计算机的总线
作者：Seiya
时间：2019年11月09日
概述
总线（Bus）是指计算机组件间规范化的交换数据（data）的方式，即以一种通用的方式为各组件提供数据传送和控制逻辑。
它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。
总线的分类
数据总线（Data Bus）：在 CPU 与 RAM 之间来回传送需要处理或是需要储存的数据。
地址总线（Address Bus）：用来指定在 RAM（Random Access Memory）之中储存的数据的地址。
控制总线（Control Bus）：将微处理器控制单元（Control Unit）的信号，传送到周边设备，一般常见的为USB Bus和1394 Bus。
扩展总线（Expansion Bus）：可连接扩展槽和电脑。
局部总线（Local Bus）：取代更高速数据传输的扩展总线。
微机中的总线分为数据总线、地址总线和控制总线 3 类。不同型号的 CPU 芯片，其数据总线、地址总线和控制总线的条数可能不同。总线的性能直接影响到整机系统的性能，而且任何系统的研制和外围模块的开发都必须依从所采用的总线规范。总线技术随着微机结构的改进而不断发展与完善。
数据总线 DB 用来传送数据信息，是双向的。CPU 既可通过 DB 从内存或输入设备读入数据，又可通过DB将内部数据送至内存或输出设备。DB 的宽度决定了 CPU 和计算机其他设备之间每次交换数据的位数。
地址总线 AB 用于传送 CPU 发出的地址信息，是单向的。传送地址信息的目的是指明与 CPU 交换信息的内存单元或 I/O 设备。存储器是按地址访问的，所以每个存储单元都有一个固定地址，要访问 1MB 存储器中的任一单元，需要给出1M个地址，即需要 20 位地址（220=1M）。因此，地址总线的宽度决定了 CPU 的最大寻址能力。
控制总线 CB 用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。其中有的是 CPU 向内存或外部设备发出的信息，有的是内存或外部设备向 CPU 发出的信息。显然，CB 中的每一条线的信息传送方向是一定的、单向的，但作为一个整体则是双向的。所以，在各种结构框图中，凡涉及到控制总线 CB，均是以双向线表示。
常见的总线
DMI 总线：
DMI 是指 Direct Media Interface (直接媒体接口)。用来连接处理器和南桥的总线.它是基于PCIE总线，因此具有PCI-E总线的优势，这个高速接口集成了高级优先服务，允许并发通讯和真正的同步传输能力。它的基本功能对于软件是完全透明的，因此早期的软件也可以正常操作。
USB 总线：
USB，是英文Universal Serial BUS（通用串行总线）的缩写，而其中文简称为“通串线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB总线会根据外设情况在两种传输模式中自动地动态转换。
PCI 总线：
Intel 公司首先提出了PCI的概念，并联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集团，其英文全称为：Peripheral Component Interconnect Special Interest Group(外围部件互连专业组)，简称PCISIG。PCI是一种先进的局部总线，已成为局部总线的新标准。
硬盘总线：
一般有SCSI、ATA、SATA等几种；
总线仲裁
系统中多个设备或模块可能同时申请对总线的使用权，为避免产生总线冲突，需由总线仲裁机构合理地控制和管理系统中需要占用总线的申请者，在多个申请者同时提出总线请求时，以一定的优先算法仲裁哪个应获得对总线的使用权。
仲裁方式
按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式仲裁和分布式仲裁两类：
集中式总线仲裁（集中式总线仲裁的控制逻辑基本集中在一处，需要中央仲裁器）
链式查询方式
链式查询方式的主要特点：总线授权信号 BG 串行地从一个 I/O 接口传送到下一个 I/O 接口。
计数器定时查询方式
总线上的任一设备要求使用总线时，通过BR线发出总线请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在BS线为“0”的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备 置“1”BS线，获得了总线使用权，此时中止计数查询。
独立请求方式
每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BRi和总线授权线BGi。当设备要求使用总线时，便发出该设备的请求信号。中央仲裁器中的排队电路决定首先响应哪个设备的请求，给设备以授权信号BGi。
分布式仲裁
分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。
如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。