计算机系统总线结构

红太狼 2024-04-18 14:55 79阅读 0赞

## 系统总线介绍 ##

系统总线就是把计算机中多个组件连接到一起的传输介质，负责设备间通信。系统总线上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息，因此，系统总线包含有三种不同功能的总线，即数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus）。在本文中，可能会有很多不同名称的系统总线，它们的功能都一样，只不过连接的设备不同而名称不同。

## 计算机中的总线架构 ##

### 单总线结构 ###

最初的单总线结构只有一条总线叫做系统总线，把各个部分连接起来，所有设备间的通信都要经过系统总线，单总线结构就会显得负载比较重，同时只能有两个设备进行通信，其他设备间想要通信就必须等待。  
![在这里插入图片描述][20161108093849082]

### 双总线结构 ###

由于单总线结构中，CPU和内存的通信比较频繁，且数据量传输相对来说比较大，所以就把内存和CPU之前的通信用单独的总线连接起来叫做M(Memory)总线，也就是内存总线，CPU和其他设备间的通信通过I/O总线连接起来。  
![在这里插入图片描述][20161108094359418]  
上面的双总线结构中，如果主存要和其他设备通信，都必须经过CPU，这样也会让占用CPU的资源，增加CPU的负载，叫做面向CPU的双总线结构，还有一种叫做面向存储器的双总线结构。面向存储器的双总线结构中，主存一边通过存储总线和CPU连接进行通信，一边也连接在系统总线上和其他设备进行通信。如果主存支持同时有两个源写入或者读取数据，那么当CPU和主存通信时，其他IO设备还可以和主存进行通信；如果主存不支持同时操作两组数据，那么当其他设备和主存通信时，CPU也还可以和其他设备进行通信，前提是不需要主存。  
![在这里插入图片描述][20161108094924425]  
除了上面的两种双总线结构外，还有一种总线结构，IO设备统一通过通道来管理，通道是一种特殊的处理器，负责IO设备和其他设备的通信。  
![在这里插入图片描述][20161108102929772]

### 三总线结构 ###

三总线结构中，新增了一条DMA(直接存储访问)总线，可以让高速IO设备和主存进行通信，但是在这种总线结构下，那些低速的IO设备要想和主存进行通信还是要经过CPU，占用CPU资源。  
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三总线的另一种结构，新增了一条扩展总线和局部总线，局部总线把CPU和Cache相连，Cache又通过系统总线和主存连接到一起，这样CPU只和速度比较高的Cache进行通信，当Cache中的数据没有时，Cache和主存进行通信，把数据从主存中取出来放入Cache中。所有的IO设备通过扩展总线和系统总线与主存进行通信，但是扩展总线上也没法区分高速的IO设备和低速的IO设备。  
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### 四总线结构 ###

在四总线结构中，新增了一条高速总线，负责连接一些高速的IO设备，距离CPU和主存都比较近，通信比较块，扩展总线上连接一些低速的IO设备。  
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### PCI总线结构 ###

PCI总线结构是现代计算机上使用的总线结构，CPU通过系统总线和存储器连接，同时系统总线上连接了一个PCI桥，通过PCI桥可以连接PCI总线，PCI总线下也可以连接符合PCI接口的IO设备，同时PCI总线下又可以连接PCI桥，PCI桥下再连接PCI总线，就可以一直向下扩展，不过也是有一些数量限制的。  
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### PCI多层总线结构 ###

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在Linux系统下，可以通过lspci命令查看PCI结构下的设备  
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声明：文章图片来自哈工大刘宏伟老师的计算机组成原理，如有侵权，请联系删除。

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