系統總線

系統總線上傳送的信息包括數據信息、地址信息、控制信息，因此，系統總線包含有三種不同功能的總線，即數據總線DB（Data Bus）、地址總線AB（Address Bus）和控制總線CB（Control Bus）。

數據總線DB用於傳送數據信息。數據總線是雙向三態形式（雙向是指可以兩個方向傳輸，可以A->B也可以A<-B；三態指 0，1和第三態（tri-state）。tri-state既不是一也不是零，三態門的閉合無輸出高阻狀態。）的總線，即他既可以把CPU的數據傳送到存儲器或I/O接口等其它部件，也可以將其它部件的數據傳送到CPU。數據總線的位數是微型計算機的一個重要指標，通常與微處理的字長相一致。例如Intel 8086微處理器字長16位，其數據總線寬度也是16位。需要指出的是，數據的含義是廣義的，它可以是真正的數據，也可以指令代碼或狀態信息，有時甚至是一個控制信息，因此，在實際工作中，數據總線上傳送的並不一定僅僅是真正意義上的數據。

地址總線AB是專門用來傳送地址的，由於地址只能從CPU傳向外部存儲器或I/O端口，所以地址總線總是單向三態的，這與數據總線不同。地址總線的位數決定了CPU可直接尋址的內存空間大小，比如8位微機的地址總線為16位，則其最大可尋址空間為2^16=64KB，16位微型機的地址總線為20位，其可尋址空間為2^20=1MB。一般來説，若地址總線為n位，則可尋址空間為2^n（2的n次方）個地址空間（存儲單元）。 舉例來説：一個16位元寬度的位址總線（通常在1970年和1980年早期的8位元處理器中使用）可以尋址的內存空間為 2 的 16 次方=65536=64 KB的地址，而一個 32位元 位址總線（通常在像現今 2004年 的 PC 處理器中） 可以尋址的內存空間為4,294,967,296=4GB（前提：數據總線的寬度是8位）的位址。

註釋：位元=bit。

上面提到的2^n=X=YGB中的B其實是bit，這個結果其實是乘以可尋址的位元8bit之後得到的。

控制總線CB用來傳送控制信號和時序信號。控制信號中，有的是微處理器送往存儲器和I/O接口電路的，如讀/寫信號，片選信號、中斷響應信號等；也有是其它部件反饋給CPU的，比如：中斷申請信號、復位信號、總線請求信號、限備就緒信號等。因此，控制總線的傳送方向由具體控制信號而定，一般是雙向的，控制總線的位數要根據系統的實際控制需要而定。實際上控制總線的具體情況主要取決於CPU。

系統總線在微型計算機中的地位，如同人的神經中樞系統，CPU通過系統總線對存儲器的內容進行讀寫，同樣通過總線，實現將CPU內數據寫入外設，或由外設讀入CPU。微型計算機都採用總線結構。總線就是用來傳送信息的一組通信線。微型計算機通過系統總線將各部件連接到一起，實現了微型計算機內部各部件間的信息交換。一般情況下，CPU提供的信號需經過總線形成電路形成系統總線。系統總線按照傳遞信息的功能來分，分為地址總線、數據總線和控制總線。這些總線提供了微處理器(CPU)與存儲器、輸入輸出接口部件的連接線。可以認為，一台微型計算機就是以CPU為核心，其它部件全“掛接”在與CPU相連接的系統總線上。這種總線結構形式，為組成微型計算機提供了方便。人們可以根據自己的需要，將規模不一的內存和接口接到系統總線上，很容易形成各種規模的微型計算機。

微型計算機實質上就是把CPU、存儲器和輸入/輸出接口電路正確的連接到系統總線上，而計算機應用系統的硬件設計本質上是外部設備同系統總線之間的總線接口電路設計問題，這種總線結構設計是計算機硬件系統的一個特點。

----ISA（industrial standard architecture）總線標準是IBM 公司1984年為推出PC/AT機而建立的系統總線標準，所以也叫AT總線。它是對XT總線的擴展，以適應8/16位數據總線要求。它在80286至80486時代應用非常廣泛，以至於奔騰機中還保留有ISA總線插槽。ISA總線有98只引腳。

----EISA總線是1988年由Compaq等9家公司聯合推出的總線標準。它是在ISA總線的基礎上使用雙層插座，在原來ISA總線的98條信號線上又增加了98條信號線，也就是在兩條ISA信號線之間添加一條EISA信號線。在實用中，EISA總線完全兼容ISA總線信號。

----VESA（video electronics standard association）總線是 1992年由60家附件卡製造商聯合推出的一種局部總線，簡稱為VL(VESA local bus)總線。它的推出為微機系統總線體系結構的革新奠定了基礎。該總線系統考慮到CPU與主存和Cache 的直接相連，通常把這部分總線稱為CPU總線或主總線，其他設備通過VL總線與CPU總線相連，所以VL總線被稱為局部總線。它定義了32位數據線，且可通過擴展槽擴展到64 位，使用33MHz時鐘頻率，最大傳輸率達132MB/s，可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部總線，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。

----PCI（peripheral component interconnect）總線是當前最流行的總線之一，它是由Intel公司推出的一種局部總線。它定義了32位數據總線，且可擴展為64位。PCI總線主板插槽的體積比原ISA總線插槽還小，其功能比VESA、ISA有極大的改善，支持突發讀寫操作，最大傳輸速率可達132MB/s，可同時支持多組外圍設備。 PCI局部總線不能兼容現有的ISA、EISA、MCA（micro channel architecture）總線，但它不受制於處理器，是基於奔騰等新一代微處理器而發展的總線。

----以上所列舉的幾種系統總線一般都用於商用PC機中，在計算機系統總線中，還有另一大類為適應工業現場環境而設計的系統總線，比如STD總線、VME總線、PC/104總線等。這裏僅介紹當前工業計算機的熱門總線之一——Compact PCI。

----Compact PCI的意思是“堅實的PCI”，是當今第一個採用無源總線底板結構的PCI系統，是PCI總線的電氣和軟件標準加歐式卡的工業組裝標準，是當今最新的一種工業計算機標準。Compact PCI是在原來PCI總線基礎上改造而來，它利用PCI的優點，提供滿足工業環境應用要求的高性能核心系統，同時還考慮充分利用傳統的總線產品，如ISA、STD、VME或PC/104來擴充系統的I/O和其他功能。

----6.PCI-E總線

----PCI Express採用的也是業內流行這種點對點串行連接，比起PCI以及更早期的計算機總線的共享並行架構，每個設備都有自己的專用連接，不需要向整個總線請求帶寬，而且可以把數據傳輸率提高到一個很高的頻率，達到PCI所不能提供的高帶寬。相對於傳統PCI總線在單一時間週期內只能實現單向傳輸，PCI Express的雙單工連接能提供更高的傳輸速率和質量，它們之間的差異跟半雙工和全雙工類似。

系統總線是一類信號線的集合是模塊間傳輸信息的公共通道，通過它，計算機各部件間可進行各種數據和命令的傳送。為使不同供應商的產品間能夠互換，給用户更多的選擇，總線的技術規範要標準化。總線的標準制定要經周密考慮，要有嚴格的規定。系統總線標準（技術規範）包括：

（1）機械結構規範：模塊尺寸、總線插頭、總線接插件以及安裝尺寸均有統一規定。

（2）功能規範：總線每條信號線（引腳的名稱）、功能以及工作過程要有統一規定。

（3）電氣規範：總線每條信號線的有效電平、動態轉換時間、負載能力等。

1、系統總線的帶寬（總線數據傳輸速率）

系統總線的帶寬指的是單位時間內總線上傳送的數據量，即每鈔鍾傳送MB的最大穩態數據傳輸率。與總線密切相關的兩個因素是總線的位寬和總線的工作頻率，它們之間的關係：總線的帶寬=總線的工作頻率*總線的位寬/8

2、系統總線的位寬

系統總線的位寬指的是總線能同時傳送的二進制數據的位數，或數據總線的位數，即32位、64位等總線寬度的概念。總線的位寬越寬，每秒鐘數據傳輸率越大，總線的帶寬越寬。

3、系統總線的工作頻率

總線的工作時鐘頻率以MHZ為單位，工作頻率越高，總線工作速度越快，總線帶寬越寬。 ^[1] 

計算機系統總線的詳細發展歷程，包括早期的PC總線和ISA總線、PCI/AGP總線、PCI-X總線以及主流的PCIExpress、HyperTransport高速串行總線。從PC總線到ISA、PCI總線，再由PCI進入PCIExpress和HyperTransport體系，計算機在這三次大轉折中也完成三次飛躍式的提升。與這個過程相對應，計算機的處理速度、實現的功能和軟件平台都在進行同樣的進化，顯然，沒有總線技術的進步作為基礎，計算機的快速發展就無從談起。業界站在一個嶄新的起點：PCIExpress和HyperTransport開創了一個近乎完美的總線架構。而業界對高速總線的渴求也是無休無止，PCIExpress4.0和HyperTransport4.0都已提上日程，它們將會再次帶來效能提升。在計算機系統中，各個功能部件都是通過系統總線交換數據，總線的速度對系統性能有着極大的影響。而也正因為如此，總線被譽為是計算機系統的神經中樞。但相比CPU、顯卡、內存、硬盤等功能部件，總線技術的提升步伐要緩慢得多。在PC發展的二十餘年曆史中，總線只進行三次更新換代，但它的每次變革都令計算機的面貌煥然一新。 ^[1]