【计算机系统组成】系统总线 知识要点

学习计算机组成原理和系统结构，我看的是高教版的理论书。但是我感觉到如果学这门课的话，如果只看理论就非常抽象，比如今天要总结的总线结构，其定义是连接计算机各个部件的信息传输线，是一种信息交换媒介。单看这个定义非常抽象，没有任何具体的含义，我看书的时候就在想，总线和通信线路之间有什么关系？是不是就是一回事？总线到底是几根线？究竟是把各种线汇总起来呢？还是其他什么含义？完全摸不到头脑。嵌入式我没有接触过，只接触过单片机，在接触了单片机之后才知道什么叫做系统总线，这些总线到底怎么构成，又是怎么使用和控制的。所以计算机组成和系统结构这个课一定还是要做一下嵌入式和单片机才能有个深入的了解，否则当书中给出了大量的芯片连接图的时候，就完全不知道该如何下手了。我这里只总结理论和关键点，毕竟我只是回顾计算机组成和系统的知识而已。

总线的作用就是连接计算机各个部件的信息传输线，是一种信息交换媒介。按照这个定义，只要是电平的高低变换传到了另一个半导体三极管上了，那么中间的连线就叫线，各种三极管电平变换都要经过的线就叫总线。按照这种定义，总的含义就是所有的电平变换都要经过。所以总线又分为片内总线、系统总线、通信总线等等。

一、系统总线
根据单片机的理论，既然要在总线上传输数据，那么就一定要确定好如何才能将数据顺利传送，所以系统总线上分为地址线、数据线、控制线。

二、总线特性及常见总线
总线的数据线线数即总线宽度，信号线数则包括了地址线和控制线在内，总线复用是指不同功能的线按照时间段或其他的规则区分开来，共同使用一条线。

总线的常见标准：PCI总线，现在PC中广泛使用的；RS-232总线，单片机里就这个；USB，太常见就不提了，绝大多数的外设都能通过这个连接。

三、总线结构
系统总线按照计算机内部数据交互的不同方式，分为单总线结构、多总线结构，这也根据不同的应用需求来确定到底使用哪种总线结构。

单总线自然效率低一些，其中还要设置中断等等，解决CPU和IO的总线抢占问题。

双总线效率自然更高一些，应用于大型计算机上。

三总线就是把低速IO和其它不定时添加的外设放在一起的扩展总线上。

基于此，四总线就是给IO的速度配置分个层次处理。

四、总线判优
总线的判优问题来源于各种资源会对总线进行抢占，现在一般常见的机器都采用集中式，也就是CPU来处理谁占领总线进行通信。方法包括链式查询，也就是首先链接到的就优先权更大，链接在后面的就可能很久排不上队；计时器管理查询：这个在单片机里也常常提到，是一种循环方法；独立请求查询：给每一个资源都配一个请求线和同意线，这样就不存在等待请求的问题，只要想请求就发送信息。

总线通信中也存在锁定问题，也就是数据的传输过程中包括请求和应答，这个和TCP的三握手比较类似，也是为了实现数据的可靠传输。同时，各个外设、内存等等抢占CPU的过程非常类似于以太网MAC层里的CDMA/CD CA，有抢占和碰撞检测退避等等策略。