圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平6.1 总线的概念和结构形态
台一、总线的基本概念
数字计算机是由若干系统功能部件构成的，这些系统功能部件在一起工作才能形成一个完整的计算机系统。
总线定义：计算机的若干功能部件之间不可能采用全互联形式，因此就需要有公共的信息通道，即总线。
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。借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址、数据和控制信息的交换，并在争用资源的基础上进行工作。
1．总线的基本概念总线可分为以下几类：
①内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算器部件之间的总线。
②系统总线：外部总线。CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线。
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圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台③I/O总线：中低速I/O设备相互连接的总线。
总线的特性可分为：物理特性、功能特性、电气特性和时间特性。物理特性：总线的物理连接方式（根数、插头、插座形状，引脚排列方式）。功能特性：每根线的功能。电气特性：每根线上信号的传递方向及有效电平范围。时间特性：规定了每根总线在什么时间有效。
相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的,但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用，其原因何在呢?
为了使不同厂家生产的相同功能部件可以互换使用，就需要进行系统总线的标准化工作。目前，已经出现了很多总线标准，如PCI、ISA等。
采用标准总线的优点：①简化系统设计；②简化系统结构，提高系统可靠性；③便于系统的扩充和更新。
总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率。一次操作可以传输的数据位数
如S100为8位，ISA为16位，EISA为32位，PCI可达64位。总线宽度不会超过微处理器外部数据总线的宽度。
【例1】（1）某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为33MHz，总线带宽是多少?
（2）如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频率升为66MHz，总线带宽是多少?
解：
（1）设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期
用T=1/f表示，一个总线周期传送的数据量用D表示，根据定义可得：
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圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台Dr=D/T=D×（1/T）=D×f=4B×33×106/s=132MB/s（2）64位=8B，Dr=D×f=8B×66×106/s=528MB/s。
二、总线的连接方式
适配器（接口）：实现高速CPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同步，并完成计算机和外设之间的所有数据传送和控制。
单机系统中总线结构的两种基本类型：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。
在单总线系统中，CPU送至总线上的地址不仅加至内存，同时也加至总线上的所有外围设备。只有与总线上的地址相对应的设备，才执行数据传送操作。CPU和某些外设可以指定地址。
单总线结构特点：
在单总线结构中，要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运行，以便在某些设备需要使用总线时，能迅速获得总线控制权；而当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。否
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圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台则，由于一条总线由多种功能部件共用，可能导致很大的时间延迟。
2．多总线
在CPU、主存、I/O之间互联采用多条总线。如图所示。
高速的CPU总线：CPU和cache之间采用。系统总线：主存连在其上。
高速总线上可以连接高速LAN（100Mb/s局域网）、视频接口、图形接口、SCSI接口（支持本地磁盘驱动器和其他外设）、Firewire接口（支持大容量I/O设备）。高速总线通过扩充总线接口与扩充总线相连，扩充总线上可以连接串行方式工作的I/O设备。
通过桥CPU总线、系统总线和高速总线彼此相连。桥实质上是一种具有缓冲、转换、控制功能的逻辑电路。
多总线结构体现了高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同时进行工作，以提高总线的效率和吞吐量，而且处理器结构的变化不影响高速总线。
三、总线的内部结构
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圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台早期总线的内部结构如图所示，它实际上是处理器芯片引脚的延伸，是处理器与I/O设备适配器的通道。这种简单的总线一般也由50～100条线组成，这些线按其功能可分为三类：地址线、数据线和控制线。
图6-1 早期总线内部结构框图
早期总线结构的不足之处在于：
CPU是总线上惟一的主控者。即使后来增加了具有简单仲裁逻辑的DMA控制器以支持DMA传送，但仍不能满足多CPU环境的要求。
总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总线结构紧密与CPU相关，通用性较差。
四、总线的内部结构当代流行的总线内部结构：
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白中英《计算机组成原理》(第5版)教材精讲(总线系统 总线的概念和结构形态)
