系统总线：ISA、MCA、EISA 都是怎么样的？区别？_技术

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主板总线的种类 主板有各种不同的总线，功能较差或不稳定的总线早已被淘汰。效率高、速度快且稳定的总线为我们现在的主板所采用，现将目前主板内部使用的总线介绍如下： ISA总线：（XT／AT／386／486／586／686用） 工业标准体系结构总线（IndustrialStandardArchitechturBus）。 SA总线为目前主板还在使用的总线，它是以前XT／AT机延用下来的接口，所以分： XTISA总线（XT主板8bitI/O插槽） ATISA总线（AT主板16bitI/O插槽） EISA总线： 增强的工业标准体系结构总线（EnhancedIndustrialStandardArchitectureBus）。 EISA总线其主板I／O插槽为32bit与ISA总线I／O插槽共用，但ISA总线在上层， EISA总线在下层，此种总线市面较少用。 MCA总线： 微通道总线（Micro-ChannelBus）。 为IBMPS／2I／O插槽使用，为32bit，但与ISA总线不兼容，此种总线市面较少用。 Local总线：（486用） 局部总线（VLBus:VideoElectronicsStandardAssociation）。 视频电子标准协会制订，普遍用于486的主板及外围设备接口，为32bit的i／o插槽。局部总线是与CPU的接脚直接相通的总线，故局部总线又称为CPU总线。由于CPU的速度越来越快，接在扩展槽的扩展卡或外围设备无法大幅度的提升速度，而造成稳定性和匹配性较差，因为与CPU挂接在同一条总线上，直接影响到CPU的工作效率，扩展槽不能超过三个，故目前局部总线的主板己被淘汰。 PCI总线：（486／586／686） 外设部件互连总线（PeripheralComponentInterconnectionBus）。 是由Intel、IBM、DEC公司所制订的，PCIBus与CPU中间经过一个桥接器（Bridge）电路，不直接与CPU相连的总线，故稳定性和匹配性较佳，提升了CPU的工作效率，扩展槽可达三个以上，为32bit/64bit的总线，是目前较新的586／686主板及外围设备使用的标准接口。 USB总线 通用串行总线（UniversalSerialBus）。 USB总线规格的制订是由Intel、Microsoft等领导世界电脑硬件和软件的大公司所主导，解决各种外围设备接头不统一的问题，可接127个外围设备，是未来主板和外围设备连接头的改变，所以USB总线的未来电脑主机与外围设备将具有这个全面制订改良的标准接口。其他如提供多媒体的媒体总线（MediaBus）、提供给主机各系统的电力总线（PowerBus）、提供给较快外围设备IEEE1394总线，及提供给686主板的3D图形加速接口AGP总线等。 2.概念荟萃 总线 微型计算机是由若干系统部件构成的，这些系统部件在一起工作才能形成一个完整的微型计算机系统。例如，80486或奔腾处理器不是一台微型计算机。微处理器不包含存储器或输入/输出接口，形象地说，微处理会思考，但不能记忆，也不能听或者说，这就要求用一些其它部件和微处理一起构成一台可用的微型计算机。通常，要构成一台微型计算机系统，一般先以各种大规模集成电路芯片核心组成插件（例如，CPU插件、存储器插件、打印机接口插件、软件适配器插件等）；再由若干插件组成主机；最后再配上所需要的外部设备，组成一个完整的计算机系统。 从所周知，微型计算机系统是一个信息处理系统，各部件之间存在大量的信息流动，因此，系统与系统之间，插件与插件之间以及同一插件上各芯片之间需要用通信线路连接起来。由于所有信号都要通过通信线路传送，所以通信线的设置和连接方式是十分重要的。最直观的方法是根据各大功能部件的需要分别设置与其它部件通信的线路，进行专线式的信息传送。这种方式的传送速率可以很高，只受传输线本身的限制，且信息传送控制简单，但整个机器所需要的传送线的数量巨大，增加了复杂性，加重了发送信息部件的负载，同时这种方式不便于实现机器的模块化。另一种方法是设置公共的通信线，即总线。所谓总线，就是指能为多个功能部件服务的一组信息传输线，它是计算机中系统与系统之间、或者各部件之间进行信息传送的公共通路。 芯片组（ChipSet） 什么叫芯片组（ChipSet），其实芯片就是一块集成电路片，它是内部元件、功能和接脚比较多的芯片的 *** 体。早期的主板是由许多TTL芯片和一些LSI的芯片所组合而成，所以一块大AT的主板就有一百多块芯片元件，生产一块主板不但耗时费力而且成本高。后来美国一家名叫晶技公司（Chips）把一百多块芯片元件，浓缩为五块大的芯片组和几块TTL芯片组合成的一块叫BABYSize或称小AT的主板。由于这种主板的芯片组把许多的芯片电路 *** 在一块狭窄的芯片里，当材质和技术不成熟时，会造成高频的干扰、温度的增加和特性的匹配等不稳定的情况，所以小AT大概经过一两年的改善，在技术、材质己有些突破，从而奠定了以后芯片组的基本结构。继Chips公司以后相继有几十家公司投入设计和生产，故主板就有很多的品牌和编号（见生产芯片组厂商），早期小AT的主板有Chips、G2、Suntek、EFA等品牌。在"物相竞择，优胜劣汰"的市场竞争，这些品牌或己销声匿迹，或改头换面，从事其他用途的开发设计。目前比较新的，功能比较多的芯片组采用BGA的封装，可设计300多支接脚至800多支接脚。 BGA芯片组 BGA球形阵列的封装是BallGridArray的缩写，接脚的焊接是以球锡阵列方式排列，分布于芯片的背面，再加温与电路板相连接，以增加芯片的接脚数，其封装的脚数为QFP封装的2．5倍。目前300支接脚至800支接脚芯片的脚距低于0．3mm时，即以BGA的封装设计，如PentiumTX系列的芯片即为BGA的封装，所以BGA是未来可缩小电路体积、降低成本和多接脚芯片的主要封装，是未来半导体封装业的主流，也是未来必然采用的高级封装技术。 AGP总线 当CPU的速度一直在加快的时候，CPU的的外围设备，假如没有跟着步伐提升速度的话，那么整个系统的结构在速度上就失去了平衡，尤其是在面对当前图形和影像庞大的数据处理时，PCI总线的结构已渐感沉重，无法负担大量数据的处理。随着PentiumIlCPU的推进，当前PClVGA无法跟进的瓶颈，使这些快速先进的CPU无用武之地，所以Intel公司为了使CPU与外界的管道畅通，发挥CPU的功能，制订了AGP总线的规格。 所谓AGP（AcceleratedGraphicsPort）加速图形端口，其最主要的结构是在AGP芯片的显示卡与主存之间建立的专用通道，使主存与显示卡的显示内存之间建立一条新的数据传输通道，让影像和图形数据直接传送到显示卡而不需要经过PCI总线。AGP总线为32bit数据和66MHz频宽的总线，速度比PCI为快，为PCI总线的4倍，可将影像和图形的数据直接由CPU置于主存中，再由快速的AGP系统芯片组与外界作影像和图形数据的传送，是未来配合PentiumIlCPU和在真正32位的WindowsNT *** 作系统环境之下一展身手，发挥其功能的主要结构。

开发人员基于指令集架构（ISA），使用不同的处理器硬件实现方案，来设计不同性能的处理器，因此 ISA 又被视作 CPU 的灵魂。我们可以将指令集架构理解为一个抽象层，它是处理器底层硬件与运行在硬件上的软件之间桥梁和接口。

图1 指令集架构

指令集架构 分为 复杂指令集 （Complex Instruction Set Computer，CISC ）和精简指令集 （Reduced Instruction Set Computer，RISC）架构。

CISC 架构不仅包含了处理器常用的指令，还包含了许多不常用的特殊指令；在 CPU 发展早期，CISC 曾是主流，可以使用较少的指令完成 *** 作；但随着越来越多的特殊指令被添加到 CISC 架构中，常用的典型程序运算过程中用到的指令仅占指令集的20%，80%的指令则很少用到，而这些很少用到的指令让 CPU 的设计变得极其复杂，大大增加了硬件设计的时间成本和面积开销。

RISC 架构只包含处理器常用的指令，对于不常用的 *** 作，通过执行多条常用指令的方式来达到同样的效果。因而在 RISC 架构诞生后，所有现代指令集都选择使用 RISC 架构。

自 CPU 于上世纪 60 年代问世，已发展几十年，有几十种不同的指令集架构相继诞生或消亡。这里挑选 8 个主流架构，简要概括如下表：

CPU主要有三大应用领域，即服务器领域、PC领域和嵌入式领域。

1) 移动领域 ：如智能手机，市场规模有望超过 PC 领域，几乎为 ARM Cortex-A 系列垄断；

2） 实时（Real Time）嵌入式领域 ：ARM 架构占较大市场份额；

3） 泛嵌入式领域 ：强调低功耗、低成本和高能效比，芯片主要是微控制器或微处理器，市场应用极为分散，但基数庞大，尤其在进入物联网时代。ARM Cortex-M 系列是市场主流

从 CPU 的应用场景，我们可以观察到 CPU 应用场景的拓宽和激增，有三个主流时代，从 PC 时代跨越到移动时代，再延展到物联网时代，恰好映射到 CPU 三大架构，权且看做 CPU 之三生三世。

一生一世：x86 架构是服务器领域/PC 领域的权贵。 Intel 和 AMD 是 x86 处理器芯片的主要提供商，历经数代发展，从最初的 16 位发展至如今的 64 位。Intel 通过内部“微码化”克服了 CISC 架构的部分缺点，并凭借不断提升的 CPU 设计水平和工艺制造水平，使其在性能上保持遥遥领先，加之 Wintel 的成功商业联盟，不仅在 PC 领域占据统治性地位，还击败了 IBM 和 Sun 公司，拥有超 90% 的服务器市场份额。

Intel/AMD 作为芯片公司，x86 架构是其生命线，授权费用极高，还可对有威胁的竞争对手停止授权。故而，采用 x86 架构开发被戏称为“权贵的游戏 ”。

二生二世：ARM 架构是移动王者。 ARM 公司的商业模式以开放共赢为基本原则，通过基础架构授权、内核 IP 授权等方式盈利。ARM 积极推动生态建设，以 ARM 统一制定的标准规范将上下游软硬件企业纳入其生态系统。随着近 10 多年移动应用的快速发展，尤其是智能手机的兴起，ARM 迅速成为移动世界的王者。

进击的 ARM 不仅凭借 Cortex-A 系列在手持设备领域无敌，还以 Cortex-R 系列和 Cortex-M 系列在实时嵌入式领域和泛嵌入式领域成功部署。ARM 三大细分产品：

“移动王者” Cortex-A 系列 是一组用于高性能低功耗微控制器领域的 32 位和 64 位 RISC 处理器系列，内置存储器管理单元（Memory Management Unit，MMU），可支持 *** 作系统的运行。 32位系列 包括 Cortex-A5，Cortex-A7，Cortex-A8，Cortex-A9，Cortex-A12，Cortex-A15，Cortex-A17 和 Cortex-A32。 64位系列 包括 Cortex-A35，Cortex-A53，Cortex-A57，Cortex-A72，Cortex-A73。

值得一提的是，Cortex-A8 首批芯片量产时，3G 网络问世，踩上了智能手机的潮点；之后，Cortex-A9 催生了智能手机的井喷期，成为智能手机内核标配，自此，Cortex-A 系列进入年均一款的“下饺子”开挂模式。Cortex-A 系列的先机与成功，奠定了 ARM 在移动领域的王者地位，在移动领域构筑了城宽池深的软件生态环境。目前，ARM 架构已应用到全球 85% 的移动设备中，其中超过 95% 的智能手机处理器是基于 ARM 架构。

ARM Cortex-A 系列一统移动江山后，与高通、谷歌、微软等合作伙伴逐步形成强强生态联盟，将进军传统 x86 架构 PC 与服务器市场定为下一步发展目标。

“小个子有大力量”的 Cortex-M 系列 是一组用于低功耗微控制器领域的32位 RISC 处理器系列。包括 Cortex-M0，Cortex-M0+，Cortex-M1，Cortex-M4(F)，Cortex-M7(F)，Cortex-M423，Cortex-M33(F)。Cortex-M 系列的应用场景虽不像 Cortex-A 系列光芒四射，但在物联网设备激增的万物智联时代，需求量巨大。

自2007年，诸如意法半导体、恩智浦等多家半导体公司持续推出基于 Cortex-M 内核的微控制器；国内厂商也纷纷入场，抢夺物联网市场，特别是 2020 年Q4 至今的缺货潮中，国产替代风起云涌。众多微控制器厂家中，尤以意法半导体公司的 STM32 产品系列最全、生态建设最完善。

三生三世：粉墨登场的 RISC-V。 RISC-V 架构是一种全新的指令集架构，2010年始于加州大学伯克利分校。“V”除了表示从 RISC-I 开始的第五代指令架构外，还有变化（Variation）和向量（Vector）的含义。

2015年，RISC-V 基金会成立并开始正式运作。作为非盈利性组织，RISC-V 基金会负责维护标准的 RISC-V 指令集手册和架构文档，并促进 RISC-V 架构的发展，将其 推向开源，不仅成为一种完全开放的指令集，可以被任何学术机构或商业组织自由使用；还要成为一种真正适合硬件实现且稳定的标准指令集。

源起名校、兴于开源的 RISC-V 架构，相比 ARM 架构，具有灵活的扩展性，指令集的设计考虑了小型、快速、低功耗的实际应用场景，但并未对特定的微架构做过度设计，是第一个可根据具体场景选择适合的指令集的指令集架构。RISC-V 指令集可满足从微控制器到超级计算机等不同复杂程度的处理器设计需求，极大地拉低了 CPU 设计准入门槛，并显著降低芯片开发成本。

RISC-V 架构利于我国工业体系中“少数短板”之一 —— 芯片的发展，商业公司可基于开源架构开发其自主可控的商业 IP，如我国 RISC-V 系先行者平头哥和芯来科技。同时，该架构能够适应由 5G 和人工智能催生出的碎片化计算需求，有望成为物联网时代的主要抓手。

指令集架构的生态建设，需要付出昂贵的教育成本和接受成本，教育成本取决于人们的普遍熟悉程度，接受成本取决于人们愿意投入的时间。RISC-V 生态初成，海外有 RISC-V 基金会的积极推动，国内很多地区政府也将 RISC-V 指向为国产芯片架构发展的主要方向，并推出一系列鼓励措施。随着采用 RISC-V 架构的芯片越来越多，尤其是完全国产芯片的问世，产学研市场对 RISC-V 芯片应用有了越来越多的需求，中国 RISC-V 产业生态日渐成熟。

（全球TMT2022年3月16日讯）在半导体开发领域，“RISC-V”正在崛起。RISC-V是规定半导体基本规格的指令集架构（ISA）之一，由美国加州大学伯克利分校的研究人员从2010年开始开发。RISC-V最大的优势在于完全的免费开源。最近RISC-V的存在感提升。该标准首先在可穿戴设备和智能家电等领域不断得到应用，有预测显示，到2025年采用率将达到近3成。

在中国，华米科技等可穿戴设备厂商一直采用这种架构。阿里巴巴集团以RISC-V为基础开发出了用于物联网的AI芯片，并将其IP公开。此前有消息称，华为为鸿蒙系统的开发人员提供了首个基于RISC-V架构的鸿蒙开发板Hi3861芯片。

海外的大型IT企业也在积极采用RISC-V。美国谷歌2021年10月推出了新款智能手机“Pixel 6”系列，利用RISC-V为该系列开发了用于保护数据的半导体。美国苹果已开始在招聘网站上招募“RISC-V程序员”。西部数据提出了将存储装置的控制半导体换成RISC-V产品的方针。日本企业方面，索尼半导体解决方案和日立制作所等也加入了该团体。

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系统总线：ISA、MCA、EISA 都是怎么样的？区别？

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