总线基本概念及标准-微机原理及接口技术

微机系统的各个部件之间利用总线相连接进行信息传递。总线由系统中多个模块分时共享，具有公用性特点，可同时挂接多个部件和设备。对于连接到总线上的多个设备而言，任何一个设备发出的信号可以被连接到总线上的所有其他设备接收，但同一时间段，多个设备中只能有一个设备主动进行信号的发送，其他设备处于被动接收状态，因而总线的特点主要在于其公用性和分时性，即它为多个模块或设备分时共同使用。

1.总线的分类

（1）按传送信息的性质分类

按传送信息的性质分类，可以把总线分成控制总线、地址总线和数据总线。

①控制总线。控制总线是专供各种控制信号使用的传输通道，主要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输入/输出设备接口电路的，如读/写信号，片选信号、中断响应信号等；也有的是其他部件反馈给CPU的，比如：中断请求信号、复位信号、总线请求信号等。其中，控制其他部件的部件称为总线主控或主控，被控部件称为从控。

②地址总线。地址总线用于传送地址信号，通常用A₀～A_n表示。地址总线的宽度决定了它的寻址范围，如8086地址总线为20位，其可寻址空间为2²⁰=1MB。由于地址只能从CPU、总线控制器或DMA等传向外部存储器或I/O端口，所以地址总线总是单向三态的。

③数据总线。数据总线是传输数据信息的通道，通常用D₀～D_n表示。数据总线是双向三态形式的总线，它可以把CPU的数据传送到存储器或I/O接口等部件，也可以将其他部件的数据传送到CPU。数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标，通常与微处理器的字长相一致。例如：8086微处理器字长为16位，其数据总线宽度也是16位。

（2）按物理层次及位置分类

按物理层次及位置分类，可以把总线分为片内总线、系统总线、局部总线、外部总线。

①片内总线。片内总线是连接集成电路芯片内部用来连接各功能单元的信息通路，如CPU中的ALU寄存器和控制器等功能单元之间的相互连接。片内总线一般在制作CPU大规模集成电路时已制作好，用户一般接触不到。

②系统总线。系统总线又称为I/O通道总线，为主机系统与存储器、I/O接口等功能部件之间的通信通道，是微型计算机内最重要的总线。在系统板结构微机的主板上，系统总线表现为与扩展插槽相连接的一组逻辑电路和导线。系统总线必须有统一的标准，以便按标准设计各类适配卡，如ISA、EISA、MCA、VESA、PCI、AGP等系统总线。

③局部总线。局部总线用于主机内部特定子系统之间的紧密连接，是在片内总线和系统总线之间的一级总线。设置局部总线是为了提高CPU与高带宽占用部件（如显卡）之间的数据传输速率，如PCI、VESA、AGP都为局部总线。

④外部总线。外部总线又称通信总线，是微机系统之间或微机系统与其他系统（仪器、仪表、控制装置等）之间进行信息传输的通路，其数据传输可以是并行的，也可以是串行的。外部总线与其他系统的数据传输率低于系统总线，且不同场合有不同的标准，如IDE、SCSI、USB等。外部总线本质上应该算作主机与外设的接口。图10-1所示为微机系统的总线。

图10-1 微机系统的总线

2.总线的性能指标

计算机总线的主要性能指标由以下几个方面衡量：(www.xing528.com)

总线宽度：指一次能够同时传输的数据位数。位数越多，则一次传输的信息量就越多。如16位总线可以同时传输16位数据，32位总线可以同时传输32位数据。

总线频率：指每秒能传输数据的次数，是总线工作的最高频率。时钟的频率越高，则单位时间内传输的数据量就越大。

总线传输速率：总线传输速率又称为总线带宽，指在单位时间内总线可传输的数据总量，是总线最重要的一项技术指标。总线数据传输速率的单位是每秒兆字节（MB/s）。总线传输速率的计算公式为

总线传输率=（总线宽度/8位）×总线频率

例如：PCI总线宽度为64位，总线频率为33MHz，则其数据传输率为264MB/s。

负载能力：指可连接的扩充电路板的数量，反映了总线的负载能力。

3.总线标准

总线标准包括四个方面内容：机械特性、功能特性、电气特性和时间特性。

（1）机械特性

机械特性是指总线的物理连接方式，它规定总线模块尺寸、总线插头、插座和边沿连接器以及安装尺寸统一的规格和位置等。

（2）功能特性

功能特性规定每个引脚信号的名称、功能以及工作过程，对它们相互作用的协议进行说明。通常用时序和状态描述信息交换的方式与流向的管理规定。

（3）电气特性

电气特性定义总线的每根信号线的电压有效值，规定信号的逻辑电平、最大负载能力和信号线传输方向。

（4）时间特性

时间特性定义了每根信号线的时序，也就是每根信号线在什么时间有效。