图形总线大战：ISA、AGP和PCI的延展

—— 追溯PC图形总线从IBM的ISA到当前行业标准PCIe的演变，并揭示这些接口如何塑造现代PC的兴起。

作者：乔恩·佩迪研究公司时间：2025-07-08 来源：

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在 PC 时代之前，早期的微型计算机通常使用 S-100 总线（也称为 Altair 总线），该总线于 1974 年随 MITS（微型仪器和遥测系统）开发的 Altair 8800 微型计算机推出。它被命名为“S-100”，以用于扩展卡的 100 针连接器命名。

S-100 总线的引脚布局最初是由与 MITS 签约的一位身份不明的工程师安排的。布局完成得很快，而且有些随意，导致引脚配置缺乏结构，也没有针对电噪声抵抗力进行优化。

引脚放置在电路板的两侧，在将所有 8080 信号路由到总线时，最大限度地减少电镀通孔的数量。这种设计早于现代计算机辅助设计（CAD）工具的出现，这些工具现在能够实现更高效和优化的 PCB 布局。

1976 年，Cromemco 推出了 Dazzler，这是一种用于 S-100 总线计算机的图形卡，也是第一代用于微型计算机的彩色图形卡。它导致该公司推出了一系列先进的图形产品，到 1984 年，80% 的美国电视台都使用这些产品来显示天气、新闻和体育图形。

Dazzler was the first graphics add-in board

Dazzler 是第一个图形插件板（AIB）。

从 S-100 到 ISA 总线

S-100 总线（具有 8 位数据路径和 16 位地址路径）在 1970 年代和 1980 年代初获得了巨大的吸引力，最终成为美国国家标准 IEEE Std 696-1983。然而，IBM 选择不采用它，而是为 IBM PC 开发了自己的扩展总线。

IBM 设计的系统带有插槽，图形和其他外围板可以插入其中，用于供电以及与 CPU 和系统内存的通信。当 IBM PC 于 1981 年推出时，它引入了用于扩展的行业标准架构（ISA）卡插槽。当时，需要一个电路板来驱动调制解调器、显示器、音频，甚至硬盘。如今，所有这些功能通常都集成到芯片组中。

从 ISA 到 EISA 总线

最初的 ISA 总线是 8 位宽。当 IBM 推出 PC/AT 时，它将其扩展到 16 位，并将速度几乎翻了一番，达到 8 MHz——它被称为 AT 总线。在接下来的几年里，IBM 推出了几种专有总线设计，包括 1983 年推出的 XT;微通道架构（MCA），于 1987 年随 PS2 系列推出;最后是 EISA，一种于 1988 年推出的 32 位向后兼容设计。

尽管扩展行业标准架构（EISA）通常与 IBM 相关联，但 EISA 并非由该公司开发。相反，它是由一个由九个 IBM 竞争对手组成的财团（AST Research、Compaq、Epson、Hewlett-Packard、NEC、Olivetti、Tandy、Wyse Technology 和 Zenith Data Systems）推出的，作为对 IBM 专有 MCA 的直接回应。

Drahtlos - 自己的作品， CC BY-SA 4.0，维基百科上的数据

IBM XGA-2 32 位图形板基于 MCA 总线。

ELSA 是一家总部位于德国亚琛的开创性图形板公司，开发了与 ISA 和 EISA 插槽兼容的双接口板，以解决与 IBM PS/2 系统的兼容性问题。

VL 总线：输入 VESA

对于许多专注于低成本系统的克隆 PC 供应商来说，EISA 太昂贵了，这主要是由于 IBM 的许可费用。这导致了 1992 年私人巴士的开发，由视频电子标准协会（VESA）命名为 VL（VESA Local 的缩写）巴士。

这导致了 1986 年至 1992 年 PC 行业的不稳定时期，其特点是相互竞争的总线标准没有物理或互作性兼容性，并且规范过于灵活，允许修改。广泛的不兼容性导致系统频繁崩溃，图形板只有 50% 的机会在不同计算机上运行。

但“公交车大战”远未结束。

Konstantin Lanzet - 相机： Canon EOS 400D， GFDL，维基百科

ELSA Winner 1000，顶部有 EISA 选项卡，底部有 ISA 选项卡。VGA 连接器位于电路板的两端。

PCI：外围组件互连总线

在 1980 年代后期，英特尔开始设计更先进的总线系统，以响应市场对更高带宽附加板（AIB）接口日益增长的需求。结果是外围组件互连（PCI）总线，于 1992 年作为拟议的行业标准推出。

作为当今无处不在的 PCI Express （PCIe）标准的前身，PCI 得到了广泛的采用。1992 年，PCI 特别兴趣小组（PCI-SIG）成立，以监督其发展和推广。

PCI 总线的主要优势之一是其改进的中断请求（IRQ）共享，这有助于消除困扰基于 ISA 的系统的冲突。新接口还引入了一种更加标准化的总线主控方法，使设备能够直接访问系统内存，而无需仅依赖 CPU。PCI 的创建是为了取代老化的 VL 总线和旧的传统方法。

表 1：ISA、VESA 和 PCI 的比较

Comparison of ISA, VESA, and PCI

到 1995 年，PCI 已成为占主导地位的总线标准，在一年内有效地取代了 VL、MCA、EISA 和其他竞争者，终于为 PC 领域带来了和平。然而，这种稳定性持续了相对较短的时间：PCI 总线于 1993 年推出，它继承了一年前推出的 VL 总线。但是，在 1996 年，PCI 开始被图形应用程序的 AGP 取代。

AGP：加速图形端口

PCI 于 1997 年被加速图形端口（AGP）取代。它专为满足 3D 图形对速度日益增长的需求而设计，这种需求在消费类 PC 中越来越普遍。AGP 技术通过在显卡和主板芯片组之间提供直接连接，在 PCI 总线上进行了改进。它还允许直接访问系统内存以进行纹理存储，这对于 3D 图形中的纹理映射非常重要。

与 PCI 相比，AGP 提供了更高的带宽，最初 AGP 1x 的带宽为 266 MB/s，AGP 8x 最终达到 2.1 GB/s。第一块 AGP 主板和主板于 1997 年年中推出，该标准在其生命周期内进行了多次更新。