总线技术

总线技术就是将各部件连接到计算机处理器的一个元件。要连接的部件包括硬盘、内存、音响系统和视频系统等。例如，要查看计算机在做什么，一般是使用阴极射线管（CRT）显示器或液晶（LCD）显示器。您需要专用的硬件驱动屏幕，而一般是通过显卡来驱动。显卡是一小块可以插入总线的印制电路板。通过使用计算机的总线作为通信通路，显卡就可以与处理器进行通信。

定义总线的定义

总线，英文叫作“BUS”，即我们中文的“公共车”，这是非常形象的比如，公共车走的路线是一定的，我们任何人都可以坐公共车去该条公共车路线的任意一个站点。如果把我们人比作是电子信号，这就是为什么英文叫它为“BUS”而不是“CAR”的真正用意。当然，从专业上来说，总线是一种描述电子信号传输线路的结构形式，是一类信号线的集合，是子系统间传输信息的公共通道。通过总线能使整个系统内各部件之间的信息进行传输、交换、共享和逻辑控制等功能。如在计算机系统中，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1。

背景从20世纪50年代至今一直都在使用着一种信号标准，那就是4一20mA的模拟信号标准。20世纪70年代，数字式计算机引人到测控系统中，而此时的计算机提供的是集中式控制处理。20世纪80年代，微处理器在控制领域得到应用，微处理器被嵌人到各种仪器设备中，形成了分布式控制系统。

随着微处理器的发展和广泛应用，产生了以IC代替常规电子线路，以微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、传输及优化控制等功能的智能设备。一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自校正、自诊断等功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、状态报告、趋势图等功能 通信技术的发展，促使传送数字化信息的网络技术开始得到广泛应用。与此同时，基于质量分析的维护管理、与安全相关系统的测试记录、环境监视需求的增加，都要求仪表能在当地处理信息，并在必要时允许被管理和访问，这些也使现场仪表与上级控制系统的通信量大增。 另外，从实际应用的角度出发，控制界也不断在控制精度、可操作性、可维护性、可移植性等方面提出新需求。由此，导致了现场总线的产生2。

特点总线的优点就是能够更加方便地更换各个部件。如果您想更换一个更好的显卡，您只需从总线上拔掉原来的显卡，然后插上新的就可以了。如果您要在计算机上安装两个显示器，只需在总线上插入两个显卡。

二、三十年前，处理器的速度要非常慢，以便与总线同步，即总线与处理器的速度相同。而且当时计算机上只有一条总线。处理器的运转速度非常快，多数计算机都有两条或更多的总线。每条总线专用于特定类型的流量。

现今，一台典型的台式个人计算机一般有两条主总线：

一条是我们通常所说的系统总线或局部总线，用于连接微处理器（中央处理器）和系统内存。它是系统中运行最快的总线。 另一条总线的速度较慢，用于与硬盘和声卡等部件进行通信。这种类型的总线最常见的是PCI总线。这些运行较慢的总线通过桥接器连接到系统总线，因为桥接器是计算机芯片组的一部分并能起到流量交换的作用，所以能够将其他总线的数据集成到系统总线。 其实还有其他的总线。例如，通用串行总线（USB），用于把照相机、扫描仪和打印机等设备连接到计算机。它利用细线缆连接到设备，并且多个设备可以同时共用一根总线。FireWire是另一种总线，主要用于摄影机和外置硬盘。

分类总线分类的方式有很多，如被分为外部和内部总线、系统总线和非系统总线等等，下面是几种最常用的分类方法。

按功能分

最常见的是从功能上来对数据总线进行划分，可以分为地址总线（address bus）、数据总线（data bus）和控制总线（control bus）。在有的系统中，数据总线和地址总线可以在地址锁存器控制下被共享，也即复用。

地址总线是专门用来传送地址的。在设计过程中，见得最多的应该是从CPU地址总线来选用外部存储器的存储地址。地址总线的位数往往决定了存储器存储空间的大小，比如地址总线为16位，则其最大可存储空间为216（64KB）。

数据总线是用于传送数据信息，它又有单向传输和双向传输数据总线之分，双向传输数据总线通常采用双向三态形式的总线。数据总线的位数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。在实际工作中，数据总线上传送的并不一定是完全意义上的数据。

控制总线是用于传送控制信号和时序信号。如有时微处理器对外部存储器进行操作时要先通过控制总线发出读/写信号、片选信号和读入中断响应信号等。控制总线一般是双向的，其传送方向由具体控制信号而定，其位数也要根据系统的实际控制需要而定。

按传输方式分

按照数据传输的方式划分，总线可以被分为串行总线和并行总线。从原理来看，并行传输方式其实优于串行传输方式，但其成本上会有所增加。通俗地讲，并行传输的通路犹如一条多车道公路，而串行传输则是只允许一辆汽车通过单线公路。常见的串行总线有SPI、I2C、USB、IEEE1394、RS232、CAN等；而并行总线相对来说种类要少，常见的如IEEE1284、ISA、PCI等。

按时钟信号方式分

按照时钟信号是否独立，可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据，也就是说要用一根单独的线来作为时钟信号线；而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的，通常利用数据信号的边沿来作为时钟同步信号2。

发展历史早期美国国际商用机器公司（IBM）生产的PC（circa 1982）使用了最早的PC总线，它的位宽是16位，速度为4.77兆赫。后来正式称为工业标准结构（ISA）总线。这种总线传输数据的速度约为9兆字节/秒，速度之快甚至能用在现今的应用软件中。

几年前，许多计算机仍在使用ISA总线。二十世纪八十年代初，为早期的IBM PC开发了专用这种总线的计算机卡。甚至在大量可取代它的先进技术出现后，人们仍在使用ISA总线。

这种总线被人们长期使用有两个主要原因：

它长期与多数硬件制造商保持兼容性。 多媒体兴起之前，只有少数的外围硬件设备完全采用新型总线的速度。 随着技术的进步，ISA总线无法跟上时代的步伐，于是开发了其他的总线。其中主要的是扩展工业标准结构（EISA）线（位宽32位，频率8兆赫）和视频电子标准协会局部总线（VL-Bus）。VL-Bus（由创建该标准的视频电子标准协会（VESA）命名）的位宽是32位，以局部总线的速度运行，一般与处理器的速度相同。实质上，VL-Bus能够直接连接到CPU。人们可以用这种方式连接一个单独的设备，甚至还可以连接两个。但是将两个以上的设备连接到VL-Bus则可能会影响CPU的性能。因此，VL-Bus一般只用于连接显卡，它将真正从高速访问CPU的过程中受益。

演变总线技术无疑是从分布式流程提供简单交互手段的基本型消息总线演变过来的。随着时间的转移，越来越多复杂的功能已经被添加进来，提供对信息的格式控制以及流程的注册。还有一种转变是从简单的总线方法，即每个消息通常只有一个目的地，转变为可支持多个的代理结构，在很多情况下也提供发布和订购的灵活性。这一演变引起了对何为消息系统的相当大的困惑，而这也是面向消息中间件的一般概念背后的一个驱动力3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学