總線技術初探

摘要總線被譽為是計算機系統的神經中樞，總線的速度對系統性能有著極大的影響，但總線技術的提升步伐要緩慢得多，原因來自于總線的復雜的內部結構和工作原理。

關鍵詞總線 信息傳輸 帶寬 位寬 工作頻率

中圖分類號:TP3文獻標識碼:A

在計算機系統中，各個功能部件都是通過總線交換數據，總線的速度對系統性能有著極大的影響。而也正因為如此，總線被譽為是計算機系統的神經中樞。它的每次變革都令計算機的面貌煥然一新。

目前與我們生活習習相關的一系列活動都無不牽涉到總線技術的應用，如我們上英特網、給親戚朋友打電話、用U盤來存儲信息等。雖然流行的總線所采取的形式不同，但它們主要的原則性思想無非就是時分系統、頻分系統、相分系統和碼分系統等。因此，我們首先從總線的基本理論來了解總線。

1 總線的定義及分類

(1)總線定義。總線是一種描述電子信號傳輸線路的結構形式，是一類信號線的集合，是子系統間傳輸信息的公共通道。①

(2)總線分類。總線分類的方式有很多，如被分為外部和內部總線、系統總線和非系統總線等等，下面是幾種最常用的分類方法。②

①從功能上來對數據總線進行劃分，可以分為地址總線(address bus)、數據總線(data bus)和控制總線(control bus)。地址總線:是專門用來傳送地址的。數據總線:是用于傳送數據信息，它又有單向傳輸和雙向傳輸數據總線之分，雙向傳輸數據總線通常采用雙向三態形式的總線。控制總線:是用于傳送控制信號和時序信號。在有的系統中，數據總線和地址總線可以在地址鎖存器控制下被共享，也即復用。

② 按傳輸方式分，總線可以被分為串行總線和并行總線。從原理來看，并行傳輸方式其實優于串行傳輸方式，但其成本上會有所增加。通俗地講，并行傳輸的通路猶如一條多車道公路，而串行傳輸則是只允許一輛汽車通過單線公路。

③按時鐘信號方式分， 按照時鐘信號是否獨立，可以分為同步總線和異步總線。同步總線的時鐘信號獨立于數據，也就是說要用一根單獨的線來作為時鐘信號線;而異步總線的時鐘信號是從數據中提取出來的，通常利用數據信號的邊沿來作為時鐘同步信號。

2 總線傳輸基本原理

依據前面對總線的定義可知總線的基本作用就是用來傳輸信號，為了各子系統的信息能有效及時的被傳送，為了不至于彼此間的信號相互干擾和避免物理空間上過于擁擠，其最好的辦法就是采用多路復用技術，③也就是說總線傳輸的基本原理就是多路復用技術。

3 總線的通信協議

總線上傳輸的一字節數據的數據幀，其總線形式是由數據線SDA和時鐘SCL構成的雙線制串行總線，并接在總線上的電路模塊即可作為發送器(主機)又可作為接收器(從機)。幀數據中除了控制碼(包括從機標識碼和訪問地址碼)與數據碼外還包括起始信號、結束信號和應答信號。④

當然不同的總線其數據位或段的定義肯定不同，但依據同樣的原理可以更快的去了解它的協議的特性和特點。

4 主要技術指標

評價總線的主要技術指標是總線的帶寬(即傳輸速率)、數據位的寬度(位寬)、工作頻率和傳輸數據的可靠性、穩定性等。

(1)帶寬(傳輸速率)、位寬和工作頻率。總線的帶寬指的是單位時間內總線上傳送的數據量，即每鈔傳送MB的最大數據傳輸率。總線的位寬指的是總線能同時傳送的二進制數據的位數，或數據總線的位數，即32位、64位等總線寬度的概念;總線的位寬越寬，數據傳輸速率越大，總線的帶寬就越寬。總線的工作時鐘頻率以MHZ為單位，它與傳輸的介質、信號的幅度大小和傳輸距離有關。總線的帶寬、位寬和工作頻率，這三者密切相關。

(2)傳輸數據的可靠性。為了提高總線的可靠性，通常采用的措施有: ① 采用數據幀發送前發送器對總線進行偵聽，只有偵聽到總線處于空閑狀態下時才可向總線傳送數據幀，這樣避免了不同節點的數據沖突。② 采用雙絞線差分信號來傳送數據，以降低單線的電壓升降幅度，減小信號的邊沿產生的高次諧波。增加匹配電阻和電容等來減少總線上信號的發射和平衡總線上的分布電容等。③ 采用合適的網絡拓撲結構和屏蔽技術等來減少受其他信號的干擾。還有就是在軟件上通過數字濾波、數據校驗糾錯等措施來提高數據傳輸的可靠性。

5 結束語

隨著網絡信息的發展，特別是對于成本和空間而言，總線傳輸替代點對點傳輸是目前發展的熱點，它的出現將給信息傳輸上提供最大的方便和最有效的技術解決方案。我們期待總線技術的不斷發展，為計算機技術革新奠定基礎。

注釋

①戴梅萼等.微型計算機技術及應用[M].清華大學出版社，2008.

②雷航.現代處理器及總線技術[M].國防工業出版社，2006.

③吳麗征.計算機網絡技術[M].上好交通大學出版社，2008.

④張志偉，張靈，王愛樂.I2C總線原理及其通信的初步實現[J].機械管理開發， 2004(2):22～23.