总线（Bus），是一组为各功能部件之间进行信息传送的公共线路。
总线的特性：
- 机械特性（物理特性）：尺寸、形状、引脚数、排列顺序。
- 电气特性：每根信号线上的信号传输方向、表示信号有效的电平范围。
- 功能特性：每根信号线的功能。例如：地址总线表示地址码，数据总线表示传输的数据，控制总线表示总线上操作的命令和状态等。
- 时间特性（逻辑特性）：每根信号线上的信号什么时候有效，信号的时序关系。
总线的分类：
系统总线是通常意义上所说的总线。系统总线包括地址总线、数据总线、控制总线。
有些系统，地址总线和数据总线是复用的，即总线上的信号某一时刻表示地址另一时刻表示数据。
总线的性能指标：
总线宽度：又称总线位宽。总线上能同时传输的数据位数。通常与数据总线的根数相同。
总线周期：又称总线的传输周期。一次总线操作所需的时间。也就是通过总线传输 一组数据所需的时间。
通常总线周期由若干个总线时钟周期构成。有时1个总线周期是1个总线时钟周期，有时1个总线时钟周期包含多个总线周期。
总线周期包括申请阶段（请求和仲裁）、寻址阶段、传输阶段、结束阶段。
- 申请阶段（请求和仲裁）：设备发出申请信号，经总线仲裁机构决定哪个设备获得总线使用权。
- 寻址阶段：主设备通过总线发出从设备的地址和相应的命令，启动从设备。
- 传输阶段：主设备和从设备之间进行数据传送。
- 结束阶段：主设备的有关信息全部从总线上撤销，让出总线使用权。
主设备：获得总线控制权的设备。
从设备：被主设备访问的设备。只能响应主设备发来的总线命令。
总线时钟周期：机器的时钟周期。即CPU的时钟部件发出节拍信号，1个节拍信号就是1个时钟周期。现在的计算机，总线时钟周期可能由桥接器提供。
总线工作频率：单位时间的传输率（一秒传送多少次数据）。是总线周期的倒数。
总线时钟频率：一秒有多少时钟周期。是总线时钟周期的倒数。
总线带宽：又称总线的数据传输率。即单位时间总线传输的数据位数（每秒总线上传输多少字节）。单位：字节/秒（B/s）
总线带宽 = 总线工作频率 * 总线宽度 = 总线宽度 / 总线周期
信号线数：地址总线、数据总线、控制总线这3种线 数量的和。
系统总线的结构：
| 单总线结构 | 双总线结构 | 三总线结构 | 四总线结构 |
|---|---|---|---|
| 一组总线 | 两组总线 | 三组总线 | 四组总线 |
| 系统总线 | 主存总线，I/O总线 | 主存总线，I/O总线，DMA总线（Direct Memory Access） | CPU总线、系统总线、高速总线，扩充总线 |
| 需要硬件：通道 | 需要设备：桥接器 | ||
| CPU、主存、I/O设备都通过一组系统总线交换数据。 | 通道对I/O设备统一管理，通道程序存放在内存中。 支持突发（猝发）传送即送出一个地址，收到多个地址连续的数据。 | 高速外设通过DMA总线直接与主存交换数据。 | 桥接器用于连接不同的总线，具有数据缓冲、转换、控制功能。 |
| 结构简单，成本低。但带宽低，负载重，不支持并行传送。 | 缓和CPU和I/O设备之间的速度矛盾。但需增加通道等硬件设备。 | 缓和CPU和高速外设（磁盘）之间的速度矛盾。I/O设备对CPU的响应更快，提高系统吞吐量。但系统工作效率低（因同一时刻只有一个总线工作） | 现代计算机更常使用。 越靠近CPU的总线速度越快。 |
 |  |  |  |
总线仲裁：
总线仲裁：同一时间只能一组设备（2个）之间使用总线进行数据传送，多个设备同时需要使用总线，通过某种方式选择某一个主设备获得总线控制权，从而进行数据传送。
总线总裁的方式：集中仲裁方式（链式查询方式、计数器查询方式、独立请求方式），分布仲裁方式。
总线定时：
总线定时：是一种协议或规则，通过总线完成两个设备之间的数据传送需要时间上的配合。
（1）同步通信（同步定时方式）：由统一的时钟信号控制数据传送。固定的时间间隔，总线周期的时间相同。
（2）异步通信（异步定时方式）：没有统一的时钟控制，主设备和从设备之间采用应答方式。
- 不互锁：主设备发出“请求”信号，不必等到从设备的“回答”信号，过段时间自动撤销“请求”信号。从设备接收“请求”信号后，发出“回答”信号，过段时间自动撤销“回答”信号。
- 半互锁：主设备发出“请求”信号，必须等到从设备的“回答”信号，再撤销“请求”信号。从设备接收“请求”信号后，发出“回答”信号，过段时间自动撤销“回答”信号。
- 全互锁：主设备发出“请求”信号，必须等到从设备的“回答”信号，再撤销“请求”信号。从设备接收“请求”信号后，发出“回答”信号，必须等到主设备已经撤销“请求”信号，才撤销“回答”信号。
（3）半同步通信：同步、异步结合。统一时钟的基础上，增加“等待”信号。
（4）分离式通信：主设备申请使用总线，使用完让出总线使用权。从设备申请使用总线，将数据传送到总线。从设备准备数据的时候不需要使用总线，让给其他设备使用总线。提高总线利用率。
总线标准：
总线标准是国际上公布或推荐的互连各个模块的标准，是把不同模块组成计算机系统时必须遵守的规范。保证计算机系统的可维护性和可扩充性。按照总线标准设计的接口可以视为通用接口。
| ISA | Industry Standard Architecture | 1984年 | 系统总线 | 并行 | 不支持总线仲裁 |
|---|---|---|---|---|---|
| EISA | Extended ISA | 1988年 | 系统总线 | 并行 | 在ISA基础上增加位宽 |
| FSB，QPI | Front Side Bus， QuickPath Interconnect（multi-FSB） | 系统总线 | 串行 | FSB连接CPU与北桥芯片。 QPI用来芯片之间的直接互联，矛头直指AMD的HT总线。 | |
| VESA | Video Electronics Standard Architecture | 1991年 | 局部总线 | 并行 | 用于传输图像。连接高速网卡、显卡等。 受CPU的控制。 |
| PCI | Peripheral Component Interconnect | 1992年 | 局部总线 | 并行 | 连接显卡、声卡、网卡等。 支持即插即用，支持突发传送。 不依附于某个独立处理器，独立于CPU主频。 |
| AGP | Accelerated Graphics Port | 1996年 | 局部总线 | 并行 | 基于PCI 2.1版。 连接主存、显卡。 |
| PCI-E | PCI-Express | 2001年 | 局部总线 | 串行 | 不支持总线仲裁。支持双向传送，可运行全双工模式，支持热拔插。 |
| RS-232C | Recommended Standard | 1970年 | 通信总线 | 串行 | 连接极慢速的电传打印机。 |
| SCSI | Small Computer System Interface | 1986年 | 通信总线 | 并行 | 连接硬盘、打印机、扫描仪等。 |
| PCMCI | Personal Computer Memory Card International Association | 1991年 | 通信总线 | 并行 | 连接便携设备。连接外部存储卡，增强个人电脑的信息交换。 |
| USB | Universal Serial Bus | 1996年 | 通信总线 | 串行 | 设备和设备控制器之间的接口。支持热拔插、即插即用。USB集线器可链式连接127个外设。 采用“差模信号”传送1/0。每次只能传送1bit数据。 |
| IDE（ATA） | Integrated Drive Electronics （PATA：Parallel ATA） | 1986年 | 通信总线 | 并行 | 连接硬盘、光驱等。 |
| SATA | Serial ATA | 2001年 | 通信总线 | 串行 | 连接硬盘、光驱等。 |
