系统总线技术

每个总线标准都必须有具体和明确的规范说明，通常包括如下几个方面的技术规范或特性:

(1) 机械特性:规定模块插件的机械尺寸，总线插头、插座的规格及位置等;

(2) 电气特性: 规定总线信号的逻辑电平、噪声容限及负载能力等;

(3)功能特性: 给出各总线信号的名称及功能定义;

(4) 规程特性:对各总线信号的动作过程及时序关系进行说明。

总线是一组信号线和相关的控制、驱动电路的集合。是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的公共通道。微型计算机从其诞生以来就采用了总线结构 ，在微机系统中常把总线作为一个独立部件看待。当前

CPU通过总线实现读取指令，并实现与内存、外设之间的数据交换，在CPU、内存与外设确定的情况下，总线速度是制约计算机整体性能的关键，总线的性能对于解决系统瓶颈、提高整个微机系统的性能有着十分重要的影响。因此在微型计算机二十多年的发展过程中，总线结构也不断地发展变化。 总线结构已成为微机性能的重要指标之一。

总线技术之所以能够得到迅速发展，是由于采用总线结构在系统设计、生产、使用和维护上有很多优越性。概括起来有以下几点:

便于采用模块结构，简化系统设计;

总线标准可以得到厂商的广泛支持，便于生产与之兼容的硬件板卡和软件;

模块结构方式便于系统的扩充和升级;

便于故障诊断和维修;

多个厂商的竞争和标准化带来的大规模生产降低了制造成本。

片内总线和片外总线

片内总线是CPU内部的寄存器、算术逻辑部件、控制部件以及总线接口部件之间的公共信息通道。

片外总线则泛指CPU与外部器件之间的公共信息通道。

我们通常所说的总线大多是指片外总线。有的资料上也把片内总线叫做内部总线或内总线(Internal Bus)，把片外总线叫做外部总线或外总线(External Bus)。

CPU总线、系统总线和外设总线

CPU总线是从CPU引脚上引出的连接线，用来实现CPU与外围控制芯片和功能部件之间的连接。

系统总线也称为I/O通道总线，用来与存储器和扩充插槽上的各扩充板卡相连接。常见的系统总线有ISA、PCI、PCI-E等。系统总线是通过专用的逻辑电路的对CPU总线的信号在空间与时间上进行逻辑重组转换而来。

外设总线是指计算机主机与外部设备接口的总线，实际上是一种外设的接口标准。目前在微型计算机上流行的接口标准有:IDE(EIDE/ATA，SATA)、SCSI、USB和IEEE 1394四种。前两种主要用于连接硬盘、光驱等外部存储设备，后面两种可以用来连接多种外部设备。

地址总线、数据总线和控制总线

几乎所有的总线都要传输三类信息:数据、地址和控制/状态信号，相应地每一种总线都可认为是由数据总线、地址总线和控制总线构成。

数据总线(Data Bus，DB)用于在各个部件/设备之间传输数据信息。

地址总线(Address Bus，AB)用于在CPU(或DMA控制器)与存储器、I/O接口之间传输地址信息。

控制总线(Control Bus，CB)用于在CPU(或DMA控制器)与存储器、I/O接口之间传输控制和状态信息。

数字计算机是由若干系统部件构成的，这些系统部件在一起工作才能形成一个完整的计算机系统。 把同一台计算机系统的各部件，如CPU、内存、通道和各类I/O接口间互相连接的总线技术，称为系统总线技术。常见的系统总线技术有:PC总线、AT总线(ISA总线)、PCI总线。

许多早期的电子式计算机都以1945年所公布的《EDVAC报告书的第一份草案》为基础。在此份报告中有着为人所熟知的范纽曼型架构，一个中央控制单元和算术逻辑单元被与电脑内存和输入输出功能一起组合形成一个存储程序计算机。这份报告揭示了计算机的通用结构与理论模型，然而此一模型并未付诸实行。 很快的，有设计将控制单元与算术逻辑单元集成起来而成为后来为人所熟知的中央处理器。

在1950年代到1960年代，计算机的建构特别的风行。举例来说，中央处理器、内存与输入输出单元的组件中，将其中的每个或多个组件用导线所连接。工程师们使用一般性标准化导线捆绑技术并延伸其观念而成为回路基板，进而将印刷电路板应用于早期的机器里。

"总线"这个名称早先就已经被使用于母线，它乘载并输送电力到电子机器的不同部分的组件，包含早期的机械式计算器。

集成电路的出现极大的缩小了计算机组件的大小，而且总线也变得更标准化。标准化模块可以用更有秩序的方式来连接，也更容易开发与维护。

----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(

系统总线

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(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。

----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。

1、系统总线 的带宽(总线数据传输速率)

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。

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。