什么是总线?

[拼音]：zongxian

[外文]：bus

数字系统中各互连模块之间传送信息的公共通信干线。在信息传送过程中，发送信息的模块称源模块，接收信息的模块称目的模块。任意一对源模块和目的模块可分时地占用总线进行信息传送。总线通常由总线控制器、总线发送器、总线接收器和互连导线组成。

总线互连导线由数据线、地址线、控制线和电源线组成。数据线传递需要交换的信息；地址线指明应由哪一个模块来接收或发送数据；控制线协调和控制模块间的信息传输过程；电源线用于对各模块供电。总线的应用范围很广，对于不同的数字系统，模块的含义不同。例如，对于分布式处理系统、多计算机系统、单计算机系统和处理机等，一般通过总线互连的模块分别对应于计算机、处理机、功能部件和逻辑电路，因而总线是影响计算机组织和计算机系统结构的重要因素。

为了确保信息传送的正确性，各模块按统一的规则和约定（即传输协议）交换信息。对各种总线以及所连模块的电气性能和机械尺寸已制定有国际标准，使不同国家、不同厂家按特定标准生产的不同型号的总线模块能灵活地互连在同一个系统中，使围绕总线构成的计算机系统标准化、系列化、积木化。总线结构的优点是系统可以选用多种模块组成，物理实现简单，具有良好的可扩充性和可维护性，可靠性和经济性也好，而且可以大大缩短研制周期。但是，模块间的通信全部通过总线，会使总线上信息流堵塞。因此要求：

（1）总线具有较高的信息流量；

（2）各模块尽量智能化，增强局部处理能力，减少模块间通信；

（3）开展总线性能评价的研究工作。在具体系统中，则应找出信息堵塞的原因，采取相应措施或限制实际允许互连的模块数目。

在采用总线结构的计算机中，根据应用环境、对计算机系统传输率的要求，以及模?a href='http://www.baiven.com/baike/222/323577.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>榈木植看砟芰妥芟叩ノ皇奔淠诳纱莸男畔⒘康染咛迩榭觯直鸩捎玫プ芟呋蚨嘧芟摺?/p>单总线

在单总线结构计算机中，处理机、存储器、直接内存访问通道和外设控制器等都连到同一条系统总线上 (图1)。总线上的各模块（如处理机）内部也可以是总线结构的，构成模块内部总线。模块内部总线上的一些功能部件（如微处理器）内部同样可以是总线结构的。单总线是指单一系统总线。当总线上处理器的台数L大于1时，单总线所连接的是多机系统。

当通过系统总线连接的模块较多或模块间的信息流量较大时，为避免总线上信息流堵塞所引起的排队和等待现象，可采用多组总线，共同承担信息交换任务。由多总线构成的计算机系统形式繁多。图2是一种单机多总线计算机系统，它使用一条存储器总线和两条输入输出总线。多机多总线计算机系统有多种类型。例如，有的系统用一组水平方向和一组垂直方向的纵横交叉总线，形成由几十台到几千台计算机或微处理器构成的多指令流多数据流二维共享多总线多计算机系统，或单指令流多数据流阵列处理机。有的系统把若干台总线结构的微计算机连到一条“群”总线上，若干“群”通过群间总线连接起来，构成一个层次型的多级多总线系统。这类系统的速度可望达到每秒亿次运算的数量级。

总线上有两类模块，一类是主动模块，如处理机和一些外围设备控制器，它们可以主动申请占用总线。另一类是从属（或被动）模块，如存储器和某些外围设备控制器，它们不能主动申请占用总线，只能在主动模块申请占用总线时与主动模块交换信息。总线中的某些信号线，如地址线只能从主动模块发向从属模块，这部分总线称单向总线。另一些信号线，如数据线，可以由主动模块发向从属模块，也可由从属模块发向主动模块，这部分总线称为双向总线。为了在同一条导线上实现双向传送，或为了在同一条导线上连接多个源模块，可采用三态逻辑电路。它们具有三个状态：逻辑“0”电平、逻辑“1”电平和高阻态。高阻态用于保证总线与模块间的发送门和接收门在不交换信息时处于隔离状态。此外，还有一些总线控制信号线，如中断请求线和总线请求线，有可能同时有多个模块接通这些信号线。于是有开路门，允许同一条导线上的多个输出并联在一起。

为使总线上各模块能迅速交换信息，总线一般都有一定宽度，以增加信息流量。如数据线一般有8～32条，地址线有16～24条，控制线有十几条到数十条。这称作并联总线。当总线成本相当昂贵时，如采用光缆或无线电信道传送信息时，数据、地址和控制信号共用同一条通信干线，这称为串联总线。

控制方式有同步与异步控制、集中与分布控制之分。

在同步控制方式下，控制线中有一条时钟线或称主同步线，所有模块按此时钟速率交换信息。这样，可以简化通信协议，但所有模块须按最慢模块的速率交换信息。在异步控制方式下，由通信模块彼此通过请求信号和应答信号进行协调以提高模块间的信息传输速率。

为了使一对模块能正确地通过总线交换信息，各模块须按统一的协议进行通信。常见的集中控制下的异步总线，其典型协议应包括：

（1）主动模块通过总线请求线，向总线控制器发出请求。

（2）若有多个模块请求占用总线时，总线控制器的裁决逻辑通过“总线可供使用线”，让优先权最高的模块占用总线。

（3）取得总线控制权的模块通过“忙碌线”通知其他模块不得占用总线。

（4）主控模块与目的模块交换信息。

（5）目的模块通过“应答线”表明数据已收到。

（6）重复④与⑤，直到信息交换完毕。

（7）主控模块通过‘忙碌线’通知总线控制器已完成传送。总线结构的局部网常常采用分布控制方式的串联总线，总线上没有统一的总线控制器进行裁决，而是由各主动模块自已检测出总线的“冲突“情况(即是否有其他模块也在传送信息)。若发生“冲突“，则通过一定的协议进行重发。在分布式总线中，“冲突”和重发都是不可避免的。

参考书目

I.H.Witten，Communicating with Microcomputers，Academic Press， London，1980.

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