4.1.1 总线的基本概念
1．总线的定义和功能
（1）总线是连接计算机有关部件的一组信号线，是主板用来传送信息代码的公共通路。
（2）总线不仅是一组传输线，它还包括与信息代码传送有关的控制信号。在计算机系统中，总线堪称是一个独立的部件。
（3）采用标准的总线结构，是计算机系统结构上的突出特点，它可使不同厂家遵守同一总线标准生产，方便部件或设备的互联。
2．总线类型
总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。按照总线相对于CPU或其他芯片的位置可分为以下几种：
（1）内部总线：在CPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线。
（2）外部总线：是指CPU与内存RAM、ROM和输入/输出设备接口之间进行通信的通路，如FSB、AGP和PCI总线等。
按总线传输信号的功能来划分又可分为以下几种：
（2）数据总线：数据总线用来传送数据信息。
（3）控制总线：控制总线用来传送各种控制信号。
3．总线的连接方式
总线的连接方式对计算机系统性能起着十分重要的作用。单机系统中总线结构的基本类型有以下几种：
（1）单总线。使用一条单一的系统总线来连接CPU、内存和I/O设备，各部件分时使用总线交换信息，要求各部件高速运行。
优点：简单，易于扩充。
缺点：总线共用，易阻塞。
（2）双总线。在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线。
优点：既保持了单总线的优点，又使CPU能够通过专用总线与存储器高速交换信息。
缺点：增加了一定的硬件代价。
（3）三总线。在双总线的基础上增加了I/O总线。
优点：合理发挥各总线的作用。
缺点：增加了硬件代价。
（4）多总线。将速度相近的部件与设备连于同一类性能的总线，充分发挥总线效能，总体上提高了系统性能。图4-1为多总线图。图中说明了多总线的功能和总线之间的关系。
CPU总线（也可以叫做FSB）是外部总线速度最快的总线。北桥连接FSB和PCI总线，是主板上最大的“桥”芯片，是FSB和PCI总线之间数据通路“转换器”；PCI总线连接一些PCI标准接口的设备，南桥是主板上的第二“桥”芯片，是PCI总线和ISA总线（或者LPC总线）数据通路“转换器”；主板最底层的是I/O和低速设备。
图4-1 多总线之间的关系图
4．总线结构对计算机系统性能的影响（1）最大存储容量
在单总线系统中，最大主存容量必须小于由计算机字长所决定的可能的地址总数。在双总线系统中，对主存和外设进行存取的判断是利用各自的指令操作码。由于主存地址和外设地址出现在不同的总线上，所以存储容量不会受外围设备多少的影响。三总线、多总线与双总线系统中对最大存储容量的情况相似。
（2）指令系统
单总线系统中，访问主存和I/O传递可使用相同的操作码，使用相同的指令，但它们使用不同的地址。而双总线以后的系统中，CPU对存储总线和系统总线必须使用不同的指令系统。
（3）吞吐量
吞吐量是指流入和流出系统的信息速率。它取决于信息输入主存的速率。CPU能够多快地取指令，数据就能以相同的速率从主存中取出或存储，以及以相同的速率把结果从主存输送给一台外部设备。
5．总线的内部结构
早期总线是CPU芯片引脚的延伸和驱动能力的增强，存在以下不足：（1）CPU是总线上唯一的主控者。
（2）总线结构与CPU紧密相关，通用性较差。
现代总线的趋势是标准总线，与结构、CPU和采用的技术无关。现代总线如FSB、AGP和PCI等可分为四个部分：
（1）数据传送总线：由地址总线（单向）、数据总线（双向）、控制总线（单向）组成。（2）仲裁总线：由总线请求线和总线授权线组成。
（3）中断和同步总线：由中断请求信号和中断认可信号组成。
（4）公用线：由时钟信号、电源、地址、系统复位线以及加电或断电的时序信号线等组成。
6．主设备和从设备
通过总线的内部结构可以得知，现代总线需要仲裁，那么总线就需要两个设备即主设备和从设备，下面就分别介绍总线的两种设备。
（1）主设备：CPU模块、智能I/O模块；主设备可启动一个总线周期。
（2）从设备：存储器模块、一般I/O模块；从设备只能响应主设备请求。
每次总线操作，只能有一个主方，可以有多个从方。也就说明了一条总线可以连接多个从设备。
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