【计算机基础Ep19】唐朔飞计算机组成原理教材梳理（八）
第三章 系统总线
3.1总线的基本概念
计算机系统的五大部件之间的连接方式：
分散连接：各部件之间使用单独的连线；
总线连接：将各部件连到一组公共信息传输线上。
发展：
早期计算机：
方式：分散连接；
中心：运算器；
特点：内部连线十分复杂，尤其是当I/O与存储器交换信息时，都需经过运算器，致使运算器停止运算，严重影响了CPU的工作效率；
改进：
方式：分散连接；
中心：存储器；
特点：I/O与主存交换信息可以不经过运算器，又采用了中断、DMA等技术，使CPU工作效率得到很大的提高，但是仍无法解决I/O设备与主机之间连接的灵活性；
发展：
情况：I/O设备的种类和数量也越来越多；
困难：人们希望随时增添或减撤设备，用分散连接的方式一筹莫展；
结果：出现了总线连接方式。
总线：
定义：总线是连接多个部件的信息传输线，时各部件共享的传输介质；
要求：在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息；
组成：由许多传输线或通路组成，每条线可一位一位地传输二进制代码；
传输方式：
串行：一串二进制代码可在一段时间内逐一传输完成；
并行：若干条传输线可以同时传输若干位二进制代码；
分类：
以CPU为中心的双总线结构：
存储总线（M总线）：连接CPU和内存；
输入/输出总线（I/O总线）：用来建立CPU和各I/O设备之间交换信息的通道，各种I/O设备通过I/O接口挂到I/O总线上，更便于增删设备；
缺陷：这种结构在I/O设备与主存交换信息时仍然要占用CPU，因此还会影响CPU的工作效率；
单总线结构：
结构：将CPU、主存和I/O设备（通过I/O接口）都挂到一组总线上；
特点：当I/O设备与主存交换信息时，原则上不影响CPU的工作，CPU仍可继续处理不访问主存或I/O设备的操作，这就使CPU工作效率有所提高；
以存储器为中心的双总线结构：
存储总线：在单总线基础上又开辟的一条CPU与主存之间的总线；
特点：速度高，只供主存与CPU之间传输信息，既提高了传输效率，又减轻了系统总线的负担，还保留了I/O设备与存储器交换信息时不经过CPU的特点。
3.2总线的分类
分类：
按数据传送方式：
并行传输总线；
串行传输总线；
按传输数据宽度：
8位；
16位；
32位；
64位；
按总线的使用范围：
计算机（包括外设）总线；
测控总线；
网络通信总线；
连接部件：
片内总线；
系统总线；
控制总线。
3.2.1片内总线
定义：芯片内部的总线，如在CPU芯片内部，寄存器与寄存器之间、寄存器与算逻单元ALU之间都由片内总线连接。
3.2.2系统总线
定义：CPU、内存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线，由于这些部件通常都安放在主板或各个插件板（插卡）上，故又称板级总线（在一块电路板上各芯片间的连线）或板间总线。
分类：按系统总线传输信息的不同——
数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息，它是双向传输总线，其位数与机器字长、存储字长有关，一般位8位、16位或32位；
地址总线：主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址，单向传输；
控制总线：用来发出各种控制信号的传输线，单向传输。
3.2.3通信总线
定义：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。
传输方式：
串行传输：数据在单条1位宽的传输线上，一位一位地按顺序分时传送——适合远距离传输，几米达数千公里；
并行传输：数据在多条并行1位宽的传输线上，同时由源传送到目的地——适合短距离传输，小于30m。
3.3总线特性及性能指标
3.3.1总线特性
包括：
机械特性：总线在机械连接方式上的一些性能；
电气特性：总线的每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范围；
功能特性：总线中每根传输线的功能；
时间特性：总线中的任一根线在什么时间内有效。
3.3.2总线性能指标
包括：
总线宽度：数据总线的根数；
总线带宽：总线的数据传输速率；
时钟同步/异步：
同步总线：总线上的数据与时钟同步工作的总线；
异步总线：与时钟不同步工作的总线；
总线复用：一条信号线上分时传送两种信号；
信号线数：地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和；
总线控制方式：包括突发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等；
其他指标：如负载能力、电源电压、总线宽度能否扩展等——总线的负载能力即驱动能力。
3.3.3总线标准
意义：在总线的统一标准下，完成系统设计，模块制作，这样，系统、模块、设备与总线之间不适应、不通用及不匹配的问题就迎刃而解了。
定义：系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。
分类：
ISA（Industrial Standard Architecture）总线；
EISA（Extended Industrial Standard Architecture）总线；
VESA（Video Electronic Standard Association，视频电子标准协会）/VL-BUS（Local BUS）总线；
PCI（Peripheral Component Interconnect，外围部件互连）总线，特点——
高性能；
良好的兼容性；
支持即插即用（Plus and Play）；
支持多主设备能力；
具有与处理器和存储器子系统完全并行操作的能力；
提供数据和地址奇偶校验功能，保证了数据的完整和准确；
支持两种电压标准；
可扩充性好；
软件兼容性好；
采用多路复用技术，减少了总线引脚个数。
AGP（Accelerated Graphics Port，加速图形端口）总线；
RS-232C（RS即Recommended Standard的缩写，232位标识号，C表示修改次数）总线；
USB（Universal Serial Bus）总线，特点——
具有真正的即插即用特征；
具有很强的连接能力；
数据传输率有两种；
标准统一；
连接电缆轻巧，电源体积缩小；
生命力强。
