目錄
文章目錄
- 總線系統
- 總線的分類
- 總線的功能
-
- 總線判優控制
- 總線通信
- 出錯處理
- 總線類型
-
- 系統總線
- ISA、EISA 和 VESA 總線
- PCI 和 PCI-E 總線
- 主機闆接口插槽示意圖
總線系統
計算機系統大多采用子產品結構，一個子產品可以是具有專門功能的插件闆，或叫做部件。例如：主機闆、存儲器卡、I/O 接口闆等等。随着內建電路內建度的提高，在一塊闆上可以安裝多個子產品。各子產品之間傳送資訊的通路就是總線，為了便于不同廠家生成的子產品能夠靈活的構成系統，是以形成了總線标準。
總線系統是指微型計算機各部件之間傳送資訊的通道。
總線的分類
按照實體位置分類：
- 内部總線：指主機各子產品之間傳送資訊的通道。如：連接配接 CPU、存儲器、I/O 接口（裝置控制器）的總線。常用的由 ISA 總線、PCI 總線和控制機的 STD 總線。
- 外部總線：指系統之間或系統與外部裝置之間傳送資訊的通道。如：USB 和 IEEE 1394 等串行總線和 ISA(IDE) 和 SCSI 等并行總線。
按照組織形式分類：
- 單總線：所有的子產品都連接配接到單一的總線上，總線具有位址線、資料線、控制線、電源/地線。單總線結構簡單、便于擴充，但卻因為共享度高，是以容易成為資料傳輸率的瓶頸。
- 多總線：将相較于主機而言速度更低的 I/O 裝置從總線上分離出去，形成 系統總線 和 I/O 總線 分離的雙總線結構。同理，還可以将高速 I/O 裝置（e.g. 圖形、視訊、網絡）與慢速 I/O 裝置分離為兩條 I/O 總線，成為三總線結構。這是現在最常見的總線組織形式。
按照傳輸方式分類：
- 串行總線：一位一位的傳送二進制的總線。
- 并行總線：一次能同時傳送多個二進制位數的總線。
按照傳輸的資料類型分類：
- 資料總線：用于在 CPU 與記憶體或 I/0 接口（裝置控制器）之間傳送資料。
- 位址總線：用于傳送計算單元或 I/O 接口的位址資訊。
- 控制總線：用于在 CPU 與記憶體或 I/O 接口之間傳送控制信号。
總線的功能
總線是由兩個或兩個以上源部件傳送資訊到一個或多個部件的一組傳輸線，如果一根傳輸線僅用于連接配接一個源部件和一個或多個目的部件，則不稱為總線。總線，顧名思義應該具有公共屬性。又由于總線所具有的公共屬性，是以首先需要規定每個部件所發送資訊的資訊類型，此外，為了避免多個部件（或稱為子產品）同時發送資訊的沖突還需要設定總線控制線路。總線控制線路負責總線判優、仲裁邏輯、驅動器和中斷邏輯。
總線判優控制是為了保證在同一時間内隻能有一個申請者在使用總線。能夠控制總線并啟動資料傳送的裝置稱為主要器，能夠響應總線主要器發出的總線指令的裝置稱為受控器。通常 CPU 為主要器，存儲器為受控器，I/O 裝置可以為主要器也可以為受控器。
同步通信：通信雙方由統一的時鐘控制資料傳輸，時鐘資訊通常由 CPU 發出，并送到總線上的所有部件，在規定的總線周期内，隻有通信雙方可以收發資料。
異步通信：通信雙方通過 “握手” 信号實作總線資料傳送，通常用于實作不同速度部件之間的資料傳送。
并行通信：并行通信表示各位同時傳輸，有 8 位、16 位、32 位和 64 位。特點是位數越多傳輸越快，但傳輸距離短，隻能在一個機櫃内使用。
串行通信：串行通信表示一位一位的傳輸。特點是速度較慢，但勝在通信線路簡單，容易實作雙向傳輸，特别适合遠距離傳輸。
NOTE：通常的，出現了一種新的并行通信協定，就會緊随着出現與之對應的串行通信協定。這是因為并行通信方式總是存在着一些難以克服的缺陷，使其無法滿足所有的應用場景。比如：
- 信号時滞：雖然并行通信中的所有位是同時傳輸的，但卻不能保證是所有位都同時到達的，先到等後到就造成了時滞的問題。而且會随着傳輸距離的拉長越發明顯。
- 串擾：總線上傳輸的是電子資訊，是以并排線纜間容易出現互相幹擾的問題，這也導緻了并行通信有着更高的誤碼率。
- 影響機箱散熱：并行通信依賴大連接配接器和很寬的帶狀傳輸電纜，這會擠壓機箱的散熱空間。
串行異步通信：串行通信和異步通信的結合。這種通信方式需要使用到特殊的資料格式（具有起始位、停止位和奇偶校驗位）。
資料傳送過程中可能會産生錯誤，有些接收部件自己具有糾錯能力，但有些卻沒有。不能自動糾錯的部件最起碼需要能夠發現錯誤，并且可以發出 “資料錯誤” 資訊，通常向 CPU 發出中斷請求信号，CPU 響應中斷請求後轉入出錯處理程式。
系統總線（System Bus），又稱為 CPU 總線、FSB（Front Side Bus，前端系統）總線，是一個單獨的計算機總線，用于完成處理機（CPU、Cache、存儲器和 I/O 接口）内部部件之間的通信。系統總線具有三種不同的功能總線，使用資料總線來搭載資訊，使用位址總線來決定将資訊送往何處，使用控制總線來決定如何動作。
ISA 總線（Industry Standard Architecture，工業标準體系結構）：是為 PC/AT 電腦而制定的總線标準，有 8 位和 16 位兩種模式，時鐘頻率為 8MHz，工作頻率為 33MHz/66MHz，資料傳輸率大約是 16MB/S。ISA 接口插槽，其顔色一般為黑色，比 PCI 接口插槽要長，位于主機闆的最下端。可插接顯示卡，聲霸卡，網卡已及所謂的多功能接口卡等擴充插卡。缺點是 CPU 資源占用太高，資料傳輸帶寬太小，是已經被淘汰的插槽接口。
EISA（Extended Industry Standard Architecture，擴充工業标準結構）：是一種為 32 位 CPU 設計的總線擴充标準，相容 ISA 總線，現也已被淘汰。
VESA（Video Electronics Standard Association）：是一種局部總線（Local Bus），簡稱 VL（VESA Local Bus）總線。VESA 考慮到了 CPU 與主存儲器和 Cache 的直接相連，通常把這部分總線稱為 CPU 總線或主總線，其他裝置通過 VL 總線與 CPU 總線相連，是以 VL 總線被稱為局部總線。
局部總線：就是 CPU 總線的擴充，即将外部裝置通過局部總線控制器，直接與 CPU 總線相連，使得總線時鐘與 CPU 時鐘相同，進而達到外設與 CPU 同步工作的目的，這樣如果在 33MHz 時鐘頻率下，總線傳輸速率可達 132MB/s。但由于總線擴充插槽的電氣性能的限制，提高工作頻率隻能為 40MHz，則資料傳輸率最高隻能達到 160MB/s，而将低速的外部裝置，仍然通過 ISA 總線控制器，以 8MHz/16MHz 的速率運作，這樣一般構成的系統是 VESA 和 ISA 兩種總線的結合，即在主機闆上同時存在兩種擴充插槽。
《計算機組成原理 — PCIe 總線》
主機闆接口插槽示意圖
主機闆（Motherboard, Mainboard，Mobo），又稱主機闆、系統闆、邏輯闆（Logic Board）、主機闆、底闆等，是構成複雜電子系統，例如：電子計算機的中心或者主電路闆。
下圖為較為古老的 LGA 1366 主機闆，包含了南橋和北橋，這是最後一代使用雙晶片的主機闆。之後所有 Intel 與 AMD 的主機闆均僅有南橋，北橋和内建顯示核心已整合到 CPU。
- CPU 插槽（LGA 1366）
- 北橋（被散熱片覆寫）
- 南橋（被散熱片覆寫）
- 記憶體插座（三通道）
- PCI 擴充槽
- PCI Express 擴充槽
- 跳線
- 控制台（開關掣、LED 等）
- 20+4pin 主機闆電源
- 4+4pin 處理器電源
- 背闆 I/O
- 前置 USB 針腳
- 前置面闆音效針腳
- SATA 插座
- ATA 插座（大部分 Intel Sandy Bridge 以後的家用主機闆都已舍棄 IDE 介面）
- 軟碟機插座（目前絕大多數主機闆已舍棄軟碟機介面）
- 主機闆 CPU 插槽
計算機組成原理 — 總線系統 - 主機闆記憶體插槽
計算機組成原理 — 總線系統