图形总线之战

（本文编译自electronicdesign）

在PC时代来临之前，早期微型计算机普遍采用S-100总线（也被称作Altair总线）。该总线由MITS（微型仪器与遥测系统公司）于1974年随Altair 8800微型计算机一同推出。它因扩展卡使用的100针连接器而得名“S-100”。

S-100总线的引脚布局最初是由MITS聘请的一位身份不明的工程师设计的。由于设计时间紧迫且有些仓促，最终的引脚配置缺乏系统性，也未针对抗电气干扰进行优化。为了在将所有8080处理器信号连接到总线的同时，尽量减少镀通孔的数量，引脚被分布在电路板的两侧。这种设计出现在现代计算机辅助设计（CAD）工具问世之前，而如今这些工具能让印刷电路板（PCB）的布局变得高效得多。

1976年，Cromemco公司推出了Dazzler显卡，这是一款为S-100总线计算机设计的显卡，也是微型计算机领域的首款彩色显卡。由此，该公司开启了一系列高级图形产品的研发。到1984年，美国80%的电视台都在使用其产品来展示天气、新闻和体育图形。

Dazzler是首款AIB显卡。

从S-100到ISA总线

拥有8位数据通道和16位地址通道的S-100总线，在20世纪70年代至80年代初广为流行，最终被确立为美国国家标准IEEE Std 696–1983。然而，IBM并未采用该总线，而是为其IBM PC开发了专属的扩展总线。

IBM在设计系统时预留了插槽，用户可将显卡及其他外围设备插入这些插槽，实现设备供电以及与CPU和系统内存的通信。1981年，IBM PC问世时，同步推出了用于扩展功能的工业标准架构（ISA）卡插槽。在那个时期，调制解调器、显示器、音频设备甚至硬盘都需要单独的电路板来驱动。而如今，这些功能通常都已集成到芯片组中。

从ISA到EISA总线

最初的ISA总线是8位。当IBM推出PC/AT时，将其扩展至16位，并把速度提升近一倍，达到8MHz，自此它被称作AT总线。在接下来的几年里，IBM推出了多款专有总线设计，其中包括1983年推出的XT总线、1987年随PS/2系列计算机推出的微通道架构（MCA），以及1988年推出的32位且向后兼容的EISA总线。

尽管扩展工业标准架构（EISA）常与IBM联系在一起，但它并非由IBM研发。实际上，它是由九家IBM的竞争对手组成的联盟所推出的，这九家公司分别是AST Research、康柏、爱普生、惠普、NEC、Olivetti、Tandy、Wyse Technology和Zenith数据系统。该总线的推出是对 IBM 专有 MCA 总线的直接回应。

基于MCA总线设计的IBM XGA-2 32位显卡。

总部位于德国亚琛的先驱显卡公司ELSA，开发了兼容ISA和EISA插槽的双接口板卡，以解决与IBM PS/2系统的兼容性问题。

VL总线：VESA的入局

对于许多专注于低成本系统的PC兼容机供应商而言，EISA的成本过高，这主要源于IBM的许可费用。这促使1992年诞生了一种私有总线，由视频电子标准协会（VESA）命名为VL总线（VESA Local Bus）。

1986年至1992年间，PC行业因总线标准竞争陷入动荡：不同标准间既无物理兼容性，也无互操作性，且规格过于灵活导致修改频繁。广泛的不兼容问题引发系统频繁崩溃，显卡在不同电脑上的适配成功率仅50%。

但“总线战争”远未结束。

ELSA Winner 1000显卡：顶部为EISA接口，底部为ISA接口，板卡两端均配备VGA连接器。

PCI：外设组件互连总线

20世纪80年代末，为响应市场对更高带宽AIB接口的需求，英特尔开始设计更先进的总线系统。1992年，PCI总线作为行业标准问世。

作为如今无处不在的PCI Express（PCIe）标准的前身，PCI迅速得到广泛应用。1992年，PCI特殊利益组织（PCI-SIG）成立，负责监督其开发与推广。

PCI总线的主要优势之一是改进了中断请求（IRQ）共享机制，有效解决了基于ISA系统的冲突问题。新接口还引入了更标准化的总线主控模式，允许设备直接访问系统内存，无需完全依赖CPU。PCI的诞生旨在取代过时的VL总线及其他传统总线方式。

表 1：ISA、VESA与PCI对比

到1995年，PCI已成为主流总线标准，在短短一年内有效取代了VL、MCA、EISA等竞争对手，为PC领域带来了久违的统一。然而，这种稳定性持续时间相对短暂：PCI总线于1993年推出，接替了仅早一年问世的VL总线。但到了1996年，PCI在图形应用领域开始被AGP所取代。

AGP：加速图形端口

1997年，加速图形端口（AGP）超越PCI成为新宠。它专为满足消费级PC日益增长的3D图形速度需求而设计。AGP技术通过在显卡与主板芯片组之间建立直接连接，对PCI总线进行了重大改进。此外，它允许直接访问系统内存存储纹理数据，这对3D图形的纹理映射至关重要。

与PCI相比，AGP提供了更高的带宽：AGP 1x初始带宽为266MB/s，最终通过AGP 8x提升至2.1GB/s。首批AGP板卡和主板于1997年年中推出，其标准在生命周期内经历了多次更新。

PCI Express：连接新标准

PCIe于2003年首次亮相，同年7月规范最终确定。2004年，它开始出现在消费级PC中。

表2：PC总线标准的演进历程

PCIe主要由英特尔开发，通过引入一种全新架构取代了PCI和AGP。PCIe摒弃了共享并行总线，转而采用串行点对点链路。这种创新设计带来了更高的带宽和可扩展性。

最初的PCIe 1.0规范为每个通道提供单向250MB/s的传输速率，支持从x1到x16的多种通道配置。x16多用于显卡，其可提供高达4GB/s的带宽，远超PCI-X（PCI扩展）1GB/s的上限。

时光飞逝，到2022年年中，PCI-SIG宣布启动最新规范PCIe 7.0的研发，目标于2025年发布。PCIe 7.0的目标是在PCIe 6.0基础上再次将数据传输率提升一倍，达到128千兆传输每秒（GT/s），这意味着x16链路的双向带宽将接近256GB/s。2025年6月，PCI-SIG宣布正式发布PCIe 7.0规范，这一新规范将传输速率提升至128GT/s，为下一代AI、机器学习、800以太网、云计算和量子计算等数据驱动型应用提供了强大的支持。

多年来，这些总线技术不断革新，PCIe已成为现代PC的主流标准。不过，在主板上仍能看到PCI的身影，用于兼容磁盘驱动器和网络接口等旧有外设。