总线的基本概念

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。计算机中的各个设备都可以连接在总线上。如果所有的设备都连接在一条总线上，那么就会导致总线非常繁忙。在任何一个时刻只能有一对设备使用总线。

总线上信息的传输方式有串行和并行。

串行，数据是一位一位的发送和接收。

并行，多位数据同时传输和接收。需要多条数据线进行传输，如果传输距离过长数据线平行在线和线之间会产生干扰，导致数据出错，所以并行方式适用于短距离。串行传输不存在这个问题。

单总线结构计算机

计算机中所有的设备都被连接在这一条总线上，但是同一时刻只能有一对设备使用总线进行通信，这就导致其他需要使用总线的设备必须等待。这种结构对总线的争用频繁，这时候总线成了计算机性能瓶颈。

面向 CPU 的双总线结构

M 总线专门为 CPU 和内存提供服务。因为 CPU 和内存之间存在这频繁的数据交换。但是这种结构的问题在于内存和其他设备之间是没有总线可以使用的，只能是通过 CPU 进行信息传输。这样就影响了 CPU 的执行。

以内存为中心的双总线结构

总线的分类

根据总线位置进行分类：

1.片内总线 —— 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。

根据传输数据类型进行分类：

1.数据总线 —— 双向，于机器字长、存储字长有关。

2.地址总线 —— 单向，于存储地址，I/O 地址有关。

3.控制总线 —— 有出，有入。

通信总线 —— 用于计算机之间或者和其他设备之间进行通信。传输方式有串行和并行。

总线的特性和性能指标

总线是印刷在计算机主板上的，总线会预留出接口让其他设备接入总线。

总线的特性：

1.机械特性：尺寸、形状、管脚数、排列顺序。

2.电气特性：传输方向、有效的电平范围（比如高电平表示1，低电平表示0 ，那么什么样的电压范围是高电平，低电平）。

3.功能特性：每根线上传输的信号是什么信号，数据信号、地址信号、控制信号、状态反馈信号。

4.时间特性：信号的时序关系。

总线的性能指标：

1. 总线的宽度：数据线的根数，也就是同时可以传输多少位数据。

2. 标准传输率：每秒传输的最大字节数（MBps）

3 .时钟同步/异步：同步、不同步。

4. 总线复用：地址总线和数据总线共用。

5. 信号线数: 地址线、数据线、控制线的总和。

6. 总线控制方式：突发、自动、仲裁、逻辑、计数。

7. 其他指标：负载能力（这条总线上可以挂载多少个设备）。

总线的标准

以 ISA 举例， 8MHz 表示每秒钟可以传输 8M 次，每次可以传输 2-byte ，这样就可以计算出带宽为 16MBps 。

总线结构

DMA （Direct Memory Access）三总线结构

局部总线三总线结构： CPU 运行速度很快，但是内存速度很慢，所以把内存中的数据放在 Cache 中，对 Cache 进行读写。

4 总线结构：高速设备和低速设备分别使用不同的总线。

总线结构举例：

VL-BUS 局部总线结构：

PCI 总线结构：

多层 PCI 总线结构：

总线的控制

总线的判优控制：

主设备：对总线有控制权力，可以提出总线的占用申请。

从设备：本身不能提出总线的占用申请，响应从主设备发来的总线指令。

集中式：将总线的判优逻辑做在一个部件上，比如说 CPU。

分布式：将判优逻辑分布在各个设备上。

链式查询方式

链式查询方式的特点在 BG 这条线上。从图中可以看出，BG 线是一个设备一个设备的挨个进行查询。假设现在由接口 n 发起了总线占用请求，由于总线占用请求是都是通过 BR 线传送到总线控制部件，所以总线控制部件不知道是哪一个设备要占用总线，于是就通过 BG 线逐个查询。顺序查询到排在前面的申请占用总线设备就停止继续查找，也就是上图中的接口 1 。设备占用总线的优先级是由 BG 的查询顺序决定的。这种方式的缺点是对电路故障十分敏感，如果某一个设备的电路出现故障导致查询信号无法继续向下传递。优点是结构简单，增加减少设备比较容易。

计数器定时查询方式

这种方式中是通过设备地址线来查询设备是否发起了总线占用请求。总线判优部件中有一个计数器，如果有一个设备想要占用总线，首先通过 BR 发送总线占用请求。总线控制器接收到占用请求后，在能够响应的情况下，可以让出总线使用权的情况下，就会启动这个计数器，将计数器的值通过设备地址这条线向外输出。假设计数器的值是0，那么就对接口 0 进行查询，看看该设备是否提出了总线占用请求，如果没有就将计数器加1，然后对接口1的设备进行判断。这种方式的优点是非常灵活，通过操纵计数器就可以很灵活的指定优先级。缺点是设备地址线的宽度和设备数量有关，设备越多线的宽度就需要越大。

独立请求方式