外圍總線

在計算機系統中的各部件，如 CPU、存儲器以及各種 I/O 設備之間的聯繫，都是通過總線來實現的 ^[1]  。總線（Bus）是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信幹線，它是由導線組成的傳輸線束。總線可以分為片內總線和片外總線。片內總線是CPU內部的寄存器、算術邏輯部件、控制部件以及總線接口部件之間的公共信息通道。片外總線則泛指CPU與外部器件之間的公共信息通道。外圍總線屬於片外總線，是是指計算機主機與外部設備接口的總線。

總線的帶寬指的是單位時間內總線上可傳送的數據量，即我們常説的每秒鐘傳送多少字節。單位是字節/秒（B/s）或兆字節/秒（MB/s）。與總線帶寬密切相關的兩個概念是總線寬度和總線的工作頻率。

總線的寬度指的是總線能同時傳送的數據位數，即我們常説的16位、32位、64位等總線寬度的概念。在工作頻率固定的條件下，總線的帶寬與總線的寬度成正比。

總線的工作頻率即總線的時鐘頻率，以MHz為單位。它是指用於協調總線上的各種操作的時鐘信號的頻率。工作頻率越高則總線工作速度越快。

智能磁盤設備(IDE)是專門為磁盤類外部設備而設計的總線。

早期微計算機系統所使用的硬盤接口為增強型小型設備接口,這種接口方式把硬盤控制器做在PC總線上(如ISA)，而硬盤本身僅實現機械部分和模擬至數字變換部分。總線上的控制卡要完成較多的工作，包括髮出各種硬盤的操作命令、磁盤附加數據(扇區索引、同步、CRC校驗碼等)的產生與編排；使得從控制卡到磁盤的數據與命令過於複雜，容易在較長的扁平連接電纜線上出現傳輸錯誤，同時也限制了接口總線帶寬的提高。後來設計者門把硬盤控制卡的大部分部件與磁盤有關的功能部件都移到硬盤—k，用硬盤—上帶有的控制器(或CPU)來直接管理物理部件。同時將硬盤與總線的接口定位於更簡單的總線信號上，即與在總線上設計普通的外設接口類似，從而形成了IDE接口。

IDE接口實際支持的最大容量為136．9GB，在PC機上經BIOS入口轉換，其參數允許的最大磁盤容量為8．4GB如不經過轉換，經PC BIOS訪問的磁盤僅能支持528MB的容量。

IDE支持多種數據傳輸方式，在ISA接口卡方式下，支持PIO和Multiword DMA方式，如在PCI接口模式下還可支持Ultra—DMA方式，各種傳輸方式下的最大接口傳輸率如教材P326 ultra-DAIA傳輸方式

在ultra—DMA傳輸方式實現之前，處理器與IDE設備的數據傳輸方式為PIO或DMA方式。PIO方式即CPU直接用I/O指令讀取IDE設備的數據端口，受CPU指令週期和ISA接口的限制，這種方式下最高也僅能8MB/s的傳輸率，而且還要一直佔用CPU。在ISA總線方式下，其DMA申請響應的週期甚至還不如PIO方式快，因而DMA方式在PC機上根本不採用。

ultra—DMA方式下IDE設備也是通過DRQ—DACK信號進行DMA申請與響應的。與ISA的DMA不同的是，其中的數據傳送並非如ISA中每次DRQ-DACK過程中用IOR或IOW週期訪問一個數據，而是用另一個時鐘線的上升和下降沿各傳送一個數據，因而每個時鐘週期內可傳送4個字節。

SCSI定義了一種用來支持計算機和外圍設備互連的總線，它被設計成一種有效的外設總線，用來支持多個設備，允許包括多個主機。這樣通過單一的SCSI，可使不同的磁盤、磁帶、打印機和光驅能加入到主機系統中去，而不需要修改系統的硬件或軟件。

SCSI總線是一種很規範的總線邏輯接口，總線訪問時的主設備稱為啓動設備，從設備稱為目標設備，總線上訪問過程中的總線裁決、信息傳輸等都是通過總線上相關的信號線按協議完成的。

總線操作分為裁決、選擇和信息傳送三個步驟。裁決期，啓動設備發出的BUSY，並將自己的ID(標識)放到數據線上，每個設備的ID將佔用一條數據線，各設備同時比較數據線上的ID號，數較大者佔用總線。目標設備根據數據線的ID號與自己的相比較並通過確認。信息傳送過程通過有關的信號的組合，決定信息傳送的種類和方向。SCSI信息傳送的不僅僅是數據，還包括命令、狀態和消息。

通用串行總線(USB)的特點是連接簡單，只需很小的接插件及少數連線即可實現。它易於使用，傳輸速度高，可達到12Mb/s的傳輸率。連線長度長，可達5m。同時端口擴展方便，最高可支持128個USB外設。USB總線只有一個主機；其餘的都是USB設備。

USB上信息的傳送是以包的方式進行的，每一次總線的傳送由三個包組成：

① 由主機發出的令牌(token)包，內含USB設備地址、讀/寫操作方式等。

②通過地址譯碼，被選中的USB設備接收(寫)或發送(讀)數據包，這是信息傳輸實體內容。

③接收數據包方發出的握手包，表示傳輸的正確與否。

USB各種包傳送時，都採用了信息的CRC校驗方式。

USB主機在USB總線中所起的關鍵作用是：

①檢測USB設備的加入或去除狀態。

②管理主機與USB設備之間的控制流。

③管理主機與USB設備之間的數據流。

④收集USB設備的狀態與活動屬性。

⑤提供有限的電源，驅動USB設備。

----上述兩種外部總線是串行總線，而IEEE-488 總線是並行總線接口標準。IEEE-488總線用來連接系統，如微計算機、數字電壓表、數碼顯示器等設備及其他儀器儀表均可用IEEE-488總線裝配起來。它按照位並行、字節串行雙向異步方式傳輸信號，連接方式為總線方式，儀器設備直接並聯於總線上而不需中介單元，但總線上最多可連接15台設備。最大傳輸距離為20米，信號傳輸速度一般為500KB/s，最大傳輸速度為1MB/s。