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总线的基本概念

一、什么是总线

1、总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质

二、总线上信息的传送

1、串行传输，单条线路一个个比特传输，稳定性强

2、并行传输，多条线路同时传输。

三、总线结构

1、单总线（系统总线）

1.1、这里的主存就是内存，对应的，辅存或外存，就是如硬盘，U盘之类的外部存储器

1.2、任意时刻只能有一对部件在总线上传递信息，如果IO设备接收了消息并将其传递至总线，就会中断当前在使用总线的其他部件，比如中断正在和内存进行运算的CPU

1.3、总线性能将成为整体性能的瓶颈

2、面向CPU的双总线结构

2.1、从CPU引申出两条总线，一条IO总线与各种IO设备进行信息交互，一条M总线和内存进行信息交互

2.2、由于内存和IO之间没有直接的交互通路，当出现需要让IO设备和内存直接交互的情况时，CPU还是会被打断当前运算而去进行内存和IO的数据交互

3、以存储器为中心的双总线结构

3.1、所有设备均通过系统总线相连，CPU和内存单独使用存储总线相连

4、双总线通道交互的结构

4.1、CPU和内存使用主存总线交互，IO设备统一使用IO总线交互

4.2、IO总线和主存总线之间通过通道交互，通道本身是一个具有特殊功能的处理器，由通道对IO统一管理

4.3、通道的相关程序一般由操作系统编写

5、三总线结构（DMA总线）

5.1、在以CPU为中心的双总线结构中引入DMA总线用于提供内存和高速的IO设备之间的交互

5.2、高速IO外设与IO总线和DMA总线相连，其余外设与IO总线相连

6、三总线结构（局部总线）

6.1、CPU的运行速度成长性远高于内存速度的成长性，导致在发展中内存的速度成为了整体性能的瓶颈

6.2、引入小容量，高速度的存储器：高速缓存区cache，先于内存和CPU交换数据，各部件与各总线的连接结构如下

7、四总线结构

7.1、将高速设备用高速总线相连，低速设备用低速总线相连

7.2、CPU和高速缓存区cache用局部总线相连，cache和内存用系统总线相连

8、多级CPI总线结构

8.1、通过PCI桥扩展出总线以适配繁多的部件速度

四、总线的分类

根据位置划分

1、片内总线：位于芯片内部的总线

2、系统总线：计算机各个部件之间的信息传输线

2.1、数据总线：传送数据信号，一般而言是双向的，与机器字长，存储字长有关（一般是数据总线宽度小于等于机器字长）

2.2、地址总线：传送地址信号，一般是单向的，与存储地址，IO地址有关（一般是地址总线的宽度小于等于地址寄存器的宽度）

2.3、控制总线：传送控制信号，有出有入，控制功能如：存储器读、写，总线允许，中断确认

3、通信总线：用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如控制仪表，移动通信等）之间的通信，按照传输的方式划分有：串行通信总线，并行通信总线

五、总线特性以及性能指标

1、机械特性：尺寸，形状，管脚数和排列顺序

2、电气特性：传输方向和有效的电平范围

3、功能特性：每根传输线的功能，如：地址总线，数据总线，控制总线以及其他类型的总线

4、时间特性：信号的时序关系

5、总线的性能指标：

5.1、总线宽度：同时可以传输数据的位数，就是总线数据线的根数。

5.2、标准传输率：每秒传输的最大字节数

5.3、时钟同步/异步：同步和不同步

5.4、总线复用：地址线和数据线复用（如8086，20根地址总线中的16条同时作为数据总线），复用可以减少管脚的数量，进而减小芯片的大小

5.5、信号线数：地址线，数据线和控制线的总和

5.6、总线控制方式：突发、自动、仲裁、逻辑、技术

5.7、其他指标：负载能力，如可挂载的IO设备的数量

六、总线标准举例