总线(Bus)是计算机各个组件之间传输数据和信号的通道。在计算机体系结构中,各种处理器、内存、I/O设备等组件,通过不同的总线彼此相连,形成完整的计算机系统。总线不仅决定了计算机系统的性能,还影响着计算机体系结构的结构设计、工作原理以及连接方式等。
计算机总线通常由导线、PCB线路、插头、插座、接头、芯片等元件组成,按照传输数据的位数和信号复杂程度的不同,分为8位总线、16位总线、32位总线、64位总线等。总线还可以按照传输数据和控制信号的类型和特征进行分类,如地址总线、数据总线、控制总线、同步总线、异步总线等,这里我们只介绍最常用的地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线可以理解为计算机内存的“门牌号”,它用于指定内存单元的地址。地址总线的位数决定了计算机内存的寻址范围,比如主流PC机中32位CPU可以访问4GB的物理内存。CPU通过地址总线将地址信号送到内存中,内存根据地址信号找到相应的存储单元,将对应的数据送回给CPU。地址总线是单向传输的,也就是说,CPU发送地址信号到内存,而内存只能回应数据,不会改变地址总线上的信号。
数据总线用于传输数据,即CPU要从内存中读取或写入的数据。数据总线的位数决定了CPU和内存之间每次传输的数据量大小,比如32位的数据总线一次可以传输32位或4字节的数据。数据总线也是双向传输的,CPU可以将数据发送到内存,也可以从内存读取数据。同样需要注意的是,地址总线和数据总线都是传输二进制数值的总线,CPU和内存要通过协议来识别和解释每一个二进制值所代表的实际含义。
控制总线用于传输各种控制信号,在整个计算机系统中起着重要的作用。控制总线用于指导CPU、内存和I/O设备的工作方式,例如是读取数据、写入数据还是执行指令等。控制总线决定了计算机系统的工作状态和运行规则,是计算机系统体系结构中非常重要的部分。