六、总线（一）总线概述

目录

6.1总线的基本概念

6.2总线的分类

6.2.1片内总线

6.2.2系统总线

6.2.3 I/O总线 

6.2.4通信总线

6.3系统总线的结构

6.3.1单总线结构

6.3.2双总线结构

6.3.3三总线结构 

6.3.4四总线结构

6.4常见的总线标准

6.5总线的性能指标

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6.1总线的基本概念

计算机使用总线结构便于增减外设，同时减少信息传输线的条数。但相对于专线结构，其实际上也降低了信息传输的并行性、信息的传输速度。 

总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送部件。 

分时：同一时刻只允许一个部件向总线发送信息。主设备：获得总线控制权的设备 。

共享：多个部件可同时从总线上接收相同的信息。从设备：指被主设备访问的设备，它只能响应从主设备发过来的各种命令。

6.2总线的分类

按功能分类： 

6.2.1片内总线

片内总线是芯片内部的总线，它是CPU芯片内部寄存器与寄存器之间、寄存器与ALU之间的公共连接线。

6.2.2系统总线

 系统总线是计算机系统内各功能部件（CPU、主存、I/O接口）之间相互连接的总线。按系统总线传输信息内容的不同，又可分为：数据总线、地址总线、控制总线。

• 数据总线：双向传输总线，位数与机器字长、存储字长有关。
• 地址总线：CPU选择主存单元地址和I/O端口地址的单向传输总线，位数与主存地址空间的大小有关，有时可能还需要多几根表示I/O端口地址。
• 控制总线：包括所以存储器和I/O设备的时序信号与控制信号、来自I/O设备和存储器的响应信号。

6.2.3 I/O总线 

I/O总线主要用于连接低速的I/O设备，通过I/O接口与系统总线相连接，目的是将低速设备和高速设备分离，以提升总线的系统性能，常见的有USB、PCI总线。 

6.2.4通信总线

通信总线是在计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如远程通信设备、测试设备）之间传送信息的总线，通信总线也称外部总线。

6.3系统总线的结构

6.3.1单总线结构

6.3.2双总线结构

6.3.3三总线结构 

 

 6.3.4四总线结构

• 桥接器：用于连接不同的总线，具有数据缓冲、转换和控制功能。
• 靠近CPU的总线速度最快。
• 每级总线的设计遵循总线标准。
• 存储器总线可支持突发传送方式。

北桥（英语：Northbridge）是基于 Intel 处理器的个人计算机主板芯片组两枚芯片中的一枚，北桥设计用来处理高速信号，通常处理中央处理器、存储器、PCI Express显卡（早年是AGP显卡）、高速PCI Express X16/X8的端口，还有与南桥之间的通信。

南桥（英语：Southbridge）是基于个人计算机主板芯片组架构中的其中一枚芯片。南桥设计用来处理低速信号，通过北桥与中央处理器联系。

6.4常见的总线标准

系统总线 

• ISA（Industry standard architecture）：并行总线
• EISA（ extended Industry standard architecture）：并行总线
• FBS、QPI：串行总线。

局部总线

局部总线是在ISA总线和CPU总线之间增加的一级总线或管理层。这样可将一些高速外设．如图形卡．硬盘控制器等从ISA总线上卸下而通过局部总线直接挂接到CPU总线上，使之与高速能CPU总线相匹配。

高速设备采用局部总线连接，可以节省系统的总带宽。

• VESA（video electronics standard association，视频电子标准协会）：并行总线
• PCI（peripheral component interconnect ,外部设备互连）：并行总线
• AGP（accelerated graphics port,加速图形接口）：并行总线
• PCI-E（PCI-Express）：串行总线。

连接各种外设

• RS-232C：串行总线，不使用差模信号，用于极慢速的电传打印机
• SCSI（small computer system interface ,小型计算机系统接口）：并行总线，用于连接硬盘、打印机、扫描仪。
• PCMCIA（personal computer memory card international association）:并行总线，具有即插即用功能。
• USB（universal serial bus,通用串行总线）：即插即用、热插拔，采用差模信号，每次传递1bit。

主要用于连接硬盘、光驱

• IDE（integrated drive electronics,集成设备电路）：又名ATA，并行总线。
• SATA（serial advanced technology attachment,串行高级技术附件）：串行总线。

6.5总线的性能指标

• 总线传输周期：指一次总线操作所需的时间，包括申请、寻址、传输、结束阶段。通常由若干时钟周期构成。但也可能由一个时钟周期构成或者一个时钟周期包含多个总线周期（上升沿和下降沿）。
• 总线工作频率：总线传输周期的倒数。实际上指1秒传送几次数据。
• 总线时钟周期：即机器的时钟周期，计算机的一个统一的时钟。
• 总线时钟频率。机器的时钟频率，为时钟周期的倒数。
• 总线宽度：又称总线位宽，通常指数据总线的根数。16位总线是指有16根数据总线。
• 信号线数：地址总线、数据总线、控制总线的根数之合。
• 总线复用：不同信号在同一信号线上分时传输。节省空间和成本，如地址/数据线复用。
• 总线带宽：即总线的最大数据传输率。通常单位为（B/s）。总线带宽=总线工作频率×（总线宽度/8）。KB（1024B）、kB（1000B）。
• 补充：数据传输率与有效数据传输率不同。有效数据传输率只关于有效数据位的传输。