數位系統中各互連模組之間傳送資訊的公共通信幹線。在資訊傳送過程中,發送資訊的模組稱源模組,接收資訊的模組稱目的模組。任意一對源模組和目的模組可分時地佔用匯流排進行資訊傳送。匯流排通常由匯流排控制器、匯流排發送器、匯流排接收器和互連導線組成。

  匯流排互連導線由資料線、位址線、控制線和電源線組成。資料線傳遞需要交換的資訊;位址線指明應由哪一個模組來接收或發送資料;控制線協調和控制模組間的資訊傳輸過程;電源線用於對各模組供電。匯流排的應用範范圍很廣,對於不同的數字系統,模塊的含義不同。例如,對於分佈式處理系統、多計算機系統、單計算機系統和處理機等,一般通過總線互連的模塊分別對應於計算機、處理機、功能部件和邏輯電路,因而總線是影響計算機組織和計算機系統結構的重要因素。

  為瞭確保信息傳送的正確性,各模塊按統一的規則和約定(即傳輸協議)交換信息。對各種總線以及所連模塊的電氣性能和機械尺寸已制定有國際標準,使不同國傢、不同廠傢按特定標準生產的不同型號的總線模塊能靈活地互連在同一個系統中,使圍繞總線構成的計算機系統標準化、系列化、積木化。總線結構的優點是系統可以選用多種模塊組成,物理實現簡單,具有良好的可擴充性和可維護性,可靠性和經濟性也好,而且可以大大縮短研制周期。但是,模塊間的通信全部通過總線,會使總線上信息流堵塞。因此要求:①總線具有較高的信息流量;②各模塊盡量智能化,增強局部處理能力,減少模塊間通信;③開展總線性能評價的研究工作。在具體系統中,則應找出信息堵塞的原因,采取相應措施或限制實際允許互連的模塊數目。

  在采用總線結構的計算機中,根據應用環境、對計算機系統傳輸率的要求,以及模塊的局部處理能力和總線單位時間內可傳遞的信息量等具體情況,分別采用單總線或多總線。

  單總線 在單總線結構計算機中,處理機、存儲器、直接內存訪問通道和外設控制器等都連到同一條系統總線上 (圖1)。總線上的各模塊(如處理機)內部也可以是總線結構的,構成模塊內部總線。模塊內部總線上的一些功能部件(如微處理器)內部同樣可以是總線結構的。單總線是指單一系統總線。當總線上處理器的臺數L大於1時,單總線所連接的是多機系統。

  多總線 當通過系統總線連接的模塊較多或模塊間的信息流量較大時,為避免總線上信息流堵塞所引起的排隊和等待現象,可采用多組總線,共同承擔信息交換任務。由多總線構成的計算機系統形式繁多。圖2是一種單機多總線計算機系統,它使用一條存儲器總線和兩條輸入輸出總線。多機多總線計算機系統有多種類型。例如,有的系統用一組水平方向和一組垂直方向的縱橫交叉總線,形成由幾十臺到幾千臺計算機或微處理器構成的多指令流多數據流二維共享多總線多計算機系統,或單指令流多數據流陣列處理機。有的系統把若幹臺總線結構的微計算機連到一條“群”總線上,若幹“群”通過群間總線連接起來,構成一個層次型的多級多總線系統。這類系統的速度可望達到每秒億次運算的數量級。

  單向總線與雙向總線 總線上有兩類模塊,一類是主動模塊,如處理機和一些外圍設備控制器,它們可以主動申請占用總線。另一類是從屬(或被動)模塊,如存儲器和某些外圍設備控制器,它們不能主動申請占用總線,隻能在主動模塊申請占用總線時與主動模塊交換信息。總線中的某些信號線,如地址線隻能從主動模塊發向從屬模塊,這部分總線稱單向總線。另一些信號線,如數據線,可以由主動模塊發向從屬模塊,也可由從屬模塊發向主動模塊,這部分總線稱為雙向總線。為瞭在同一條導線上實現雙向傳送,或為瞭在同一條導線上連接多個源模塊,可采用三態邏輯電路。它們具有三個狀態:邏輯“0”電平、邏輯“1”電平和高阻態。高阻態用於保證總線與模塊間的發送門和接收門在不交換信息時處於隔離狀態。此外,還有一些總線控制信號線,如中斷請求線和總線請求線,有可能同時有多個模塊接通這些信號線。於是有開路門,允許同一條導線上的多個輸出並聯在一起。

  並聯總線與串聯總線 為使總線上各模塊能迅速交換信息,總線一般都有一定寬度,以增加信息流量。如數據線一般有8~32條,地址線有16~24條,控制線有十幾條到數十條。這稱作並聯總線。當總線成本相當昂貴時,如采用光纜或無線電信道傳送信息時,數據、地址和控制信號共用同一條通信幹線,這稱為串聯總線。

  控制方式有同步與異步控制、集中與分佈控制之分。

  同步與異步控制 在同步控制方式下,控制線中有一條時鐘線或稱主同步線,所有模塊按此時鐘速率交換信息。這樣,可以簡化通信協議,但所有模塊須按最慢模塊的速率交換信息。在異步控制方式下,由通信模塊彼此通過請求信號和應答信號進行協調以提高模塊間的信息傳輸速率。

  集中與分佈控制 為瞭使一對模塊能正確地通過總線交換信息,各模塊須按統一的協議進行通信。常見的集中控制下的異步總線,其典型協議應包括:①主動模塊通過總線請求線,向總線控制器發出請求。②若有多個模塊請求占用總線時,總線控制器的裁決邏輯通過“總線可供使用線”,讓優先權最高的模塊占用總線。③取得總線控制權的模塊通過“忙碌線”通知其他模塊不得占用總線。④主控模塊與目的模塊交換信息。⑤目的模塊通過“應答線”表明數據已收到。⑥重復④與⑤,直到信息交換完畢。⑦主控模塊通過‘忙碌線’通知總線控制器已完成傳送。總線結構的局部網常常采用分佈控制方式的串聯總線,總線上沒有統一的總線控制器進行裁決,而是由各主動模塊自已檢測出總線的“沖突“情況(即是否有其他模塊也在傳送信息)。若發生“沖突“,則通過一定的協議進行重發。在分佈式總線中,“沖突”和重發都是不可避免的。

  

參考書目

 I.H.Witten,Communicating with Microcomputers,Academic Press,London,1980.