计算机系统中的总线结构与仲裁机制

"本文主要介绍了计算机系统中的总线概念，包括总线的定义、层次结构、总线仲裁机制以及总线标准的相关知识。" 在计算机系统中，总线扮演着至关重要的角色，它是连接不同模块间进行信息传输的公共通道。总线不仅仅是一组物理线路，还包含了管理数据传输的一系列规则，即总线协议。总线可以被视为一个独立的功能组件，通常由数据线、地址线、控制信号、电源线和地线等组成，有时还包括备用线，以应对各种不同的传输需求。 总线按照层次结构可以分为三类： 1. 片总线（Chip Bus）或元件级总线，主要用于连接不同芯片形成特定功能模块，如CPU模块。 2. 内总线（Internal Bus）或系统总线、板级总线，负责微机系统内部各个插件，如CPU、存储器和I/O接口间的通信。 3. 外总线（External Bus）或通信总线，用于微机系统间的通信，或者微机系统与其他设备（如仪器、仪表）的连接，常见的外总线标准有EIARS-232C、IEEE-488、SCSI、USB等。 总线仲裁是解决多个模块同时请求使用总线时的冲突问题。当多个具有总线控制能力的模块同时请求总线时，总线仲裁器会根据一定的策略决定哪个模块优先获得总线使用权。仲裁方式主要有串行仲裁和并行仲裁两种。串行仲裁中，模块的优先权与其在串行链中的位置有关，而并行仲裁则通过优先权编码器和译码器来确定最高优先级的模块。 总线标准是确保不同硬件设备能够互相兼容和通信的重要规范。它包括机械特性（如模块尺寸、接口规格）、电气特性（如信号电平、噪声容限）、功能特性（定义信号名称和功能）以及规程特性（描述信号操作顺序和时序）。历史上出现过多种总线标准，如Intel MultiBus、Zilog Z-Bus、IBM PC/XT总线、IBM PC/AT总线、ISA总线、EISA总线等，这些标准随着技术发展不断演进，推动了计算机系统的互联和扩展能力。