科技典故
 
 
从演化到多元整合──浅介Bus规格标准的变迁
一个想要满足于不同市场需求的通用型Bus标准界面,能否在不断升级传输速度及加大带宽之外,达到速度、容量、质量等多元整合、提升效能为一体的愿望?
总线(Bus)是介于CPU、Memory及I/O间,在主板上用来汇集传递数据程序的硬件接口。如同其英文名称,主板若是纵横交错的城市,总线就是能穿梭其中的巴士的转运站,总线就依照特定的路线,调度规划各形各色电子位的往来交通。一般而言,透过总线装设各种适配卡,系统便能传输数据程序到适配卡所链接的内部各类组件与外部接口设备。Bus常见的便是连接各适配卡的ISA、PCI、AGP以及连接外部的USB与IEEE1394等等。 PC的系统总线可分为地址总线(Address Bus;用来指定在RAM中储存数据的地址)、数据总线(Data Bus;在MPU和RAM间来回传送数据)、控制总线(Control Bus;将MPU控制单元讯号由执行程序送到接口设备)、扩充总线(Expansion Bus;连接插槽和PC而使适配卡成为PC一部份)、局部总线(Local Bus;取代高速传输的扩充总线;经常用来连接MPU和影像卡插槽)等。通常Bus规格分野在传输带宽(width),其取决于数据宽度与运作频率,数据宽度上代表每次能传递数据量的大小,而运作频率则代表每秒能执行传递数据的次数。 在IBM推出全球第一台内含Intel8088的PC/XT后,就开始了PC Bus追求传输速度与容量的时代。当时IBM推出与个人PC兼容的ISA Bus(Industry Standard Architecture Bus;工业标准体系结构总线),传输速度速度为38Mbps(带宽4.8MB/s,8bits/4.77MHz);1984年IBM推出PC/AT后,速度提升至128Mbps(16MB/s,16bits/8.33MHz),ISA优点是相对应的适配卡设计简易,缺点是传输速度慢。1987年,IBM再推出IBM PS/2,及为其开发出32位的MCA Bus(Micro Channel Architecture),但由于IBM并未开放MCA技术标准细节,且MCA无法与ISA卡兼容,各大PC厂商不愿受制于IBM,于是在1988年,Compaq、AST、NEC、Zenith、Epson、Tandy、Olivetti、Wyse、Tandy及HP,联合制定32位的PC Bus标准──EISA(Extended Industry Standard Architecture),与IBM的MCA分庭抗礼。EISA性能优于ISA(例如具备PnP功能),同时与ISA卡兼容,但由于成本过高,使得EISA仅在市场上昙花一现。 1992年5月VESA(Video Electronics Standards Association)推出新标准VL-Bus(VESA Local Bus),其标准不仅以ISA为基础而具备向下兼容性,同时能与I/O卡一起发挥更高的效能,成本更比EISA低廉,因此曾被高度期待能在市场广泛地应用。不过VESA仅专为486CPU设计,与Pentium系列存在兼容性的问题;再者VL-Bus无缓冲器,只能支持3个外设插槽,且不具有PnP功能;再加上VL-BUS的规范标准并未被广泛认可、未来扩展性产生局限,故VL-Bus虽然被486CPU采用,但在Intel主导的PCI Bus及Pentium系列推出后就逐渐被淘汰。 与之同时,Intel主导的PCIv1.0 Bus(peripheral component interconnect)开始席卷市场,从PCI Bus可支持32bits/33MHz、传输速度大举提升至1Gbps开始,PCI Bus标准的演进历程,就是为了因应并满足接口设备接口及显示适配器大量数据传输的发展需求,代表着不断升级传输速度及加大带宽的演化史,PCI系列亦成为Bus规格的主流选择。无论自1995年PCI v2.0/v2.1到1996年USB v1.0/1.1;1999年PCI v2.2、Low Profile PCI、PCI-X、Mini-PCI等目不暇给的汰旧换新;还是1999年为满足server数据处理量,以PCI 2.2为基础,增加电源管理功能和热插入技术,并将速度提升至8.5Gbps(1GB/s,64bits/133MHz)的PCI-X1.0;抑或2002年推出最高传输速度可达34Gbps(4.2GB/s,64bits/533MHz)的PCI-X2.0,都是演化史下推陈出新的产物。 不过既有PCI传输架构,虽能提升更高宽带的传输速度与容量,却无法达到影音绘图等多媒体数据传输时,画质清晰与解析程度精细与否的质量保证;况且PCI架构亦无法应付诸多高速传输与无线通信接口设备,诸如Fiber channel、Gigabit Ethernet、Serial ATA、Graphics等的应用,因此除了PCI之外,Bus规格标准有了其他不同的选择。就绘图卡Bus而言,为了改善PCI效率,1997年Intel所提出数据宽度为32 bits、频率为66 MHz 的AGP v1.0(Advanced Graphics Port;后来正式命名为Accelerated Graphics Port)规格,以及目前推出传输速度率可达2.1GB/s(32bits/533MHz)的AGP 8x,就是专门针对显示适配器所设计,属于绘图芯片与系统芯片组之间的专属总线。其他虽然还有ALi使用的HyperTransport(最高传输速度可达6.4GB/s)、Intel使用的HubLink(可支持266MB/s)、SiS使用的MuTIOL(可支持1.2GB/s)、以及VIA使用的VLink(可支持533MB/s)等技术百花齐放,但这些都只是惊鸿一瞥,「各吹一把调」,还是无法达到速度、容量、质量等多元整合、提升效能为一体的愿望。 因此一个想要满足于不同市场需求的通用型Bus标准界面应运而生。在2002年4月17日,由Intel、ATi、AMD、IBM、HP、Microsoft、TI等所组成的PCI-SIG(PCI Special Interest Group)宣布下一世代Bus接口标准3GIO(Third Generation Input Output),也就是PCI Express的制订工作已告段落,7月22日PCI-SIG公布PCI Express 1.0规格,正式将Bus规格推向另一阶段。PCI Express将担负的,是如何有效整合目前Bus应用规格标准多头马车的课题,进而能否迈向Common-Bus的境界。结果如何,IT产官学研各界莫不拭目以待。