行以致不再需要廣告以及做的每件事都在賬本底線(xiàn)。一方面，不管針對(duì)工業(yè)還是消費(fèi)者使用，PC的價(jià)格大幅并持續(xù)下降。例如，在2005年中期，世界上最大的PC供應(yīng)商提供相當(dāng)有能力的機(jī)器價(jià)格在300美圓以下，那比一年前類(lèi)似系統(tǒng)的價(jià)格下降40個(gè)百分點(diǎn)，甚至比兩年前類(lèi)似系統(tǒng)的價(jià)格下降的更大。另一個(gè)底線(xiàn)是PC-based解決方案通常極大降低接線(xiàn)成本和組件數(shù)量。當(dāng)與替代方案比較時(shí)，這兩個(gè)因素都削減成本并使PC-based控制更具有吸引力。
高的性?xún)r(jià)比結(jié)合開(kāi)放架構(gòu)。那使革新既容易也不依賴(lài)單個(gè)供應(yīng)商的興趣。它也意味著工業(yè)設(shè)置中的PC能從商用領(lǐng)域的硬件和軟件的進(jìn)步中獲利。因此PC-based自動(dòng)化解決方案已經(jīng)利用總線(xiàn)架構(gòu)的改進(jìn)幾年了。
不僅是過(guò)去的風(fēng)暴：更舊的總線(xiàn)技術(shù)
最早的總線(xiàn)技術(shù)在1981年隨著IBM 原型PC機(jī)出現(xiàn)而出現(xiàn)。IBM有自己的名稱(chēng)，不久命名為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（ISA）。首先，它是具有4.77 MHz時(shí)鐘，8位的系統(tǒng)，但是到1984年它被擴(kuò)展成具有8.33 MHz 時(shí)鐘，16位版本的系統(tǒng)?？偩€(xiàn)一般只允許一個(gè)直接存儲(chǔ)訪(fǎng)問(wèn)通道，用于移動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)出擴(kuò)展（add-on）卡，例如，那些用于控制工業(yè)設(shè)備的擴(kuò)展卡。通過(guò)5到12V電壓信號(hào)供電。盡管具有不得不處理速度和卡安裝與配置的缺點(diǎn)，這些年ISA仍是主要的PC總線(xiàn)技術(shù)。直到二十世紀(jì)九十年代后期，它仍不能完全從消費(fèi)者系統(tǒng)消失，ISA總線(xiàn)仍存在于自動(dòng)化系統(tǒng)中。
ISA的分支，PC/104標(biāo)準(zhǔn)定義了形成因素和總線(xiàn)。前者設(shè)計(jì)滿(mǎn)足嵌入式控制器的需要。結(jié)果，PC/104總線(xiàn)形成因素沒(méi)有背板，只有兼容板和互相堆棧的模塊。形成因素也是緊湊的，尺寸僅為3.8 X 3.6英寸。其他的特點(diǎn)也使PC/104總線(xiàn)適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用。例如，插頭-插座連接器確保穩(wěn)定可靠的連接。規(guī)范也要求在信號(hào)和電源之間混合更多的接地引腳，因此改進(jìn)任何卡的電氣完整性并加強(qiáng)其在惡劣條件下工作的能力。
從電氣上來(lái)說(shuō)，除了更低的總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流，降低了功耗以及最小化組件成本，PC/104總線(xiàn)與ISA總線(xiàn)沒(méi)有不同。因此它同時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)速率和其他的限制。最初定稿是在二十世紀(jì)九十年代早期，這些年P(guān)C/104標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了很多變化。
一些變化跟蹤商業(yè)領(lǐng)域。涉及ISA總線(xiàn)的問(wèn)題導(dǎo)致周邊元件擴(kuò)展接口（PCI）標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)。在1992年發(fā)行，九十年代中期PCI變成主要的總線(xiàn)。不像ISA總線(xiàn)，PCI總線(xiàn)支持插拔。那意味著卡上的中斷通過(guò)固件分配到設(shè)備，從物理上來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有通過(guò)跳線(xiàn)配置。對(duì)消費(fèi)品和自動(dòng)化系統(tǒng)的最終用戶(hù)來(lái)說(shuō)，有能力增加一個(gè)卡而不干擾中斷請(qǐng)求和硬件是一個(gè)重要的補(bǔ)充。
PCI總線(xiàn)比其前任速度更快，原來(lái)的規(guī)范是33.3 MHz時(shí)鐘速率，允許峰值時(shí)每秒傳輸133MB數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)使用32或64位寬度移動(dòng)，規(guī)范要求3.3V和5V信號(hào)，已知重要的事實(shí)是半導(dǎo)體從5V到3.3V移動(dòng)，更低的電源規(guī)范。
也實(shí)施總線(xiàn)主控，即幫助連接到總線(xiàn)的控制器與連接到總線(xiàn)的其他設(shè)備通信而不通過(guò)CPU。這種方法極大改進(jìn)了性能，因?yàn)樗鼊h除了潛在的阻塞點(diǎn)，例如，允許數(shù)據(jù)采集（DAQ）卡，直接與磁盤(pán)控制器通信。這能自動(dòng)完成而CPU自身能忙于其他并不涉及總線(xiàn)的任務(wù)，例如，從本地高速緩存取指令。
以后版本的標(biāo)準(zhǔn)采用高速、更低的信號(hào)電壓和16位總線(xiàn)。PCI標(biāo)準(zhǔn)也整合到PC/104規(guī)范版，通常參考PC/104+標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果是混合ISA/PCI工業(yè)系統(tǒng)的規(guī)范。
與ISA標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生的一樣，工業(yè)版PCI標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)了。Dubbed CompactPCI，具有64位PCI背板，尺寸是標(biāo)準(zhǔn)Eurocard 3U，100mmX160mm和6U,160mmX233mm。滿(mǎn)足CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)的卡具有所有32位和64位PCI信號(hào)。它們也必須有大量的接地引腳，從而確保在電氣噪聲環(huán)境下提供足夠的屏蔽和接地，因此最小化地接地反饋和最大化可靠的運(yùn)行。
在基本配置中，標(biāo)準(zhǔn)要求八個(gè)槽，在臺(tái)式機(jī)上有16個(gè)槽。其他工業(yè)友好的特點(diǎn)包括保留有源卡、抗沖擊、抗震動(dòng)以及使用標(biāo)準(zhǔn)的，大量生產(chǎn)的PCI半導(dǎo)體。
速度和靈活性：最新的總線(xiàn)
盡管PCI總線(xiàn)是各種成功的化身，但是某些缺陷迫使工業(yè)開(kāi)發(fā)新技術(shù)。一個(gè)新技術(shù)是USB，用于處理周邊設(shè)備（例如，打印機(jī)、照相機(jī)和其他設(shè)備）的通信問(wèn)題。對(duì)便攜式應(yīng)用來(lái)說(shuō)，它是非常有用的和流行的，現(xiàn)在PC、PDA和其他手持設(shè)備上都有USB。開(kāi)發(fā)其他相對(duì)新的技術(shù)去解決一定應(yīng)用帶來(lái)的問(wèn)題，特別是聲音、圖形顯示，PCI總線(xiàn)太慢了。解決方案是PCI總線(xiàn)的替代物――PCI Express總線(xiàn)。
在2004年，PCI Express總線(xiàn)開(kāi)始在臺(tái)式機(jī)中出現(xiàn)，完全不同于它的前任。一方面，新總線(xiàn)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)洹＿@意味著整個(gè)帶寬在每個(gè)卡上都是可用的，不像PCI共享帶寬。在狹窄的通道上串行發(fā)送數(shù)據(jù)，每秒雙向傳輸250MB數(shù)據(jù)。多路徑能聚合成X2，X4，X8，X16和X32帶寬，因此需要極大帶寬的設(shè)備能掛在大數(shù)據(jù)總線(xiàn)上。
使用規(guī)范提供的初始信號(hào)頻率，X16配置每秒提供4G的數(shù)據(jù)，是33 MHz PCI系統(tǒng)，32位可用帶寬的30倍。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，芯片能處理更快的信號(hào)頻率，期待PCI Express總線(xiàn)速度最終增加四倍。當(dāng)時(shí)鐘從銅線(xiàn)和總線(xiàn)自身跟蹤的現(xiàn)實(shí)信號(hào)限制突然增加時(shí)，期待實(shí)現(xiàn)最大的價(jià)值。
評(píng)論