总线——总线的分类和系统总线结构

总线的分类可以按照数据传输格式、总线功能和时序控制方式三个角度进行划分。

1. 按数据传输格式

按数据传输格式，可以将总线分为串行总线和并行总线。

1. 工作频率相同时，串行总线传输速度比并行总线慢。
2. 并行总线的工作频率无法持续提高，而串行总线可以通过不断提高工作频率来提高传输速度，最终超过并行总线。

（1）串行总线

优点：只需要一条传输线，成本低廉，广泛应用于长距离传输；应用于计算机内部时，可以节省布线空间。

缺点：在数据发送和接收的时候要进行拆卸和装配，要考虑串行-并行转换的问题。

（2）并行总线

优点：总线的逻辑时序比较简单，电路实现起来比较容易。

缺点：信号线数量多，占用更多的布线空间；远距离传输成本高昂；由于工作频率较高时，并行的信号线之间会产生严重干扰，对每条线等长的要求也越高，所以无法持续提升工作频率。

2. 按总线功能

按总线的功能，可以将总线分为片内总线、系统总线和通信总线

（1）片内总线

片内总线是芯片内部的总线。它是CPU芯片内部寄存器与寄存器之间、寄存器与ALU之间的公共连接线。

（2）系统总线

系统总线是计算机系统内各功能部件（CPU、主存、I/O接口）之间相互连接的总线。按系统总线传输信息内容的不同，又可分为3类：数据总线、地址总线和控制总线。

PS：数据通路表示的是数据流经的路径，而数据总线是承载的媒介

（3）通信总线

通信总线是用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如远程通信设备、测试设备）之间信息传送的总线，通信总线也称为外部总线。

总线结构通常分为单总线结构、双总线结构和三总线结构。

1. 单总线结构

• 结构：CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）都连接在一组总线上，允许I/O设备之间、I/O设备和CPU之间或I/O设备与主存之间直接交换信息。
• 优点：结构简单，成本低，易于接入新的设备。
• 缺点：带宽低、负载重，多个部件只能争用唯一的总线，且不支持并发传送操作。

注：单总线并不是指只有一根信号线，系统总线按传送信息的不同可以细分为地址总线、数据总线和控制总线。

2. 双总线结构

• 结构：双总线结构有两条总线，一条是主存总线，用于CPU、主存和通道之间进行数据传送；另一条是 I/O 总线，用于多个外部设备与通道之间进行数据传送。
• 优点：将较低速的I/O设备从单总线上分离出来，实现存储器总线和 I/O 总线分离。
• 缺点：需要增加通道等硬件设备。

3. 三总线结构

• 结构：三总线结构是在计算机系统各部件之间采用3条各自独立的总线来构成信息通路，这3条总线分别为主存总线、I/O 总线和直接内存访问DMA总线。
• 优点：提高了 I/O 设备的性能，使其更快地响应命令，提高系统吞吐量。
• 缺点：每次只能有一条总线在工作，故系统工作效率较低。