- 各部件之间通过单独的连线互连，称为分散连接方式。
- 各个部件连接到一组公共信息传输线上，称为总线连接方式。
现代计算机普遍使用的是总线互连结构。
总线结构的主要优缺点
- 优点1: 灵活性。体现在新部件可以很容易地加到总
线上，且部件可以在使用相同总线的计算机系统之间
互换。 - 优点2: 成本低。一组单独的连线可被多个部件共享
所以总线的性价比高 - 总线的主要缺点是它可能产生通信瓶颈
总线的基本概念
- 计算机内部进行信息交换，必须在部件之间构筑通信线路，通常把连接各部件的通路的集合称为互连结构
- 互连结构从分散结构发展到总线结构
- 总线是连接两个或多个功能部件的一组共享的信息传输线，它的主要特征就是多个部件共享传输介质；一个部件发出的信号可以被连接到总线上的其他所有部件所接收。
总线的特性
- 物理特性: 总线的物理特性是指总线在机械物理连接上的特性。
- 连线的分类:总线可分为电缆式、主板式和底板式
- 连线的数量: 总线一般分为串行总线和并行总线。在并行传输总线中，按数据线的宽度分8位、16位、32位64位总线等
- 一般串行总线用于长距离的数据传送，并行总线用于短距离的高速数据传送
- 电气特性: 总线的电气特性是指总线的每一条信号线的信号传递方向、信号的有效电平范围。
- 例：CPU发出的信号为输出信号，送入CPU的信号为输入信号
- 总线的电平表示方式有两种: 单端方式(采用正逻辑)和差分方式(采用负逻辑)
- 例如，串行总线接口标准RS-232C，采用差分电平方式
- 功能特性: 总线功能特性是指总线中每根传输线的功能。如地址线用来传输地址信息，数据线用来传输数据信息，控制线用来发出控制信息，不同的控制线其功能不同
- 时间特性: 总线时间特性是指总线中任一根传输线在什么时间内有效，以及每根线产生的信号之间的时序关系。用信号时序图来说明
总线的分类
根据所连接部件的不同，总线通常被分成三种类型：
- 片上总线: 指芯片内部连接各元件的总线。如CPU芯片内部，在各个寄存器、ALU、指令部件等各元件之间也有总线相连，对于Zynq SOC来说，有AXI总线。
- 系统总线: 指连接CPU、存储器和各种I/0模块等主要部件的总线。有主板式和底板式总线。此“系统”指计算机系统，非片上系统。
- 通信总线: 这类总线用于主机和I/0设备之间或计算机系统之间的通信。
系统总线的组成
系统总线通常由一组控制线、一组数据线和一组地址线构成，也有数据线和地址线复用。
总线设计的要素
总线设计时要考虑的基本要素包括:
- 信号线类型:专用信号线/复用信号线
- 仲裁方法:集中式仲裁、分布式仲裁
- 定时方式:同步通信，异步通信
- 事务类型:总线所支持的各种数据传输类型和其他总线操作类型
- 总线带宽:单位时间内在总线上传输的有效数据的容量
总线仲裁
总线上连接的各个部件，根据其对总线有无控制能力被分为主设备和从设备两种
- 主设备控制对总线的访问，它能够发起并控制所有总线请求。
- 从设备只能响应主控设备发来的总线命令。
情况1：计算机系统可以只有一个主设备，即所有总线操作都由处理器控制。
情况2：另一种选择是采用多个总线主控设备，每个主控设备都能启动数据传送。这种情况下，必须提供一种机制用来决定在某个时刻哪个设备具有总线使用权。决定哪个总线主控设备将在下次得到总线使用权的过程称为总线仲裁
仲裁依据 - 一是“等级性”，即:每个主控设备有一个总线优先级，具有最高优先级的设备应该先被服务;
- 二是“公平性”，即:任何设备，即使是具有最低优先权的设备也不能永远得不到总线使用权。
对于集中式仲裁来说，主要有以下几种方式：
- 链式查询方式
- 定时器查询方式
- 独立请求方式
对于分布式仲裁来说：
特点:不需要中央仲裁器，每个潜在的主模块都有自己的仲裁器和仲裁号，多个仲裁器竞争使用总线。
当设备有总线请求时，它们就把各自唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上;每个仲裁器将从仲裁总线上得到的仲裁号与自己的仲裁号进行比较;如果仲裁总线上的号优先级高，则它的总线请求不予响应，并撤销它的仲裁号:最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。
总线带宽
总线的带宽主要由总线定时方式所用的协议决定
影响总线带宽的其他几个因素有:
- 数据总线宽度
增加数据总线的宽度可使总线一次传输更多数据位信号线是 - 专用还是分时复用
将地址线和数据线单独设置可使写操作的性能更高，因为地址和数据可在同一个总线周期内传送出去 - 是否允许大数据块传送
允许总线连续传送多个字而不发送地址信息或释放总线，可以减少传送一个大数据块所需的时间，提高总线带宽。这称为突发数据传送方式，如AXI总线支持突发传输。
快速总线访问和高带宽是相互矛盾的两种设计要求 - 为了得到总线操作快速响应时间，必须通过简化通信路径来使一次总线访问的时间降到最小:
- 为了获得较高的数据速率，又必须使总线带宽最大化，总线带宽可以通过使用更多的缓冲和通过传送较大的数据块两种方式来提高，它们都会增加完成总线操作的时延
要求支持大范围内具有不同等待时间和数据传输率的设备的需求也使总线设计面临挑战。
参考资料：