计算机总线

一. 总线概念

所谓总线（Bus），是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道。总线是连接计算机硬件系统内多种设备的通信线路，它的一个重要特征是由总线上的所有设备共享，可以将计算机系统内的多种设备连接到总线上。如果是某两个设备或设备之间专用的信号连线，就不能称之为总线。系统总线架构图如下所示：

微机中的总线分为数据总线、地址总线和控制总线3类。不同型号的CPU 芯片，其数据总线、地址总线和控制总线的条数可能不同。

数据总线DB用来传送数据信息，是双向的。CPU既可通过DB从内存或输入设备读入数据，又可通过DB将内部数据送至内存或输出设备。DB的宽度决定了CPU和计算机其他设备之间每次交换数据的位数。

地址总线AB用于传送CPU发出的地址信息，是单向的。传送地址信息的目的是指明与CPU交换信息的内存单元或I/O设备。存储器是按地址访问的，所以每个存储单元都有一个固定地址，要访问1MB存储器中的任一单元，需要

给出1M个地址，即需要20位地址（220=1M）。因此，地址总线的宽度决定了CPU 的最大寻址能力。

控制总线CB用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。其中有的是CPU 向内存或外部设备发出的信息，有的是内存或外部设备向CPU发出的信息。显然，CB中的每一条线的信息传送方向是一定的、单向的，但作为一个整体则是双向的。所以，在各种结构框图中，凡涉及到控制总线CB，均是以双向线表示。

总线的性能直接影响到整机系统的性能，而且任何系统的研制和外围模块的开发都必须依从所采用的总线规范。总线技术随着微机结构的改进而不断发展与完善。

二. 常见总线

QPI总线

Intel的QuickPath Interconnect技术缩写为QPI，译为快速通道互联, 用来实现处理器之间的直接互联. QPI是一种基于包传输的串行式高速点对点连接协议，采用差分信号与专门的时钟进行传输。它的特点是：高速带宽,低功耗,支持热插拔。

Memory总线（内存总线）

用来实现处理器和内存的之间的连接.处理器里集成的内存控制器负责通过内存总线和内存模组通讯，例如寻址、读写等。目前内存总线所支持的内存模组有DDR2，DDR3, 将来还会支持DDR4。

JTAG接口

主要用于芯片或处理器内部测试和调试的接口.通过连接调试器, 可以对芯片或处理器的运行进行跟踪和调试。

DMI总线

DMI是指Direct Media Interface(直接媒体接口)。用来连接处理器和南桥的总线.它是基于PCIE总线，因此具有PCI-E总线的优势，这个高速接口集成了高级优先服务，允许并发通讯和真正的同步传输能力。它的基本功能对于软件是完全透明的，因此早期的软件也可以正常操作。

USB总线

USB，是英文Universal Serial BUS（通用串行总线）的缩写，而其中文简称为―通串线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB总线会根据外设情况在两种传输模式中自动地动态转换。USB是基于令牌的总线。类似于令牌环网络或

FDDI基于令牌的总线。USB主控制器广播令牌，总线上设备检测令牌中的地址是否与自身相符，通过接收或发送数据给主机来响应。USB通过支持悬挂/恢复操作来管理USB总线电源。USB系统采用级联星型拓扑，该拓扑由三个基本部分组成：主机（Host），集线器（Hub）和功能设备。

SMBUS/I2C总线

I2C（Inter－Integrated Circuit）总线和SMBus （System Management Bus 的缩写，译为系统管理总线）是一种二线制串行总线，它主要应用的场合：不需要高速通讯，但希望通过一条廉价并且功能强大的总线（由两条线组成），来控制主板上的设备并收集相应的信息。SMBUS大部分基于I2C总线规范。和I2C 一样，SMBus不需增加额外引脚，创建该总线主要是为了增加新的功能特性，但只工作在100kHz且专门面向智能电池管理应用, 也被用来连接各种设备，包括电源相关设备，系统传感器，EEPROM等等。它工作在主/从模式：主器件提供时钟，在其发起一次传输时提供一个起始位，在其终止一次传输时提供一个停止位；从器件拥有一个唯一的7或10位从器件地址。

SMBus与I2C总线之间在时序特性上存在一些差别。首先，SMBus需要一定数据保持时间，而I2C总线则是从内部延长数据保持时间。SMBus具有超时功能，因此当SCL太低而超过35 ms时，从器件将复位正在进行的通信。相反，I2C采用硬件复位。SMBus具有一种警报响应地址(ARA)，因此当从器件产生一个中断时，它不会马上清除中断，而是一直保持到其收到一个由主器件发送的含有其地址的ARA为止。SMBus只工作在从10kHz到最高100kHz。最低工作频率10kHz是由SMBus超时功能决定的。

SPI总线

SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使南桥与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI接口主要应用在连接EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。在Intel架构中放BIOS/UEFI固件的Flash可以通过SPI总线和南桥连接。

LPC总线

LPC(Low Pin Count, 少引脚数)接口一个取代传统ISA总线的一种新接口规范，主要用于和传统的外围设备连接让系统能向下兼容。以往为了连接ISA 扩充槽、适配器、ROM BIOS芯片、Super I/O等接口，南桥芯片必须保留一个ISA总线，并且连通Super I/O芯片，以控制传统的外围设备。传统ISA 总线速率大约在7.159~8.33MHz，提供的理论尖峰传输值为16MB/s，但是ISA总线与

传统的PCI总线的电气特性、信号定义方式迥异，南桥芯片、Super I/O芯片得多浪费针脚来做处理，主板的线路设计也显得复杂。intel所定义的LPC接口，将以往ISA BUS的地址/数据分离译码，改成类似PCI的地址/数据信号线共享的译码方式，信号线数量大幅降低，工作速率由PCI总线速率同步驱动，虽然改良过的LPC接口一样维持最大传输值16MB/s，不过所需要的信号脚位数大幅降低25~30个，以LPC接口设计的Super I/O芯片、Flash芯片都能享有脚位数减少、体积微缩的好处，主板的设计也可以简化，这也就是取名LPC——Low Pin Count的原因。

PS/2接口

PS/2 (Personal System 2, 个人系统2)接口主要用于连接输入设备，而不是传输接口。所以PS2口根本没有传输速率的概念，只有扫描速率。PS/2接口设备不支持热插拔，强行带电插拔有可能烧毁主板。

RS-232接口

RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种异步传输串行物理接口标准。RS是英文―推荐标准‖的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线。一般个人计算机上会有两组RS-232 接口，分别称为COM1 和COM2。

LPT接口

打印终端(line print terminal)接口，通常称呼为LPT并口，是一种增强了的双向并行传输接口，在USB接口出现以前是扫描仪，打印机最常用的接口。其默认的中断号是IRQ7，采用25脚的DB-25接头。并口的工作模式主要有三种：1、SPP标准工作模式。SPP数据是半双工单向传输，传输速率较慢，仅为15Kbps，但应用较为广泛，一般设为默认的工作模式。2、EPP增强型工作模式。EPP采用双向半双工数据传输，其传输速率比SPP高很多，可达2Mbps，目前已有不少外设使用此工作模式。3、ECP扩充型工作模式。ECP采用双向全双工数据传输，传输速率比EPP还要高一些，但目前支持的设备少。

前端总线

前端总线的英文名字是Front Side Bus，通常用FSB表示，是将CPU连接到北桥芯片的总线。选购主板和CPU时，要注意两者搭配问题，一般来说，如果CPU不超频，那么前端总线是由CPU决定的，如果主板不支持CPU所需要的前端总线，系统就无法工作。也就是说，需要主板和CPU都支持某个前端总线，系统才能工作，只不过一个CPU默认的前端总线是唯一的，因此看一个系统的前端总线主要看CPU就可以。北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐