本节教学内容：

1、总线的基本概念

2、片内总线与系统总线

3、总线的特性

教学目的和要求：

1、了解总线的概念；

2、了解总线的分类，主要掌握系统总线；

3、理解总线的特性。

重点：1、总线的概念；

         2、系统总线的分类及作用

难点：总线的各类结构

第1、2讲 总线的概念和分类

一、知识要点

1、总线的概念

2、总线的分类

3、系统总线

二、教学安排

首先，介绍计算机总线的概念，然后对计算机系统中的总线分类进行讲解，系统总线是本节课的一个重点知识，所以要详细讲解，讲解系统总线时要注意前后知识点的结合，比如结合第一章计算机的工作过程，包括后续讲到计算机各硬件部分的通信时也会用到。

三、教学内容

1、总线的基本概念

计算机系统的五大部件之间的互连方式有两种，一种是各部件之间使用单独的连线，称为分散连接，另一种是将各部件连到一组公共信息传输线上，称为总线连接。

早期的计算机大多数用分散连接方式，如下图所示，它是以运算器为中心的结构，其内部连线十分复杂，尤其是当I/O与存储器交换信息时，都需要经过运算器，致使运算器停止运算，严重影响了CPU的工作效率。

后来改进为以存储器为中心的分散连接结构，如下图所示，I/O与主存交换信息可以不经过运算器，又采用了中断、DMA等技术，使CPU工作效率得到很大的提高，但是仍无法解决I/O设备与主机之间连接的灵活性。

随着计算机应用领域的不断扩大，I/O设备的种类和数量也越来越多，人们希望随时增添或减撤设备，由此出现了总线连接方式。

总线（Bus）是总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。当多个部件与总线相连时，如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送信息，势必导致信号冲突，传输无效。因此，在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。

总线实际上石油许多传输线或同路组成，每条线可一位一位地传输二进制代码，一串二进制代码可在一段时间内逐一传输完成。若干条传输线可以同时传输若干位二进制代码，例如，16条传输线组成的总线可同时传输16位二进制代码。

采用总线连接的计算机结构，如下图所示，它是以CPU为中心的双总线结构。

其中一组总线连接CPU和主存，称为存储总线，另一组用来建立CPU和各I/O设备之间交换信息的通道，称为输入／输出总线。各种I/O设备通过I/O接口挂到I/O总线上，更便于增删设备。

倘若将CPU、主存和I/O设备都挂到一组总线上，便形成但总线结构的计算机，如下图所示：

与以CPU为中心的双总线结构相比，最明显的特点是当I/O设备与主存交互信息时，原则上不影响CPU的工作，CPU仍可继续处理不访问主存或I/O设备的操作，这就使CPU工作效率有所提高，但是，因只有一组总线，当某一时刻各部件都要占用总线时，就会发生冲突。

还有一种以存储器为中心的双总线结构，如下图所示，它是在单总线基础上又开辟出的一条CPU与主存之间的总线，称为存储总线。这组总线速度高，只供主存与CPU之间传输信息。这样既提高了传输效率，又减轻了系统总线的负担，还保留了I/O设备与存储器交换信息时不经过CPU的特点。

现代计算机大多采用各类总线结构。

2、总线的分类

总线的应用很广泛，从不同角度可以有不同的分类方法。按数据传送方式可分为并行传输总线和串行传输总线。在并行传输总线中，又可按传输数据宽度分为8位、16位、32位、64位等传输总线。若按总线的使用范围划分，则又有计算机总线、测控总线、网络通信总线等。下面按连接部件不通，介绍三类总线。

1）片内总线

如在CPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线称为片内总线(即芯片内部的总线)。

2）系统总线

系统总线又称内总线（Internal Bus）或板级总线（Board-Level）或计算机总线（Microcomputer Bus）。因为该总线是用来连接微机各功能部件而构成一个完整微机系统的，所以称之为系统总线。系统总线是微机系统中最重要的总线，人们平常所说的微机总线就是指系统总线，如PC总线、AT总线（ISA总线）、PCI总线等。

按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。

数据总线

数据总线DB用于传送数据信息。数据总线是双向三态形式（双向是指可以两个方向传输，可以A->B也可以A<-B；三态指0，1和第三态（tri-state）。tri-state既不是一也不是零，三态门的闭合无输出高阻状态。）的总线，即他既可以把CPU的数据传送到存储器或I/O接口等其它部件，也可以将其它部件的数据传送到CPU。数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标，通常与微处理的字长相一致。例如Intel 8086微处理器字长16位，其数据总线宽度也是16位。需要指出的是，数据的含义是广义的，它可以是真正的数据，也可以指令代码或状态信息，有时甚至是一个控制信息，因此，在实际工作中，数据总线上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。

‚地址总线

地址总线AB是专门用来传送地址的，由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O端口，所以地址总线总是单向三态的，这与数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，比如8位微机的地址总线为16位，则其最大可寻址空间为2^16=64KB，16位微型机的地址总线为20位，其可寻址空间为2^20=1MB。一般来说，若地址总线为n位，则可寻址空间为2^n（2的n次方）个地址空间（存储单元）。举例来说：一个16位元宽度的位址总线（通常在1970年和1980年早期的8位元处理器中使用）可以寻址的内存空间为2 的16 次方=65536=64 KB的地址，而一个32位元位址总线（通常在像现今2004年的PC 处理器中）可以寻址的内存空间为4,294,967,296=4GB（前提：数据总线的宽度是8位）的位址。

注释：位元=bit。

ƒ控制总线

控制总线CB用来传送控制信号和时序信号。控制信号中，有的是微处理器送往存储器和I/O接口电路的，如读/写信号，片选信号、中断响应信号等；也有是其它部件反馈给CPU的，比如：中断申请信号、复位信号、总线请求信号、限备就绪信号等。因此，控制总线的传送方向由具体控制信号而定，通常对任一控制线而言，它的传输是单向的，但对CPU而言，控制信号既有输出，又有输入，因此，控制总线一般是双向的。控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。

常见的控制信号如下：

时钟：用来同步各种操作。

复位：初始化所有部件。

总线请求：表示部件需要获得的使用权。

总线允许：表示需要获得总线使用权的部件已获得了使用权。

中断请求：表示部件提出中断请求。

中断响应：表示中断请求已被接收。

存储器写：将数据总线上的数据写至存储器的指定地址单元内。

存储器读：将指定存储单元中的数据读到数据总线上。

I/O读：从指定的I/O端口将数据读到数据总线上。

I/O写：将数据总线上的数据输出到指定的I/O端口内。

传输响应：表示数据已被接收，或已将数据送至数据总线上。

3）通信总线

这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其它系统之间的通信。由于这类联系涉及许多方面，如外部链接、距离远近、速度快慢、工作方式等，差别极大，因此通信总线的类别很多。但按传输方式可分位两种：串行通信和并行通信。

串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。

并行通信是指一组数据的各数据位在多条线上同时被传输，数据的各个位同时传送，可以字或字节为单位并行进行。并行通信速度快，但用的通信线多、成本高，故不宜进行远距离通信。

四、互动及练习

本次课采用提问的互动方式：

1、什么是总线？

请同学们自己谈谈对总线的了解，以此引出总线的概念，以及总线的分类。

2、各种总线结构的优缺点？

在讲完一种总线结构后，让同学们自己来分析这种总线结构的优缺点，对各种总线进行对比，有利于他们以后在自己设计系统时选择合适的总线结构。