Tìm hiểu bus nội bộ VESA, PCI, PCI Express & AGP

Những bus I/O đời trước như ISA, MCA và EISA đều có điểm chung là tốc độ chậm tương đối. Ba loại bus kế tiếp được thảo luận trong phần dưới đây, ngược lại, đều chú trọng vào vấn đề tốc độ.

Những bus nội bộ chính được thấy trong những hệ thống PC là:

VL-Bus (bus nội bộ VESA)
PCI
PCI Express I AGP

Sự hạn chế tốc độ của ISA. MCA và EISA là sự cải tiến từ những PC đầu tiên khi bus I/O hoạt động cùng tốc độ với bus bộ xử lý. Ngay khi tốc độ bus bộ xử lý gia tăng, bus I/O được thấy rõ chỉ có những cải tiến tốc độ không đáng kể, trước hết từ sự tăng băng thông của bus. Bus I/O phải lưu giữ một tốc độ chậm hơn bởi vì cơ bản những card tiếp hợp được lắp đặt chỉ có thể hoạt động ở tốc độ chậm hơn.

Một bus nội bộ là bất kỳ bus nào được thiết kế để tương tác khá gần với bộ xử lý, hay gắn bó với lưu lượng bộ xử lý. Thú vị để nhận xét rằng các bus ISA 8 bit và 16 bit là hình thức của kiến trúc bus nội bộ. Những hệ thống này có bus bộ xử lý như bus chủ yếu và mọi thứ chạy ở tốc độ bộ xử lý. Khi hệ thống ISA chạy nhanh hơn 8MHz, bus ISA chính phải bị tách rời bus bộ xử lý bởi vì những card mở rộng, bộ nhớ … không theo kịp. Năm 1992, một mở rộng đối với bus ISA được gọi là VESA local bus (VL-Bus) bắt đầu được hiện diện trong các hệ thống PC cho biết một sự trở về kiến trúc bus nội bộ. Từ đó, kết nối thành phần ngoại vi (PCI: peripheral component interconnect) bus nội bộ Express thay thế các kiến trúc bus thông dụng khác như sự kết nối tốc độ cao phổ biến nhất cho các thiết bị trong một PC.

Những giải pháp bus nội bộ không tất yếu thay thế những tiêu chuẩn cũ hơn, như là ISA; Chúng được thiết kế vào hệ thống như là một bus gần gũi bộ xử lý hơn trong kiến trúc hệ thống. Những bus cũ ISA được giữ tương thích ngược với những loại thiết bị tiếp hợp chậm hơn mà không cần bất kỳ kết nối nhanh hơn nào đối với hệ thống (như là modem). Do vậy, cho đến khi một hệ thống đặc thù ngày nay có thể có vài loại Slot khác nhau, bao gồm PCI Express, AGP. PCI và/hay ISA.

Bus nội bộ VESA

Bus nội bộ kết hợp những tiêu chuẩn điện tử Video (VESA: Video Electronics Standards Association) là thiết kế bus nội bộ phổ biến nhất từ buổi đầu xuất hiện trước công chúng vào tháng 8 năm 1992 đến năm 1994. Nó được tạo ra bởi ủy ban VESA, một tổ chức phi lợi nhuận cơ bản được thành lập bởi NEC để phát triển xa hơn sự hoạt động video và những tiêu chuẩn bus. Trong kiểu cách tương tự đối với EISA, NEC hoàn tất phần lớn công việc trên VL-Bus (như nó được gọi), và sau khi thành lập ủy ban VESA phi lợi nhuận, NEC chủ yếu giao sự phát triển tương lai cho VESA. Đầu tiên, Slot bus nội bộ dường như được thiết kế để sử dụng chủ yếu cho card video. Cải tiến sự thực thi video là ưu tiên hàng đầu tại NEC để giúp bán những sản phẩm cao cấp của họ cũng như những hệ thống PC của chính họ. Năm 1991, sự thực thi video trở nên sự cố (hiện tượng cổ chai) thực sự trong phần lớn hệ thống PC.

VL-Bus có thể di chuyển dữ liệu 32 bit cùng thời điểm, cho phép dữ liệu theo dòng giữa CPU và phân hệ video tương thích hay ổ cứng tại dung lượng dữ liệu 32 bit đủ của chip 486. Băng thông tốc độ tối đa của VL-Bus là l33MBps. Mặt khác, bus bên trong tiến một quãng dài về hướng tháo gỡ sự nghẽn (bottleneck) chủ yếu tồn tại trong cấu hình kỹ thuật bus cũ hơn.

Thật không may, VL-Bus không dường như là khái niệm dài hơi. Thiết kế thực sự đơn gián chỉ lấy những chân chốt từ bộ xử lý 486 và chạy chúng ra đến socket đầu nối card. Nên VL- Bus thực sự là bus bộ xử lý 486 thô sơ. Điều này cho phép một thiết kế không đắt tiền do không có những chipset thêm hay những chip giao diện thêm. Nhà thiết kế bo mạch chủ có thể thêm những Slot VL-Bus vào bo mạch chủ 486 của họ rất dễ dàng và chi phí cực thấp. Đây là lý do những Slot này xuất hiện thực sự trên toàn bộ thiết kế hệ thống 486 trong chốc lát.

Những vấn đề nảy sinh với những sự cố nhờ tính toán thời gian được gây ra bởi điện dung ảnh hưởng vào mạch bởi những card khác nhau. Bởi vì VL-Bus chạy cùng tốc độ bus bộ xử lý, những tốc độ bộ xử lý khác nhau nghĩa là những tốc độ bus khác nhau, sự tương thích trọn vẹn khó đạt được. Mặc dầu VL-Bus có thể phù hợp bộ xử lý khác bao gồm 386 hay thậm chí Pentium, nó được thiết kế cho 486 và vận hành tốt nhất như giải pháp 486 duy nhất. Ngoài chi phí thấp, sau khi bus mới xuất hiện gọi là PCI. VL-Bus rơi vào sự không ủng hộ rất nhanh. Nó không bao giờ vào những hệ thống Pentium và có ít hoặc không sự phát triển xa hơn VL-Bus trong công nghiệp PC.

Về mặt vật lý, Slot VL-Bus là sự mở rộng của khe cắm được dùng cho bất cứ loại hệ thống cơ số bạn có. Nếu bạn có hệ thống ISA, VL-Bus được đặt vào vị trí như một sự mở rộng của những Slot ISA 16 bit tồn tại của bạn. Sự mở rộng VESA có 112 điểm tiếp xúc và dùng cùng đầu nối vật lý như bus MCA.

Bus PCI

Đầu năm 1992, Intel làm mũi nhọn dẫn đầu sự sáng tạo của nhóm công nghệ khác. Nó được tạo nên với cùng những mục đích như nhóm VESA trong mối tương quan đến bus PC. Nhận ra sự cần thiết vượt qua sự yếu kém trong các bus ISA và EISA, nhóm quan tâm đặc biệt về PCI (the PCI Special Interest Group) được hình thành.

Đặc điểm kỹ thuật bus PCI được công bố vào tháng 6 năm 1992 như phiên bản 1.0 và từ đó trải qua vài sự nâng cấp.

PCI thiết kế lại bus PC cơ bản bằng cách thêm bus khác giữa CPU và bus I/O thiết kế riêng như những chiếc cầu. Hơn là vào trực tiếp bus bộ xử lý, với sự tính toán thời gian về điện nhạy bén (như đã thực hiện trên VL-Bus).

Bus PCI thường được gọi là bus mezzanine bởi vì nó thêm lớp khác nữa vào cấu hình kỹ thuật bus cơ bản. PCI vượt qua bus I/O tiêu chuẩn: nó tăng xung bus và lấy hết thuận lợi của đường dữ liệu CPU. Những hệ thống tích hợp bus PCI đã sẵn sàng vào giữa năm 1993 và từ đó trở thành trụ cột chính trong PC.

Thông tin đặc thù được truyền qua bus PCI ở 33MHz và 32 bit cùng thời điểm. Băng thông là 133MBps như công thức thể hiện dưới đây:

33.33MHz X 4 bytes (32 bits) = 133MBps

Mặc dầu PCI 32 bit 33MHz là tiêu chuẩn được thấy trong phần lớn PC. Nhiều PC ngày nay cũng có tính năng Slot PCI-Express xl và PCI-Express X16.