系统总线

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总线系统是计算机内部用于连接各种功能部件并在它们之间传输数据的公用线路或通路。总线系统的主要功能是实现计算机各个部件之间的地址、数据和控制信息的交换。以下是总线系统的详细介绍：

总线的分类

1. 按数据传送方式划分

   • 并行总线：使用多条传输线同时传送多位二进制信息，传输速度快，但系统结构较复杂。
   • 串行总线：使用一条传输线逐位传送二进制信息，结构简单，但传输速度较慢。

2. 按总线的使用范围划分

   • 内部总线：连接CPU内部各寄存器及运算部件。
   • 系统总线：连接CPU与计算机系统的其他高速功能部件，以及中低速I/O设备。
   • 外部总线：连接计算机系统之间或计算机主机与外围设备之间的传输通路。

3. 按时钟同步/异步划分

   • 同步总线：总线上的数据与时钟同步工作。
   • 异步总线：总线上的数据与时钟不同步工作。

总线的组成

1. 数据总线（Data Bus）

   • 用于传输各功能部件之间的数据信息，双向传输。
   • 数据总线的位数是微型计算机的重要指标，通常与微处理器的字长相一致。

2. 地址总线（Address Bus）

   • 用来传输地址信息，单向传输。
   • 地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小。

3. 控制总线（Control Bus）

   • 用来传输控制信号和时序信号，双向传输。
   • 控制信号包括读/写信号、片选信号、中断响应信号等。

总线的特性

1. 物理特性

   • 总线的物理连接方式，包括总线的根数、插头、插座形状、引脚线个数及排列方式等。

2. 功能特性

   • 描述总线中每一根线的功能，如地址总线、数据总线、控制总线。

3. 电气特性

   • 定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。

4. 时间特性

   • 定义每根线在什么时间有效，即规定总线各信号的有效时序关系。

总线的性能指标

1. 总线宽度

   • 通常指数据总线的位数，总线宽度越宽，每秒钟数据传输率越大。

2. 总线频率

   • 1/传输一次数据时间，总线频率越高，总线工作速度越快。

3. 总线带宽

   • 总线的数据传输速率，即单位时间内总线传输数据的位数。

常见的总线标准

1. ISA总线（Industry Standard Architecture）

   • IBM公司1984年推出的系统总线标准，支持64K I/O地址空间、16M主存地址空间的寻址。

2. EISA总线（Extended ISA）

   • 在ISA基础上扩展的总线标准，支持多总线主控和突发传输方式。

3. PCI总线（Peripheral Component Interconnect）

   • Intel公司1991年推出的高性能32位局部总线，支持突发工作方式，数据传输率高。

4. AGP总线（Accelerated Graphics Port）

   • 专用于显示卡的局部总线，采用点对点通道方式，传输率高。

5. USB总线（Universal Serial Bus）

   • 基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，支持即插即用。

总线的操作步骤

1. 申请分配阶段

   • 主模块提出总线使用申请，总线仲裁机构决定总线使用权归属。

2. 寻址阶段

   • 获得总线使用权的主模块发送本次要访问的从模块的地址及有关命令。

3. 传送阶段

   • 主模块与从模块进行数据交换。

4. 结束阶段

   • 主模块相关信息从总线上撤除，让出总线使用权。

总线通信方式

1. 同步通信

   • 通信双方由统一的时钟标准控制数据传送。

2. 异步通信

   • 没有公共的时钟标准，采用应答方式（握手方式）。

3. 半同步通信

   • 保留同步通信的基本特点，结合异步通信方式，允许设备部件以不同速度工作。

4. 分离式通信

   • 将一个总线周期分为两个子周期，提高系统性能。

总线系统在计算机中起着至关重要的作用，它连接了计算机的各个部件，确保了数据的有效传输和处理。随着计算机技术的发展，总线系统也在不断改进和优化，以满足更高的性能需求。