4.1.3　总线的连接方式

大多数总线都是以相同方式构成的，然而，总线的排列布置、总线与其他各类部件的连接方式，对计算机系统性能而言则显得尤其重要。根据连接方式的不同，单机系统中采用的总线结构可分成三种基本类型：单总线结构、双总线结构、三总线结构。

1.单总线结构

在许多早期单处理器的计算机中，使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备，称为单总线结构，如图4-3所示。

图4-3　单总线结构

在单总线结构中，要求连接到总线上的逻辑部件都必须高速运行，以便在某些设备需要使用总线时能够迅速获得总线控制权，当不再使用总线时也能迅速放弃总线控制权。否则，由于一条总线由多个功能部件共用，有可能导致很大的时间延迟。

在单总线结构中，当CPU取一条指令时，首先把程序计数器PC中的地址同控制信息一起送至总线上。该地址不仅送至主存，同时也送至总线上的所有外围设备，然而只有与总线上的地址相对应的设备才执行数据传送操作，在取指令情况下的地址是主存地址。因此该地址所指定的主存单元中的指令被传送给CPU，CPU检查指令中的操作码，确定对数据执行什么操作，以及数据是流进还是流出CPU。

在单总线系统中，对输入/输出设备的操作与主存的操作完全一样。当CPU把指令的地址字段送到总线上时，如果该地址字段对应的地址是主存地址，则主存予以响应，从而在CPU和主存之间发生数据传送，数据传送的方向由指令操作码决定；如果该地址字段对应的地址是外围设备地址，则外围设备予以响应，从而在CPU和对应的外围设备之间发生数据传送，数据传送的方向也由指令操作码决定。

单总线结构的优点在于结构简单，成本低廉，并且容易扩展成多CPU系统，只要在系统总线上挂接多个CPU即可。但是，在单总线结构中，由于所有逻辑部件都挂在同一个总线上，因此总线只能分时工作，即某一个时间只能允许一对部件之间传送数据，这就使信息传送的吞吐量受到限制，因此会导致系统运行效率低下。

2.双总线结构

图4-4所示为双总线系统结构，这种结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点，但又在CPU和主存之间专门设置了一组高速的处理机总线，使CPU可通过专用的高速总线与存储器交换信息，以减轻系统总线的负担，同时仍可通过扩展总线与外设进行数据交换，而不必经过CPU。当然，这种双总线系统是以增加硬件为代价的。

3.三总线结构

图4-5所示为三总线系统结构。三总线结构是在双总线系统的基础上增加I/O总线形成的，指在计算机中配置3组总线，即在处理机总线上通过一块被称为PCI（Peripheral Component Interconnect bus，外部组件互连总线）桥的控制线路，提供出一组高性能的局部总线，称为PCI总线，而把原来的ISA（Industry Standard Architecture，工业标准体系结构）总线和EISA（Extended Industry Standard Architecture，扩展工业标准结构）总线从处理机总线上断开，并通过I/O控制线路连接到PCI总线上。把一些慢速的输入/输出设备接到EISA（ISA）总线上。可以看出，三总线结构能够使整个系统的工作效率大大提高，然而，这是以增加更多的硬件为代价的。

图4-5　三总线结构