系统汇流排简介及详细资料

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汇流排简介

系统汇流排上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息，因此，系统汇流排包含有三种不同功能的汇流排，即数据汇流排DB(Data Bus)、地址汇流排AB(Address Bus)和控制汇流排CB(Control Bus)。

数据汇流排DB用于传送数据信息。数据汇流排是双向三态形式(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。)的汇流排，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。数据汇流排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，其数据汇流排宽度也是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，数据汇流排上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。

系统汇流排

地址汇流排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连线埠，所以地址汇流排总是单向三态的，这与数据汇流排不同。地址汇流排的位数决定了CPU可直接定址的记忆体空间大小，比如8位微机的地址汇流排为16位，则其最大可定址空间为2^16=64KB，16位微型机的地址汇流排为20位，其可定址空间为2^20=1MB。一般来说，若地址汇流排为n位，则可定址空间为2^n(2的n次方)个地址空间(存储单元)。 举例来说:一个16位元宽度的位址汇流排(通常在1970年和1980年早期的8位元处理器中使用)可以定址的记忆体空间为 2 的 16 次方=65536=64 KB的地址，而一个 32位元 位址汇流排(通常在像现今 2004年 的 PC 处理器中) 可以定址的记忆体空间为4,294,967,296=4GB(前提:数据汇流排的宽度是8位)的位址。

注释:位元=bit。

上面提到的2^n=X=YGB中的B其实是bit，这个结果其实是乘以可定址的位元8bit之后得到的。

控制汇流排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、中断回响信号等;也有是其它部件反馈给CPU的，比如:中断申请信号、复位信号、汇流排请求信号、限备就绪信号等。因此，控制汇流排的传送方向由具体控制信号而定，一般是双向的，控制汇流排的位数要根据系统的实际控制需要而定。实际上控制汇流排的具体情况主要取决于CPU。

工作原理

系统汇流排在微型计算机中的地位，如同人的神经中枢系统，CPU通过系统汇流排对存储器的内容进行读写，同样通过汇流排，实现将CPU内数据写入外设，或由外设读入CPU。微型计算机都采用汇流排结构。汇流排就是用来传送信息的一组通信线。微型计算机通过系统汇流排将各部件连线到一起，实现了微型计算机内部各部件间的信息交换。一般情况下，CPU提供的信号需经过汇流排形成电路形成系统汇流排。系统汇流排按照传递信息的功能来分，分为地址汇流排、数据汇流排和控制汇流排。这些汇流排提供了微处理器(CPU)与存储器、输入输出接口部件的连线线。可以认为，一台微型计算机就是以CPU为核心，其它部件全"挂接"在与CPU相连线的系统汇流排上。这种汇流排结构形式，为组成微型计算机提供了方便。人们可以根据自己的需要，将规模不一的记忆体和接口接到系统汇流排上，很容易形成各种规模的微型计算机。

系统汇流排

微型计算机实质上就是把CPU、存储器和输入/输出接口电路正确的连线到系统汇流排上，而计算机套用系统的硬体设计本质上是外部设备同系统汇流排之间的汇流排接口电路设计问题，这种汇流排结构设计是计算机硬体系统的一个特点。

常用汇流排

ISA汇流排

----ISA(industrial standard architecture)汇流排标准是IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统汇流排标准，所以也叫AT汇流排。它是对XT汇流排的扩展，以适应8/16位数据汇流排要求。它在80286至80486时代套用非常广泛，以至于奔腾机中还保留有ISA汇流排插槽。ISA汇流排有98只引脚。

EISA汇流排

----EISA汇流排是1988年由Compaq等9家公司联合推出的汇流排标准。它是在ISA汇流排的基础上使用双层插座，在原来ISA汇流排的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，EISA汇流排完全兼容ISA汇流排信号。

VESA汇流排

----VESA(video electronics standard association)汇流排是 1992年由60家附属档案卡制造商联合推出的一种局部汇流排，简称为VL(VESA local bus)汇流排。它的推出为微机系统汇流排体系结构的革新奠定了基础。该汇流排系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连，通常把这部分汇流排称为CPU汇流排或主汇流排，其他设备通过VL汇流排与CPU汇流排相连，所以VL汇流排被称为局部汇流排。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64 位，使用33MHz时钟频率，最大传输率达132MB/s，可与CPU同步工作。是一种高速、高效的局部汇流排，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。

系统汇流排

PCI汇流排

----PCI(peripheral ponent interconnect)汇流排是当前最流行的汇流排之一，它是由Intel公司推出的一种局部汇流排。它定义了32位数据汇流排，且可扩展为64位。PCI汇流排主机板插槽的体积比原ISA汇流排插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率可达132MB/s，可同时支持多组外围设备。 PCI局部汇流排不能兼容现有的ISA、EISA、MCA(micro channel architecture)汇流排，但它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的汇流排。

Compact PCI

----以上所列举的几种系统汇流排一般都用于商用PC机中，在计算机系统汇流排中，还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统汇流排，比如STD汇流排、VME汇流排、PC/104汇流排等。这里仅介绍当前工业计算机的热门汇流排之一--Compact PCI。

----Compact PCI的意思是"坚实的PCI"，是当今第一个采用无源汇流排底板结构的PCI系统，是PCI汇流排的电气和软体标准加欧式卡的工业组装标准，是当今最新的一种工业计算机标准。Compact PCI是在原来PCI汇流排基础上改造而来，它利用PCI的优点，提供满足工业环境套用要求的高性能核心系统，同时还考虑充分利用传统的汇流排产品，如ISA、STD、VME或PC/104来扩充系统的I/O和其他功能。

系统汇流排

----6.PCI-E汇流排

----PCI Express采用的也是业内流行这种点对点串列连线，比起PCI以及更早期的计算机汇流排的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连线，不需要向整个汇流排请求频宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高频宽。相对于传统PCI汇流排在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI Express的双单工连线能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。

技术规范

系统汇流排是一类信号线的集合是模组间传输信息的公共通道，通过它，计算机各部件间可进行各种数据和命令的传送。为使不同供应商的产品间能够互换，给用户更多的选择，汇流排的技术规范要标准化。汇流排的标准制定要经周密考虑，要有严格的规定。系统汇流排标准(技术规范)包括:

(1)机械结构规范:模组尺寸、汇流排插头、汇流排接外挂程式以及安装尺寸均有统一规定。

(2)功能规范:汇流排每条信号线(引脚的名称)、功能以及工作过程要有统一规定。

(3)电气规范:汇流排每条信号线的有效电平、动态转换时间、负载能力等。

技术指标

1、系统汇流排的频宽(汇流排数据传输速率)

系统汇流排发展

系统汇流排的频宽指的是单位时间内汇流排上传送的数据量，即每钞钟传送MB的最大稳态数据传输率。与汇流排密切相关的两个因素是汇流排的位宽和汇流排的工作频率，它们之间的关系:汇流排的频宽=汇流排的工作频率*汇流排的位宽/8

2、系统汇流排的位宽

系统汇流排的位宽指的是汇流排能同时传送的二进制数据的位数，或数据汇流排的位数，即32位、64位等汇流排宽度的概念。汇流排的位宽越宽，每秒钟数据传输率越大，汇流排的频宽越宽。

3、系统汇流排的工作频率

汇流排的工作时钟频率以MHZ为单位，工作频率越高，汇流排工作速度越快，汇流排频宽越宽。

发展历程

计算机系统汇流排的详细发展历程，包括早期的PC汇流排和ISA汇流排、PCI/AGP汇流排、PCI-X汇流排以及主流的PCIExpress、HyperTransport高速串列汇流排。从PC汇流排到ISA、PCI汇流排，再由PCI进入PCIExpress和HyperTransport体系，计算机在这三次大转折中也完成三次飞跃式的提升。与这个过程相对应，计算机的处理速度、实现的功能和软体平台都在进行同样的进化，显然，没有汇流排技术的进步作为基础，计算机的快速发展就无从谈起。业界站在一个崭新的起点:PCIExpress和HyperTransport开创了一个近乎完美的汇流排架构。而业界对高速汇流排的渴求也是无休无止，PCIExpress4.0和HyperTransport4.0都已提上日程，它们将会再次带来效能提升。在计算机系统中，各个功能部件都是通过系统汇流排交换数据，汇流排的速度对系统性能有着极大的影响。而也正因为如此，汇流排被誉为是计算机系统的神经中枢。但相比CPU、显示卡、记忆体、硬碟等功能部件，汇流排技术的提升步伐要缓慢得多。在PC发展的二十余年历史中，汇流排只进行三次更新换代，但它的每次变革都令计算机的面貌焕然一新。