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1、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
2、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
3、。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
4、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
5、 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 Int
6、egrated 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
7、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 S
8、MBus 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
9、、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 7.1598.33MHz，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
10、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 2530 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 LPCLow 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 I
11、ndustry 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，
12、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
13、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、显卡等数据吞吐量最大的部件，并和南桥芯片连接。CPU 就是通过前端总线（FSB）连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。前端总线是 CPU和外界交换数据的最主要通道，因此前端总线的数据传输能力对计算机整体性能作用很大，如果没足够快的前端总线，再强的 CPU 也不能明显提高计算机整体速度。数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据带宽（总线频率数据位宽）8 。下图为 FS
14、B 示意图。PCI 总线Intel 公司首先提出了 PCI 的概念，并联合IBM、Compaq 、AST、HP 、DEC 等 100 多家公司成立了 PCI 集团，其英文全称为：Peripheral Component Interconnect Special InterestGroup(外围部件互连专业组 )，简称 PCISIG。PCI 是一种先进的局部总线，已成为局部总线的新标准。最早提出的 PCI 总线工作在 33MHz 频率之下，传输带宽达到132MB/s(33MHz * 32bit/8)，基本上满足了当时处理器的发展需要。随着对更高性能的要求，后来又提出把 PCI 总线的频率提升到
15、66MHz，传输带宽能达到 264MB/s。 1993 年又提出了 64bit 的 PCI 总线，称为 PCI-X，目前广泛采用的是 32-bit、 33MHz 或者 32-bit、66MHz 的 PCI 总线，64bit 的 PCI-X 插槽更多是应用于服务器产品。和 PCIE 总线一样，它用来外接扩展板卡，支持即插即用 （plug and play）。但和 PCIE 不同，PCI 允许多路复用技术（分时复用），即允许一个以上的电子信号同时存在于总线之上，但相对 PCIE，它的带宽和速度比较慢。PCI 总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。从结构上看，PCI是在 CPU 和原来的系统总
16、线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号缓冲，使之能支持 10 种外设，并能在高时钟频率下保持高性能。PCI 总线也支持总线主控技术，允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传送。PCI 总线支持 10 台外设 ,总线时钟频率 33.3MHz/66MHz，最大数据传输速率133MB/s，时钟同步方式 ，与 CPU 及时钟频率无关 ，总线宽度 32 位（5V ） /64 位（3.3V ），能自动识别外设 ，特别适合与 Intel 的 CPU 协同工作；具有与处理器和存储器子系统完全并行操作的能力，具有隐含的中央仲裁系统，采用多路复用方式（地址线和数据线）减少了引脚数，支持 64 位寻址，完全的多总线主控能力，提供地址和数据的奇偶校验，可以转换 5V 和 3.3V 的信号环境。PCI-E 总线PCI Express 是新一代的总线接口。早在 2001 年的春季，英特尔公司就提出了要用新一代的技术取代 PCI 总线和多种芯片的内部连接
