系统总线(英语:System Bus)是一个单独的计算机
总线,是连接计算机系统的主要组件。这个技术的开发是用来降低成本和促进
模块化。系统总线结合
数据总线的功能来搭载信息,
地址总线来决定将信息送往何处,
控制总线来决定如何动作。虽然系统总线于1970年代至1980年代广受欢迎,但是现代的计算机却使用不同的分离总线来做更多特定需求用途。
总线简介
系统总线上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息,因此,系统总线包含有三种不同功能的总线,即
数据总线DB(Data Bus)、
地址总线AB(Address Bus)和
控制总线CB(Control Bus)。
数据总线DB用于传送数据信息。数据总线是双向三态形式(双向是指可以两个方向传输,可以A->B也可以A<-B;三态指 0,1和第三态(tri-state)。tri-state既不是一也不是零,三态门的闭合无输出高阻状态。)的总线,即他既可以把CPU的
数据传送到
存储器或
I/O接口等其它部件,也可以将其它部件的数据传送到CPU。
数据总线的位数是
微型计算机的一个重要指标,通常与微处理的字长相一致。例如Intel 8086
微处理器字长16位,其
数据总线宽度也是16位。需要指出的是,数据的含义是广义的,它可以是真正的数据,也可以指令代码或状态信息,有时甚至是一个控制信息,因此,在实际工作中,数据总线上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。
地址总线AB是专门用来传送地址的,由于地址只能从CPU传向外部
存储器或
I/O端口,所以地址总线总是单向三态的,这与
数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可直接
寻址的内存空间大小,比如8位微机的地址总线为16位,则其最大可
寻址空间为2^16=64KB,16位微型机的地址总线为20位,其可寻址空间为2^20=1MB。一般来说,若
地址总线为n位,则可寻址空间为2^n(2的n次方)个
地址空间(
存储单元)。 举例来说:一个16位元宽度的位址总线(通常在1970年和1980年早期的8位元处理器中使用)可以寻址的内存空间为 2 的 16 次方=65536=64 KB的地址,而一个 32位元 位址总线(通常在像现今 2004年 的 PC 处理器中) 可以
寻址的内存空间为4,294,967,296=4GB(前提:数据总线的宽度是8位)的位址。
注释:位元=bit。
上面提到的2^n=X=YGB中的B其实是bit,这个结果其实是乘以可寻址的位元8bit之后得到的。
控制总线CB用来传送
控制信号和
时序信号。控制信号中,有的是
微处理器送往
存储器和I/O接口电路的,如读/写信号,
片选信号、
中断响应信号等;也有是其它部件反馈给CPU的,比如:中断申请信号、
复位信号、总线请求信号、限备就绪信号等。因此,控制总线的传送方向由具体控制信号而定,一般是双向的,控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU。
工作原理
系统总线在
微型计算机中的地位,如同人的神经中枢系统,CPU通过系统总线对
存储器的内容进行读写,同样通过总线,实现将CPU内数据写入
外设,或由外设读入CPU。微型计算机都采用
总线结构。总线就是用来传送信息的一组通信线。微型计算机通过系统总线将各部件连接到一起,实现了微型计算机内部各部件间的信息交换。一般情况下,CPU提供的信号需经过总线形成电路形成系统总线。系统总线按照传递信息的功能来分,分为
地址总线、
数据总线和
控制总线。这些总线提供了
微处理器(CPU)与
存储器、
输入输出接口部件的连接线。可以认为,一台
微型计算机就是以CPU为核心,其它部件全“挂接”在与CPU相连接的系统总线上。这种
总线结构形式,为组成微型计算机提供了方便。人们可以根据自己的需要,将规模不一的内存和接口接到系统总线上,很容易形成各种规模的微型计算机。
微型计算机实质上就是把CPU、存储器和输入/输出接口电路正确的连接到系统总线上,而计算机应用系统的硬件设计本质上是外部设备同系统总线之间的
总线接口电路设计问题,这种
总线结构设计是
计算机硬件系统的一个特点。
常用总线
ISA总线
----ISA(industrial standard architecture)
总线标准是IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准,所以也叫AT总线。它是对XT总线的扩展,以适应8/16位
数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛,以至于奔腾机中还保留有
ISA总线插槽。ISA总线有98只引脚。
EISA总线
----
EISA总线是1988年由Compaq等9家公司联合推出的
总线标准。它是在ISA总线的基础上使用双层插座,在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线,也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中,EISA总线完全兼容ISA总线信号。
VESA总线
----VESA(video electronics standard association)总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种
局部总线,简称为VL(VESA local bus)总线。它的推出为
微机系统总线体系结构的革新奠定了基础。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连,通常把这部分总线称为CPU总线或主总线,其他设备通过VL总线与CPU总线相连,所以VL总线被称为局部总线。它定义了32位数据线,且可通过扩展槽扩展到64 位,使用33MHz
时钟频率,最大传输率达132MB/s,可与CPU同步工作。是一种高速、高效的局部总线,可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾
微处理器。
PCI总线
----PCI(peripheral component interconnect)总线是当前最流行的总线之一,它是由Intel公司推出的一种
局部总线。它定义了32位
数据总线,且可扩展为64位。
PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小,其功能比VESA、ISA有极大的改善,支持突发读写操作,最大传输速率可达132MB/s,可同时支持多组外围设备。 PCI局部总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA(micro channel architecture)总线,但它不受制于处理器,是基于奔腾等新一代
微处理器而发展的总线。
Compact PCI
----以上所列举的几种系统总线一般都用于
商用PC机中,在计算机系统总线中,还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线,比如STD总线、
VME总线、PC/104总线等。这里仅介绍当前工业计算机的热门总线之一——Compact PCI。
----Compact PCI的意思是“坚实的PCI”,是当今第一个采用无源总线底板结构的PCI系统,是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准,是当今最新的一种
工业计算机标准。Compact PCI是在原来PCI总线基础上改造而来,它利用PCI的优点,提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统,同时还考虑充分利用传统的总线产品,如ISA、STD、VME或PC/104来扩充系统的I/O和其他功能。
----6.PCI-E总线
----PCI Express采用的也是业内流行这种点对点串行连接,比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求
带宽,而且可以把
数据传输率提高到一个很高的频率,达到PCI所不能提供的高带宽。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输,PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量,它们之间的差异跟半双工和全双工类似。
技术规范
系统总线是一类信号线的集合是模块间传输信息的公共通道,通过它,计算机各部件间可进行各种数据和命令的传送。为使不同供应商的产品间能够互换,给用户更多的选择,总线的技术规范要标准化。总线的标准制定要经周密考虑,要有严格的规定。系统
总线标准(技术规范)包括:
(1)机械结构规范:模块尺寸、总线插头、总线接插件以及安装尺寸均有统一规定。
(2)功能规范:总线每条信号线(
引脚的名称)、功能以及工作过程要有统一规定。
(3)电气规范:总线每条信号线的有效电平、动态转换时间、负载能力等。
技术指标
系统总线的带宽指的是单位时间
内总线上传送的数据量,即每钞钟传送MB的最大稳态数据传输率。与总线密切相关的两个因素是总线的
位宽和总线的
工作频率,它们之间的关系:总线的带宽=总线的工作频率*总线的位宽/8
2、系统总线的位宽
系统总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数,或
数据总线的位数,即32位、64位等总线宽度的概念。总线的位宽越宽,每秒钟数据传输率越大,总线的带宽越宽。
3、系统总线的工作频率
总线的工作
时钟频率以MHZ为单位,工作频率越高,总线工作速度越快,
总线带宽越宽。
发展历程
计算机系统总线的详细发展历程,包括早期的PC总线和ISA总线、PCI/AGP总线、PCI-X总线以及主流的PCIExpress、HyperTransport
高速串行总线。从PC总线到ISA、PCI总线,再由PCI进入PCIExpress和HyperTransport体系,计算机在这三次大转折中也完成三次飞跃式的提升。与这个过程相对应,计算机的处理速度、实现的功能和软件平台都在进行同样的进化,显然,没有
总线技术的进步作为基础,计算机的快速发展就无从谈起。业界站在一个崭新的起点:PCIExpress和HyperTransport开创了一个近乎完美的总线架构。而业界对高速总线的渴求也是无休无止,PCIExpress4.0和HyperTransport4.0都已提上日程,它们将会再次带来效能提升。在计算机系统中,各个功能部件都是通过系统总线交换数据,总线的速度对系统性能有着极大的影响。而也正因为如此,总线被誉为是计算机系统的神经中枢。但相比CPU、显卡、内存、硬盘等功能部件,
总线技术的提升步伐要缓慢得多。在PC发展的二十余年历史中,总线只进行三次更新换代,但它的每次变革都令计算机的面貌焕然一新。