【系统架构设计师】计算机组成与体系结构 ⑫ ( 总线概念 | 总线宽度 | 总线带宽 | 总线分类 | 串行总线 / 并行总线 | 数据总线 / 地址总线 / 控制总线 | 单工 / 双工 )

一、总线

1、总线概念

总线 是 计算机系统 中 的 " 公共信息传输线路 “ , 该线路 能被 多个部件 ” 分时 " " 共享 " ; 要点如下 :

• 共享 : 线路是 共享的 , 所有的部件 都可以 通过 总线 发送 和 接收 信息 ;
• 分时发送 : 同一个时刻 , 只能有 " 一个 " 部件 发送信息 , 其它部件不能发送信息 ;
  • 这是为了 确保信息的准确传输 , 防止多个信号同时发送时产生的冲突和干扰 ;
  • 同时发送 会 产生 数据冲突 ;
• 同时接收 : 同一时刻 , 多个部件可以 " 同时 " 接收总线上的 相同信息 ;
  • 该设计 提高 了信息传输的效率 , 使得多个部件能够同时获取到所需的数据 ;

2、总线宽度

总线宽度 , 又称 总线位宽 , 是总线能够 同时传送的数据位数 , 单位是 比特 ( bit ) , 常见的 总线宽度 有

• 8位
• 16位
• 32位
• 64位

总线宽度 决定了 每个时钟周期可以传输的数据量 , 宽度越大 ,

• 每个时钟周期能传输的数据就越多，
• 数据传输的效率 越高 ;

地址总线 的 总线宽度 是 32 位 , 其可访问的地址空间是

大小的地址空间 , 约 4GB 大小 , 4GB 内存建议使用 32 位的操作系统 ;

3、总线带宽

总线带宽 是 单位时间 内 通过总线 传输的数据量 , 又称为 吞吐率 , 单位是

• 每秒传输的 比特数 , bps , b/s , bit per second ;
• 每秒传输的 字节数 , Bps , B/s , Byte per second ;
• 每秒传输的 兆字节数 , MBps , MB/s , MB per second ;

总线带宽 是衡量 计算机系统性能 和 数据传输效率 的重要指标 ;

总线带宽 计算公式 :

二、总线分类

总线可进行如下分类 :

• 根据数据的传输方式分类 :
  • 串行总线
  • 并行总线
• 根据数据的传输方向分类 :
  • 单工
  • 半双工
  • 全双工
• 根据数据的类型分类 :
  • 数据总线
  • 地址总线
  • 控制总线

1、总线分类 - 串行总线 / 并行总线

串行总线 按照信息 逐位的顺序 进行传输的总线 , 串行通信 数据一位一位地按顺序传送 , 每一位数据占据一个固定的时间长度 ;

串行总线 适用于需要 长距离传输、低成本布线、点对点通信等场景 ; 如 :

• 使用 USB 接口 连接计算机 的 键盘、鼠标、打印机等 外部设备 ;
• 使用 SATA 接口 连接 计算机的 硬盘 ;

串行总线 可以是 单工 / 半双工 / 全双工 , 适用于 长距离数据传送 ;

串行总线 传输过程中 , 波特率 是可以改变的 ;

串行总线 按位传输 , 数据正确性 依赖于 校验码 ;

串行总线 发送接收 数据 , 可以以 查询方式 / 中断方式 / DMA 方式 等多种方式进行控制 ;

并行总线 可以 同时传输 多位数据 , 通过 多根并排 电缆 实现 ; 适用于 距离较短、高速传输大量数据 的场 , 随着 串行总线技术 的 发展 , 原本采用并行总线的应用场景也逐渐被串行总线所取代 ;

串行总线技术因其高速、高效、低成本等优势而逐渐成为主流 , 并行总线 逐渐被 替代 , 淘汰 ;

2、总线分类 - 数据总线 / 地址总线 / 控制总线

根据 总线 传输的 信息内容 , 将 总线分为如下 三类 :

• 数据总线 : 负责在 计算机 的各部件之间传输数据 , 最主要的就是在 CPU 与 RAM 内存 之间传递数据 ;
• 地址总线 : 用于传输地址信息 , 指定数据的来源或目的地 , 一般用来指定 RAM 内存中的数据地址 ;
• 控制总线 : 用于传输控制信号 , 将 CPU 的 控制单元 中的信号 传送到周边设备中 , 如 : 读写信号、时钟信号、中断信号 ;

3、总线分类 - 单工 / 半双工 / 全双工

根据数据的传输方向分类 :

• 单工总线 : 数据仅在一个方向上发送的传输模式 , 数据流动是单向的 , 设备之间的通信是不对称的 , 其中一个设备负责发送数据 , 而另一个设备负责接收数据 ;
• 半双工总线 : 半双工通信允许信息在两个方向上传输 , 但不能同时进行 , 通信的双方只能有一方处于发送模式 , 而另一方处于接收模式 ;
• 全双工总线 : 在同一时间内同时进行双向信息传 , 有成对的 发送端 和 接收端 , 数据可以在两个方向上同时传输 , 无需等待时隙或交替进行 ;