3．9 总 线

3．9 总 线

3．9．1 总线的概念及类型

总线（Bus）是指将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗地说，就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息，通常以MHz表示的速度来描述总线频率。 总线的种类很多，按总线内所传输的信息种类，可将总线分类为数据总线、地址总线和控制总线，分别用于传送数据、地址和控制信息。

（1）数据总线

数据总线（Data Bus）是CPU和存储器、外设之间传送指令和数据的通道。 信息传送是双向的，它的宽度反映了CPU一次处理或传送数据的二进制位数。 微机根据其数据总线宽度可分成4位、8位、16位、32位和64位等机型。 例如，80286可称为16位机。 总线内数据线的数目代表可传递数据的位数，同时也代表可在同一时间内传递更多的数据。 常见的数据总线为ISA，EISA，VESA，PCI等。

（2）地址总线

地址总线（Address Bus）用于传送存储单元或I／O接口的地址信息。 信息传送是单向的，它的条数决定了计算机内存空间的范围和CPU能管辖的内存数量，简单地说，就是CPU到底能够使用多大容量的内存。 总线内地址线的数目越多，存储的单元便越多。

（3）控制总线

控制总线（Control Bus）用来传送控制器的各种控制信息，是指控制部件向计算机其他部分所发出的控制信号（指令）。 不同的计算机系统会有不同数目和不同类型的控制线。 实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU。

3．9．2 串行总线和并行总线

按照传输数据的方式划分，可分为串行总线和并行总线两种。

1）串行总线

串行总线也称为通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通信产品，并扩展至摄影器材、数字电视（机顶盒）、游戏机等其他相关领域。

（1）串行总线的特点

①USB最初是由英特尔与微软公司倡导发起的，其最大的特点是支持热插拔（Hot Plug）和即插即用（Plug＆Play）。 当设备插入时，主机枚举（Enumerate）此设备并加载所需的驱动程序，因此使用远比PCI和ISA总线方便。

②USB速度比平行并联总线（Parellel Bus，例如EPP，LPT）与串联总线（Serial Port，例如RS⁃232）等传统电脑用标准总线快上许多。

③USB的设计为非对称式的，它由一个主机（host）控制器和若干通过hub设备以树形连接的设备组成。一个控制器下最多可以有5级hub，包括Hub在内，最多可以连接127个设备，而一台计算机可以同时有多个控制器。与SPI⁃SCSI等标准不同，USBhub不需要终结器。

④USB可以连接的外设有鼠标、键盘、游戏杆、扫描仪、数码相机、打印机、硬盘和网络部件。 对数码相机这样的多媒体外设USB已经是缺省接口；由于大大简化了与计算机的连接， USB也逐步取代并口成为打印机的主流连接方式。

（2）串行总线的优点

①可以热插拔，告别“并口和串口先关机，将电缆接上，再开机”的动作。

②系统总线供电，低功率设备无须外接电源，采用低功耗设备。

③支持设备众多，支持多种设备类，例如鼠标、键盘、打印机等。

④扩展容易，可以连接多个设备，最多可扩127个。

⑤高速数据传输，USB1．1是12Mb／s，USB2．0高达480Mb／s。

⑥方便的设备互联，USBOTG支持点对点通信，例如数码相机和打印机直接互联，无须PC。

（3）串行总线的缺点

①供电能力，如果外设的供电电流大于500m A时，设备必须外接电源。

②传输距离，USB总线的连线长度最大为5m，即便是用hub来扩展，最远也不超过30m。

2）并行总线

并行总线就是并行接口与计算机设备之间传递数据的通道。 采用并行传送方式在微型计算机与外部设备之间进行数据传送的接口称并行接口，它有两个主要特点：一是同时并行传送的二进位数就是数据宽度；二是在计算机与外设之间采用应答式的联络信号来协调双方的数据传送操作，这种联络信号又称为握手信号。

3．9．3 微机总线的发展和主板

1）微机总线的发展

众所周知，在PC（Personal Computer，个人计算机）的发展中，总线屡屡成为系统性能的瓶颈，这主要是CPU（Central Processor Unit，中央处理器）的更新换代和应用不断扩大所致。 总线是微机系统中广泛采用的一种技术。 总线是一组信号线，是在多于两个模块（子系统或设备）间相互通信的通路，也是微处理器与外部硬件接口的核心。 自IBMPC问世30余年来，随着微处理器技术的飞速发展，使得PC的应用领域不断扩大，随之相应的总线技术也得到不断创新。 由PC／XT到ISA、MCA、EISA、VESA再到PCI、AGP、IEEE1394、USB总线等。 究其原因，是因为CPU的处理能力迅速提升，但与其相连的外围设备通道带宽过窄且总落后于CPU的处理能力，这使得人们不得不改造总线，尤其是局部总线。 目前，AGP局部总线数据传输率可达528MB／s，PCI⁃X可达1GB／s，系统总线传输率也由66MB／s到100MB／s，甚至更高的133 MB／s、150MB／s。 总线的这种创新，促进了PC系统性能的日益提高。 随着微机系统的发展，有的总线标准仍在发展、完善，与此同时，有某些总线标准会因其技术过时而被淘汰。 当然，随着应用技术发展的需要，也会有新的总线技术不断研制出来，同时在竞争的市场中，不同总线还会拥有自己特定的应用领域。 目前，除了大家熟悉、较为流行的PCI、AGP、IEEE1394、USB等总线外，又出现了EV6总线、PCI⁃X局部总线、NGIO总线等，它们的出现从某种程度上代表了未来总线技术的发展趋势。

（1）ISA总线

ISA（Industry Standard Architecture，工业标准结构总线）是美国IBM公司为286计算机制定的工业标准总线。 该总线的总线宽度是16位，总线频率为8MHz。

（2）EISA总线

EISA（Extended Industry Standard Architecture，扩展工业标准结构总线）是为32位中央处理器（386、486、586等）设计的总线扩展工业标准。 EISA总线包括ISA总线的所有性能外，还把总线宽度从16位扩展到32位、总线频率从8．3MHz提高到16MHz。

（3）MCA总线

MCA（Micro Channel Architecture，微通道总线结构）是IBM公司专为其PS＼2系统（使用各种Intel处理器芯片的个人计算机系统）开发的总线结构。 该总线的总线宽度是32位，最高总线频率为10MHz。 虽然MCA总线的速度比ISA和EISA快，但是IBM对MCA总线执行的是使用许可制度，因此MCA总线没有像ISA、EISA总线一样得到有效推广。

（4）VESA总线

VESA（Video Electronics Standards Association，视频电子标准协会）是VESA组织（1992年由IBM、Compaq等发起，有120多家公司参加）按局部总线（Local Bus）标准设计的一种开放性总线。 VESA总线的总线宽度是32位，最高总线频率为33MHz。

（5）PCI总线

PCI（Peripheral Component Interconnect，连接外部设备的计算机内部总线）是美国SIG （Special Interest Groupof Associationfor Computer Machinery，美国计算机协会专业集团）集团推出的新一代64位总线。 该总线的最高总线频率为33MHz，数据传输率为80MB／s（峰值传输率为133MB／s）。

早期的486系列计算机主板采用ISA总线和EISA总线，而奔腾（Pentium）或586系列计算机主板采用了PCI总线和EISA总线。 根据586系列主板的技术标准，主板应该淘汰传统的EISA总线，而使用PCI总线结构，但由于很多用户还在使用ISA总线或EISA总线接口卡，因此大多数586系列主板仍保留了EISA总线。

（6）AGP总线

AGP（Accelerated Graphics Port）即高速图形接口。 专用于连接主板上的控制芯片和AGP显示适配卡，为提高视频带宽而设计的总线规范，目前大多数主板均有提供。

（7）USB总线

USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种简单实用的计算机外部设备接口标准，目前大多数主板均有提供。

（8）PCI⁃X局部总线

为解决Intel架构服务器中PCI总线的瓶颈问题，Compaq、IBM和HP公司决定加快加宽PCI芯片组的时钟速率和数据传输速率，使其分别达到133MHz和1GB／s。 利用对等PCI技术和Intel公司的快速芯片作为智能I／O电路的协处理器来构建系统，这种新的总线称为PCI⁃X。 PCI⁃X技术能通过增加计算机中央处理器与网卡、打印机、硬盘存储器等各种外围设备之间的数据流量来提高服务器的性能。 与PCI相比，PCI⁃X拥有更宽的通道、更优良的通道性能以及更好的安全性能。 很多媒体和观察者都预计在未来的几年中，PCI⁃X能与目前的设备兼容，并具有良好的扩展性，发展前景乐观。

（9）PCIExpress

PICExpress简称PCI⁃E，是电脑总线PCI的一种，它沿用了现有的PCI编程概念及通信标准，但基于更快的串行通信系统。 英特尔是该接口的主要支持者。 PCI⁃E仅应用于内部互联。由于PCI⁃E是基于现有的PCI系统，只需修改物理层而无须修改软件就可将现有的PCI系统转换为PCI⁃E。 PCI⁃E拥有更快的速率，以取代几乎全部现有的内部总线（包括AGP和PCI）。英特尔希望将来能用一个PCI⁃E控制器和所有外部设备交流，取代现有的南桥／北桥方案。 并且PCI⁃E设备能够支持热拔插和热交换特性。 由此可见，PCI⁃E最大的意义在于它的通用性，不仅可让它用于南桥和其他设备的连接，也可以延伸到芯片组间的连接，甚至可用于连接图形芯片，这样，整个I／O系统重新统一起来，将更进一步简化计算机系统，增加计算机的可移植性和模块化。

2）主板

在一台微型计算机中，主板（Main Board）（见图3．33）是基于系统总线设计的，并且安装了计算机的主要电路系统，拥有扩展槽和各种插件。 它提供了CPU、各种介面卡、内存条和硬盘、软驱、光驱的插槽（或接口），其他的外部设备也会通过主板上的I／O接口连接到计算机上。 计算机的质量与主板的设计和工艺有极大的关系。 目前广泛采用的是由Intel公司在1995年提出的ATX（ATExtend）结构，它是在IBM公司1984年提出的AT结构上的提升。 随着CPU等元件的进步和电脑向多媒体、网络化方面发展，ATX结构使主机的扩充能力和可靠性得到了进一步的提升，成为现代个人计算机的主流。