3.1 总线的基本概念
总线是计算机系统中各部件之间传输信息的公共通路,由传输线、接口电路和控制逻辑组成。其功能在于实现计算机各部件间的数据、地址和控制信号传输,具备分时和共享特性,分时即不同时刻传输不同信息,共享指多个部件可连接同一总线进行数据交互,是计算机系统实现协同工作的关键基础设施。
举例:总线就像城市中的交通主干道,传输线是道路,接口电路是路口的交通信号灯,控制逻辑则是交通规则。不同的车辆(数据、地址和控制信号)在道路上行驶,在不同时间(分时)运送不同货物,且多辆车辆可以共用同一条道路(共享),保障城市各区域(计算机部件)之间的物资(信息)流通。
3.2 总线的分类
3.2.1 片内总线
位于芯片内部,用于连接芯片内各功能单元,如 CPU 芯片内运算器、控制器、寄存器之间的连接。片内总线速度快、距离短,设计与芯片制造工艺紧密相关,对芯片性能和功耗有重要影响。
举例:片内总线如同芯片这个 “小社区” 里的内部小路,连接着社区内的各个建筑(功能单元)。因为路程短,居民(信息)在这些小路上往来速度很快,而且小路的设计(片内总线设计)直接影响着整个社区(芯片)的生活便利性和能耗(性能和功耗) 。
3.2.2 系统总线
连接计算机主机内各大部件,如 CPU、主存、I/O 接口等。根据传输信息不同,又分为数据总线(双向传输数据,位数与机器字长相关)、地址总线(单向传输地址信息,决定主存容量寻址范围)和控制总线(传输控制信号,如读写命令、中断请求等) 。
举例:系统总线是计算机主机这个 “城市” 里的主干道网络。数据总线像城市主干道上的双向车道,既可以把货物(数据)运进来,也能运出去;地址总线是单向的导航指示牌,明确告诉运输车辆(数据)该前往哪个仓库(存储单元);控制总线则是交警和交通信号灯,指挥车辆何时出发、何时停下,保障城市物资(信息)运输的有序进行。
3.2.3 通信总线
用于计算机系统之间或计算机系统与其他设备之间通信,如 USB 总线用于计算机与外部设备通信,以太网总线用于计算机网络中计算机之间的数据传输。通信总线注重长距离、可靠的数据传输,具备特定通信协议和接口标准。
举例:通信总线好比城市与城市之间的高速公路,以及城市与周边乡镇相连的公路。USB 总线类似城市与乡镇间的公路,方便计算机(城市)与 U 盘、打印机(乡镇设施)交换物资(数据);以太网总线就像连接各大城市的高速公路,让不同城市(计算机)之间能够高效地传递物资(数据),而且每条公路都有自己的交通规则(通信协议和接口标准),确保物资运输顺畅 。