【計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)Ep19】唐朔飛計(jì)算機(jī)組成原理教材梳理（八）
第三章 系統(tǒng)總線
3.1總線的基本概念
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的五大部件之間的連接方式：
分散連接：各部件之間使用單獨(dú)的連線；
總線連接：將各部件連到一組公共信息傳輸線上。
發(fā)展：
早期計(jì)算機(jī)：
方式：分散連接；
中心：運(yùn)算器；
特點(diǎn)：內(nèi)部連線十分復(fù)雜，尤其是當(dāng)I/O與存儲器交換信息時，都需經(jīng)過運(yùn)算器，致使運(yùn)算器停止運(yùn)算，嚴(yán)重影響了CPU的工作效率；
改進(jìn)：
方式：分散連接；
中心：存儲器；
特點(diǎn)：I/O與主存交換信息可以不經(jīng)過運(yùn)算器，又采用了中斷、DMA等技術(shù)，使CPU工作效率得到很大的提高，但是仍無法解決I/O設(shè)備與主機(jī)之間連接的靈活性；
發(fā)展：
情況：I/O設(shè)備的種類和數(shù)量也越來越多；
困難：人們希望隨時增添或減撤設(shè)備，用分散連接的方式一籌莫展；
結(jié)果：出現(xiàn)了總線連接方式。
總線：
定義：總線是連接多個部件的信息傳輸線，時各部件共享的傳輸介質(zhì)；
要求：在某一時刻，只允許有一個部件向總線發(fā)送信息，而多個部件可以同時從總線上接收相同的信息；
組成：由許多傳輸線或通路組成，每條線可一位一位地傳輸二進(jìn)制代碼；
傳輸方式：
串行：一串二進(jìn)制代碼可在一段時間內(nèi)逐一傳輸完成；
并行：若干條傳輸線可以同時傳輸若干位二進(jìn)制代碼；
分類：
以CPU為中心的雙總線結(jié)構(gòu)：
存儲總線（M總線）：連接CPU和內(nèi)存；
輸入/輸出總線（I/O總線）：用來建立CPU和各I/O設(shè)備之間交換信息的通道，各種I/O設(shè)備通過I/O接口掛到I/O總線上，更便于增刪設(shè)備；
缺陷：這種結(jié)構(gòu)在I/O設(shè)備與主存交換信息時仍然要占用CPU，因此還會影響CPU的工作效率；
單總線結(jié)構(gòu)：
結(jié)構(gòu)：將CPU、主存和I/O設(shè)備（通過I/O接口）都掛到一組總線上；
特點(diǎn)：當(dāng)I/O設(shè)備與主存交換信息時，原則上不影響CPU的工作，CPU仍可繼續(xù)處理不訪問主存或I/O設(shè)備的操作，這就使CPU工作效率有所提高；
以存儲器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)：
存儲總線：在單總線基礎(chǔ)上又開辟的一條CPU與主存之間的總線；
特點(diǎn)：速度高，只供主存與CPU之間傳輸信息，既提高了傳輸效率，又減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)，還保留了I/O設(shè)備與存儲器交換信息時不經(jīng)過CPU的特點(diǎn)。
3.2總線的分類
分類：
按數(shù)據(jù)傳送方式：
并行傳輸總線；
串行傳輸總線；
按傳輸數(shù)據(jù)寬度：
8位；
16位；
32位；
64位；
按總線的使用范圍：
計(jì)算機(jī)（包括外設(shè)）總線；
測控總線；
網(wǎng)絡(luò)通信總線；
連接部件：
片內(nèi)總線；
系統(tǒng)總線；
控制總線。
3.2.1片內(nèi)總線
定義：芯片內(nèi)部的總線，如在CPU芯片內(nèi)部，寄存器與寄存器之間、寄存器與算邏單元ALU之間都由片內(nèi)總線連接。
3.2.2系統(tǒng)總線
定義：CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備（通過I/O接口）各大部件之間的信息傳輸線，由于這些部件通常都安放在主板或各個插件板（插卡）上，故又稱板級總線（在一塊電路板上各芯片間的連線）或板間總線。
分類：按系統(tǒng)總線傳輸信息的不同——
數(shù)據(jù)總線：用來傳輸各功能部件之間的數(shù)據(jù)信息，它是雙向傳輸總線，其位數(shù)與機(jī)器字長、存儲字長有關(guān)，一般位8位、16位或32位；
地址總線：主要用來指出數(shù)據(jù)總線上的源數(shù)據(jù)或目的數(shù)據(jù)在主存單元的地址或I/O設(shè)備的地址，單向傳輸；
控制總線：用來發(fā)出各種控制信號的傳輸線，單向傳輸。
3.2.3通信總線
定義：用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表、移動通信等）之間的通信。
傳輸方式：
串行傳輸：數(shù)據(jù)在單條1位寬的傳輸線上，一位一位地按順序分時傳送——適合遠(yuǎn)距離傳輸，幾米達(dá)數(shù)千公里；
并行傳輸：數(shù)據(jù)在多條并行1位寬的傳輸線上，同時由源傳送到目的地——適合短距離傳輸，小于30m。
3.3總線特性及性能指標(biāo)
3.3.1總線特性
包括：
機(jī)械特性：總線在機(jī)械連接方式上的一些性能；
電氣特性：總線的每一根傳輸線上信號的傳遞方向和有效的電平范圍；
功能特性：總線中每根傳輸線的功能；
時間特性：總線中的任一根線在什么時間內(nèi)有效。
3.3.2總線性能指標(biāo)
包括：
總線寬度：數(shù)據(jù)總線的根數(shù)；
總線帶寬：總線的數(shù)據(jù)傳輸速率；
時鐘同步/異步：
同步總線：總線上的數(shù)據(jù)與時鐘同步工作的總線；
異步總線：與時鐘不同步工作的總線；
總線復(fù)用：一條信號線上分時傳送兩種信號；
信號線數(shù)：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線三種總線數(shù)的總和；
總線控制方式：包括突發(fā)工作、自動配置、仲裁方式、邏輯方式、計(jì)數(shù)方式等；
其他指標(biāo)：如負(fù)載能力、電源電壓、總線寬度能否擴(kuò)展等——總線的負(fù)載能力即驅(qū)動能力。
3.3.3總線標(biāo)準(zhǔn)
意義：在總線的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，模塊制作，這樣，系統(tǒng)、模塊、設(shè)備與總線之間不適應(yīng)、不通用及不匹配的問題就迎刃而解了。
定義：系統(tǒng)與各模塊、模塊與模塊之間的一個互連的標(biāo)準(zhǔn)界面。
分類：
ISA（Industrial Standard Architecture）總線；
EISA（Extended Industrial Standard Architecture）總線；
VESA（Video Electronic Standard Association，視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）/VL-BUS（Local BUS）總線；
PCI（Peripheral Component Interconnect，外圍部件互連）總線，特點(diǎn)——
高性能；
良好的兼容性；
支持即插即用（Plus and Play）；
支持多主設(shè)備能力；
具有與處理器和存儲器子系統(tǒng)完全并行操作的能力；
提供數(shù)據(jù)和地址奇偶校驗(yàn)功能，保證了數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確；
支持兩種電壓標(biāo)準(zhǔn)；
可擴(kuò)充性好；
軟件兼容性好；
采用多路復(fù)用技術(shù)，減少了總線引腳個數(shù)。
AGP（Accelerated Graphics Port，加速圖形端口）總線；
RS-232C（RS即Recommended Standard的縮寫，232位標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)）總線；
USB（Universal Serial Bus）總線，特點(diǎn)——
具有真正的即插即用特征；
具有很強(qiáng)的連接能力；
數(shù)據(jù)傳輸率有兩種；
標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一；
連接電纜輕巧，電源體積縮?。?/p>
生命力強(qiáng)。
