一、总线的特性及其应用
总线是计算机体系结构的重要组成部分，通过它可以将计算机系统中各个功能部件连接起来，构成一个完整的系统。总线的作用有以下6点：
①、是各功能部件间传递各类信息的通道；
②、是系统中各部件间的物理接口，能够减少各部件通信的复杂程度；
③、提供信息交换时所需的数据、地址、时序和控制信息；
④、提供一个共同遵循的协议或标准；
⑤、方便计算机系统的集成、扩展和进化，同时不应成为整个计算机性能的瓶颈；
总线分类的方式有很多，如果按照用途可以分为3类：
①、存储总线：短距离高速总线，与存储器的特性相匹配，尽最大可能提高处理器与存储器之间的数据带宽，针对Cache块数据传输进行性能优化；
②、系统总线：又称内部总线或板级总线，是计算机系统中最重要的总线，也是连接存储总线和I/O总线的中间总线；
③、I/O总线：通常连接距离较远、速度相对较慢，用于连接多种外部设备同时与系统总线或存储总线连接；
如果按照位置的不同，也可以分为3类：
①、外部总线：USB、火线（IEEE-1394）等；
②、内部总线：PCI、AGP等；
③、片内总线：AMBA；
1.1、总线的组成
二、总线的性能和总线事务
2.1、总线的性能参数
①、总线频率（f）：类比高速公路的车速，通常单位是MHz；
②、总线宽度（w）：类比高速公路的车道数量，单位是bit(位)，是微型计算机的一个重要指标，通常与处理器的字长相一致，32bit的cpu，总线宽度就是32；
③、总线传输速率（BW）：类比高速公路单位时间内的车流量，单位是MB/S，总线传输速率=(总线宽度÷8位)x总线频率，用字母表示：BW=(w÷8)×f；
2.2、总线的其他参数指标
2.3、总线事务
从请求总线到完成总线使用的操作序列称为总线事务(Bus Transaction)，它是在一个总线周期中发生的一系列活动。典型的总线事务包括：请求操作、裁决操作、地址传输、数据传输和总线释放。
2.4、总线在主设备和从设备的传输过程
主设备一般包括CPU、DMA控制器等，从设备一般包括主存、硬盘等，总线完成一次传输一般会经过以下4个阶段：
①、申请与仲裁阶段；
②、寻址阶段；
③、传输阶段；
④、结束阶段；
2.5、总线常见的操作
①、读操作（Read）
②、写操作（Write ）
③、读修改写操作（Read-modify-Write）
④、写后读操作（Read-after-Write）
⑤、块操作（Block）等
三、总线连接方式
总线连接方式分为单级总线结构、双级总线结构、多级总线结构
3.1、单级总线结构（没有单独的I/O指令）
通过一条总线将cpu、存储器以及输入输出设备连接起来，这样的总线结构称为单级总线结构，如下：
单级总线结构有以下4个特点：
①、访问存储器和访问外设指令相同，由地址来区分；
②、总线简单，使用灵活，易于扩展；
③、任意两设备之间理论上都可以直接交换信息；
④、所有设备分时工作（单个时间周期内，只有一个主设备能获得总线控制权），仅适用于慢速的计算机系统中。
3.1.1、单级总线结构示例
AHB总线或ASB总线就是系统总线，AHB总线或ASB总线通过总线桥连接到APB总线，APB总线就是连接IO设备的总线
3.2、双级总线结构（有单独的I/O指令）
在单级总线的结构基础上，在cpu和内存之间再增加一条总线（存储器总线或内存总线，标题一种并没有内存总线的分类，此处需要继续考证），专门用于cpu和内存进行数据交换，如下：
双级总线结构有以下3个特点：
①、由于外设和内存分处于不同的总线，需要增加I/O指令；
②、存储总线的增加减轻了系统总线的负担，提高了并行性；
③、仍然保持了单总线结构的系统简单、易于扩充的优点；
双级总线又可以分为2种：
①、内存即连接系统总线又连接cpu的双级总线结构，该结构成本较高；
②、内存不连接IO总线（此处不再使用系统总线），只连接cpu的双极总线结构，该结构成本较低；
3.3、多级总线结构（有单独的I/O指令）
cpu和存储器通过内存总线连接，系统总线不再连接输入和输出设备，而是通过总线桥将它连接到另外一个I/O总线，然后在I/O总线连接输入输出设备，如下：
多级总线结构有以下2个特点：
①、在双级总线结构的基础上增加I/O总线构成；
②、并行性进一步提高，并可以通过增加通道或I/O处理机来分担部分CPU的I/O功能，但是总线结构得越来越复杂。
3.3.1、总线桥
3.3.2、多级总线结构示例
北桥将第一级总线（微处理器总线）转换为第二级总线（PCI总线，也叫系统总线），南桥将第二级总线转换到第三级总线（IO总线），从而连接输入输出设备。
3.4、总线结构对计算机系统性能的影响
四、总线的仲裁和数据传输方式
由于同一时刻只能有一个设备占用总线，当计算机系统中只有一个主设备的时候，不存在仲裁问题，当计算机系统中有2个或2个以上主设备的时候，需要进行仲裁。
4.1、菊花链式串行总线仲裁
当总线总有2个主设备时，通过3条线与cpu进行连接，其中一条线称为总线请求线（当主设备需要获得总线控制权时，通过总线请求线向cpu提出申请），另外一条线表名总线是否处于忙碌状态（总线被其它设备占用时，总线忙信号会有效，只有总线忙信号无效时，主设备才能够提出总线请求），最后一条线是应答信号线，应答信号首先将应答信号给到第1个主设备，如果第1个主设备收到应答信号后，这个主设备提出了总线请求，就可以获得总线控制权，同时将总线忙信号设为有效，从而获得总线的控制，完成数据传输；只有当第1个主设备没有提出了总线请求时，才会将应答信号传递给下一个主设备。
4.2、集中并行总线仲裁
每个主备都有总线请求，总线应答，总线忙信号，这些信号连接到一个统一的总线仲裁逻辑控制电路。实现方式比较复杂
4.2.1、集中并行总线仲裁的仲裁策略
①、固定优先级总线仲裁：类似于串行总线仲裁方式，即前面的总线连接电路构成一个优先级电路，决定了主设备提出总线仲裁以后能够获得总线控制权的一个优先级，这个优先级是固定的；
②、轮叫式总线仲裁(Round Robin )：一旦一个总线获得过一次总线控制权以后，这个总线的优先级就会降低为最低，以此类推，保证每个设备都可以获得总线的控制机会；
③、LRG总线仲裁(Least Recently Granted）：最近获得总线控制权的设备，优先级最高，最近获得总线控制权越少的设备，优先级最低；
④、混合式总线仲裁：混合①、②、③、，不同设备采用不同的仲裁方式；
4.3、总线时序
4.3.1、同步定时
比如上图中，第一个时钟周期T1会在主设备上送出地址信息，在第二个时钟周期T2如果需要写数据的话，会在该时钟周期给出写的控制信号以及写数据，在第三个时钟周期T3如果需要读数据的话，会在该时钟周期给出读的控制信号以及读数据，在每个时钟周期内，都会准备好对应的地址。优缺点如下：
4.3.2、异步定时
比如上图中，第一个阶段把地址送出去，第二个阶段可以是读数据或者是写数据，送数据或者读数据通过握手信号实现，对于读操作，首先读的控制信号有效，此时，从设备会把读的信号送上总线，同时标明，现在有数据送出来了，主设备收到读的数据后，会撤销这个有效信号，同时，从设备撤销读的控制信号，经过以上2次交换以后，数据读操作数据传输完毕。写操作相同。优缺点如下：
4.3.3、半同步定时
综合同步定时和异步定时
如上图所示，第一个时钟周期内送出地址，按照同步定时，第二个时钟周期内，就应该写出数据，或者在第三个时钟周期内得到读的数据，但是由于从设备比较慢，或者没有准备好，等待了2个时钟周期后，才写出数据或者读数据，这个等待的时钟周期只要时公共时钟周期的整数倍即可，不一定为2个时钟周期，此处仅仅为举例。
4.4、数据传输方式
数据传输方式有3中：①、并行传送；②、串行传送；③、串并传送；
4.4.1、并行传送
4.4.2、串行传送
4.4.3、串行传送
