6.1 总线概述
总线
连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传送介质。总线特性由机械、电气、功能、时间特性描述。总线分类（按位置）
- 片内总线：芯片内部各寄存器/部件之间的连接。
- 系统总线：CPU、主存、I/O 之间传送信息的通路，分为数据总线、地址总线、控制总线。
- 通信总线：计算机系统之间或与其他系统间的通信。
| 系统总线分类 | 方向 | 宽度决定 | 功能 |
|---|---|---|---|
| 数据总线 DB | 双向 | 数据位数（机器字长） | 传输数据 |
| 地址总线 AB | 单向（CPU→外） | 最大物理地址空间 | 传输地址 |
| 控制总线 CB | 双向（含控制信号） | — | 传输控制信号与时序 |
总线结构
双总线/三总线：双总线在主存与 CPU 间增设存储总线提高访存速度；三总线再加入 I/O 总线，使 CPU 与 I/O 并行工作。
6.2 总线仲裁
多个主设备同时请求总线时，需由总线仲裁器决定使用权。仲裁方式分集中式和分布式，常见集中式三种：
| 仲裁方式 | 原理 | 控制线数 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|
| 链式查询 | 总线授权 BG 信号逐级下传，离仲裁器最近的优先级最高 | 3（BR、BG、BS） | 结构简单、易扩充 | 对电路故障敏感、优先级固定、不公平 |
| 计数器查询 | 仲裁器通过计数器值查询各设备，与设备地址匹配者获总线 | ⌈log₂ n⌉+2 | 优先级灵活（可改计数方式） | 线数多、控制复杂 |
| 独立请求 | 每个设备独立请求线与授权线，仲裁器可编程决定 | 2n+1 | 响应快、优先级灵活 | 线数最多、硬件最复杂 |
优先级：链式查询优先级由物理位置决定；计数器查询若每次从 0 开始计数则等价固定优先级，若从上次停止处继续则为公平轮转；独立请求优先级由仲裁器算法决定，最灵活。
交互式动画 · 总线仲裁过程
模拟 4 个设备同时发出总线请求，观察三种仲裁方式如何决定总线使用权。点击"模拟请求"按钮，选择仲裁方式，动画将展示仲裁流程。
6.3 总线事务与定时
总线事务
从请求总线到完成总线操作的整个过程，通常包括：请求 → 仲裁 → 寻址（传送地址）→ 数据传送 → 错误检查。总线定时方式
- 同步通信：统一时钟，每个时钟周期完成固定操作。简单但需考虑最慢设备，适用于速度相近的设备。
- 异步通信：握手协议（请求—应答），分不互锁、半互锁、全互锁三种。适用于速度差异大的设备。
- 半同步通信：在同步基础上增加 WAIT/READY 信号，兼顾速度差异。
- 分离式通信：将总线事务分为"请求"和"应答"两个独立子周期，总线在中间可被其他设备使用，总线利用率最高。
分离式通信特点：各模块均需总线请求与仲裁能力；总线使用完后立即释放；适合慢速设备（如磁盘读扇区期间让出总线）。是 408 高频考点。
总线带宽计算
总线带宽 = 总线工作频率 ×（总线宽度 / 8）B/s。
例：总线宽度 32 位，工作频率 66 MHz，则带宽 = 66×10⁶ × 32/8 = 264 MB/s。若一个总线周期含 4 个时钟周期，则数据传输频率为 66/4 = 16.5 MHz，带宽 = 16.5×10⁶ × 4 = 66 MB/s。