4.1.2　總線的類型與結構

1.總線的類型

總線是現代計算機技術中很基本的一個概念，貫穿在計算機系統平臺各個層次中，出現在計算機中的很多地方。在硬件上按照總線連接部件的不同，可以把總線分為片內總線、部件內總線、系統總線和外總線幾種。

片內總線是指芯片內部的總線。例如，CPU內部寄存器和寄存器之間、寄存器和ALU之間的總線。

部件內總線是指插件板內各芯片之間傳送信息所使用的總線，如顯示適配卡中使用的總線。

系統總線是指計算機系統內各功能部件，如CPU、主存、I/O等之間的信息傳輸線。前面所說的數據總線、地址總線以及控制總線就是系統總線。它位于主板上，因此又稱板級總線。

外總線是指計算機系統之間以及計算機系統與其他系統之間的通信總線。

2.總線的結構

計算機總線的內部結構如圖4-2所示，它實際上是處理器芯片引腳的延伸，是處理器與I/O設備適配器的通道。這種簡單的總線一般由50～100根信號線組成，按照這些信號線的功能特性可分為三類：數據總線、地址總線和控制總線。

（1）數據總線

數據總線（Data Bus，DB）是在計算機系統各個部件之間傳輸數據信息的信號線。數據總線是雙向的。通常，數據總線由8根、16根、32根或64根數據線組成，數據線的根數稱為數據總線的寬度。由于每根數據線每次傳送1位二進制數，所以數據線的根數決定了每次能同時傳送的二進制的位數，由此可見，數據總線的寬度是決定系統總體性能的關鍵因素之一。例如，如果數據總線的寬度為8位，而每條指令的長度為16位，那么在每個指令周期中需要兩次訪問存儲器才能取回完整的16位指令。

（2）地址總線

地址總線（Address Bus，AB）是在計算機系統各個部件之間傳輸地址信息的信號線，用來規定數據總線上的數據來自何處或將被送往何處。地址總線是單向的。如果CPU要從存儲器中讀取一個信息，那么，首先必須將要讀取信息的存儲器地址放到地址總線上，然后才可以從給定的存儲器地址中取出所需要的信息。地址總線的寬度決定了計算機系統能夠使用的最大的存儲器容量。在對輸入/輸出端口進行尋址時也要使用地址總線傳送地址信息。實際操作時，總是用地址總線的高幾位選擇總線上指定的存儲器段，而用地址線的低幾位去選擇存儲器段內具體的存儲器單元或輸入/輸出端口地址。由此可見，地址總線的寬度決定了一次能夠訪問的存儲空間范圍的大小。

（3）控制總線

控制總線（Control Bus，CB）是在計算機系統各個部件之間傳輸控制信息的信號線，其作用是對數據總線、地址總線的訪問及使用情況實施控制。控制線中每根線都是單向的，用來指明數據傳送的方向、中斷請求和定時控制等。由于計算機中的所有部件都要使用數據總線和地址總線，所以用控制總線對它們實施控制既是必要的，也是必需的?？刂瓶偩€上傳輸的控制信息，其作用就是在計算機系統各個部件之間發送操作命令和定時信息，命令信息規定了要執行的具體操作，而定時信息則規定了數據信息和地址信息的時效性。

這種簡單的總線結構被早期的計算機廣泛采用。隨著計算機技術的發展，這種簡單的總線結構逐漸暴露出一些不足：第一，CPU是總線上的唯一主控者，即使后來增加了具有簡單仲裁邏輯的DMA（Direct Memory Access）控制器以支持DMA傳送，但是仍不能滿足多CPU環境的要求；第二，總線信號是CPU引腳信號的延伸，所以總線結構與CPU緊密相關，通用性較差。