總線的基本概念
計算機系統的五大部件之間連接的方式有兩種，一種是各部件之間使用單獨的連線，稱爲分散連接。一種是將各部件連到一組公共信息傳輸線上，稱爲總線連接。
總線是連接多個部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質，當多個部件與總線相連時，如果出現兩個或者兩個以上部件想總線發送信息，勢必導致總線上的信號衝突，傳輸無效，因此在某一時刻，只允許有一部件發送信息，而多個部件可以從總線上接收相同信息。
常用的採用總結結構的計算機有：
- 單總線結構
- 面向CPU的雙總線結構
- 以存儲器爲中心的雙總線結構
總線的分類
- 按數據傳送方式的不同分：並行傳輸總線，串行傳輸總線。
- 按連接部件的不同分可以分爲：
- 片內總線（即芯片內部的總線）
- 系統總線（待會詳細介紹）
- 通信總線（用於計算機系統之間或者計算機系統與其他系統之間的通信）‘’
其中，系統總線主要包括三種，數據總線（雙向傳輸，與機器字長，傳輸字長有關），地址總線（單向傳輸，與存儲地址，I/O地址有關），控制總線（有出，有入）。
總線特徵及其性能指標
爲了保證機械上的可靠連接，必須規定其機械特性；爲了保證電氣上的正確連接，必須規定其電氣特性； 爲了保證正確地連接不同部件，還需要規定其功能特性和時間特性。
- 機械特性：是指總線在機械連接方式的一些特性。如插座使用標準，尺寸，管腳，排列順序等。
- 電氣特性：總線的每一根傳輸線上信號的傳遞方向和有效電平範圍。由CPU發出的信號爲輸出信號，由CPU接收的信號爲輸入信號。
- 功能特性：每根傳輸線的功能（如地址，數據，控制）
- 時間特性：信號的時序關係。
總線的性能指標主要有以下幾條：
- 總線寬度：數據線的根數，用bit表示，8位，16位，32位等（即8根，16根，32根等）。
- 總線帶寬：總線數據傳輸速率，即單位時間上，總線傳輸數據的位數，通常用美秒傳輸信息的字節數來衡量。用MBPS表示。計算公式爲 ： 總線帶寬 = 總線工作效率 X （總線工作頻率/8）。8位 = 1字節
- 時鐘同步/異步：總線上的數據與時鐘同步工作的總線稱爲同步總線。不同步工作的稱爲異步總線。
- 總線複用：一條信號線上分時傳送兩種信號，通常地址線與數據線複用。
- 信號線數：地址線，數據線，和控制線總和。
- 總線其他控制方式： 併發，自動，總裁，邏輯，計數
- 其他指標：負載能力
一些名詞：
總線週期：一次傳輸所花的時間。
總線工作效率：每秒能傳輸幾次
總線時鐘週期：機器的時鐘週期
總線時鐘頻率：即機器的時鐘頻率，爲時鐘週期的倒數。
例如下題目：
計算機有一個統一的時鐘，用於控制整個計算機的各個部件，總線也要受該時鐘控制，其總線在一個總線週期中並行傳送4個字節的數據，若一個總線週期等於一個總線週期，總線時鐘頻率爲33MHZ，總線寬帶爲多少？若一個總線週期內並行傳輸64位數據，時鐘頻率升爲66MHZ，總線帶寬爲多少？
設總線帶寬用Dr表示，總線時鐘週期用T = 1/f表示，一個總線週期傳送的數據量用D表示。
則Dr = 4B x 33MHZ = 132 MB/S
則Dr = 66MHZ X (64/8) = 528MB/S
若說工作頻率爲33MHZ，是說一秒可進行33M次傳輸。
總線標準
爲了使不同廠家生產的相同功能部件可以相互互換使用，需要進行系統總線標準化工作。
（1）ISA總線：系統總線
（2）EISA總線
（3）VESA總線：是一種局部總線
（4）PCI總線：現在計算機中最常用的總線之一。即插即用。
（5）AGP總線
（6）PCI-EPRESS: PCI,AGP的最新版本
（7）RS-232：一種串行的通信總線標準
（8）USB總線：通用串行總線，是一種連接外部設備I/O總線標準，屬於設備總線。
（9）SCSI總線：局部總線，指在系統外爲兩個以上的模塊提供的高速傳輸信息通道。通常用來連接網卡，聲卡，主存，視頻卡。
總線仲裁
在一個多主控設備的總線中，每個主控設備都能啓動數據傳送。因此必須提供一種機制來決定在某個時刻由哪個設別擁有總線使用權，決定哪個主控設備能的到總線使用權的過程稱爲總線仲裁。
仲裁方式可分爲集中仲裁方式，和分佈式仲裁方式。
（1）集中仲裁方式
每個功能模塊有兩條線到總裁控制器
- 請求信號線BR（Bus Rquest）
- 授權信號線BG（Bus Grant）
- 總線狀態線BS：表示總線使用情況
這種方式，多采用CPU爲仲裁器。
鏈式查詢（BG串連）
通過接口的優先級的排隊電路實現，離總線控制器越來越遠。優先級越低。優點：用線少，易擴充。缺點：對響應鏈的電路故障很敏感，優先級固定。
計數器定時查詢
相對鏈式查詢，多了一組設備地址線，少了總線響應BG，當總線控制器收到總線請示信號，且總線空閒的時，計數器開始計數，其值通過設備地址線發向各部件。當地址線上的計數值與請求使用總線設備的地址一致的時候，還設備獲得控制權。
優點：計數可以從上一次終點開始，比如共有180個設備，則計數到100以後，下一次計算重新以1開始，且沒有對電路故障，那麼敏感。設設備使用總線優先級相等。
缺點：增加了控制線的數量。
獨立請求方式
每一個設備均有一對總線請求BRi和總線允許線BGi，當總線上部件需要使用總線時，經過各自總線請求發送總線請求信號在總線控制器排隊，當總線控制器按一定優先次序決定批准某個部件使用時，則給該部件發送總線響應信號，該部件獲得控制權。
優點：響應速度快，總線允許信號BG，直接從控制器發送相關設備。優先次序相當靈活。
缺點：控制線數量多。
總線操作和定時
衆多部件共享總線，應按各個部件優先級來解決，在通信時間上則應按分時方式來處理，則以總線使用權的先後順序分時佔用總線。哪一個部件獲得使用權，此刻就由它傳送，下一部件獲得使用權，接着下一時刻傳送。總線傳輸週期：
- 申請分配階段：主模塊申請，仲裁決定‘’
- 尋址階段：主模塊向從模塊，給出地址跟命令
- 傳輸階段：主模塊和從模塊交換數據
- 結束階段：主模塊撤銷沒有相關信息。
總線的定時方式
- 同步通信:又稱無應答定時，事件出現在總線的時刻由總線時鐘信號確定，所有事件都出現在時鐘信號的前沿，且大多數事件都只佔據一個時鐘週期。通常這種方式採用公共時鐘，每個功能模塊什麼時候發送或者接受信息由統一時鐘來規定。因此同步定時具有較高的數據傳輸效率。
適用於總線長度短，各功能模塊存取時間相差不大的情況。 - 異步通信：又稱應答定時，後一事件出現在總線上的時刻取決於前一個事件的出現，建立在應答和互鎖機制基礎上。這種方式不需要公共時鐘信號。其總線的週期長度可變，且快慢設備可連在同一總線上。異步通信主要有非互鎖，半互鎖，全互鎖三種應答方式，全互鎖是一種可靠的通信方式，被廣泛應用。
- 半同步通信：又稱同，異步結合。同步主要體現在發送方用系統時鐘前沿發信號，接收方用系統時鐘後沿判斷，識別。異步主要體現在允許不同速度模塊和諧工作。
- 分離式通信：充分發掘系統總線每個瞬間的潛力。