7.3-总线的链接方式

单级总线结构

通过一条总线将计算机的存储器，CPU以及输入输出设备全部通过一条总线链接起来，也称为系统总线

1. 如何在一条总线上区分不同的设备，简单的方式可以通过地址来区分，由于都在一条线上我们只需要给出地址就能够访问响应的部件，因此我们可以用相同的指令去访问存储器和外部设备
2. 总线简单，使用灵活，易于扩展，增加设备只需要把符合总线接口的设备链接到总线上面就可以进行扩展了
3. 任意两个设备之间理论上都可以直接交换信息，任何设备都可以作为主设备，可以占用总线，可以和任何一个设备进行信息交换
4. 所有设备分时工作，仅适用慢速的计算机系统

双极总线结构

1. 我们可以在CPU和存储器之间在增加一条总线就是存储器总线或者内存总线，这样CPU和内存进行信息交换的时候就使用一条专门的总线不需要使用所有设备使用的系统总线，由于两条总线的存在就会面临存储器只有一个地址，链接存储器的有两条中线，CPU到底使用哪条总线访问存储器，需要增加专门的IO指令，如果时存储器访问用专门的内存总线，如果时输入输出使用系统总线通过指令区分
2. 由于两条总线的存在减轻了系统总线的负担，提高了并行提高效率
3. 仍然保持了单总线结构的系统简单，易于扩充的优点
4. 右侧图片的链接取消了内存和系统总线的链接直接通过内存总线链接CPU，将系统总线换成了IO总线这样做的好处可以大大降低整个计算机系统的成本，缺点是所有输入输出的交换都经由CPU来进行

多级总线结构

1. CPU和存储器通过内存总线链接，在系统总线上链接的没有输入输出设备而是通过一个部件链接到另外一个总线这个部件叫做总线桥，将系统总线转换到IO总线上，然后再IO总线上链接输入输出设备，从而看到IO总线，系统总线，内存总线三级结构
2. 并行性进一步提高，IO较慢的数据可以进行打包在较高的系统总线上传递发送到IO通道提高传输效率，而且可以将桥替换为能够输入输出处理的通道或者交IO处理机，但是三总线机构带来了计算机的复杂性

总线中桥的概念

数据之间的转换需要用到桥，总桥线：是不同速率总线之间的链接器件，起到信号速度缓冲，电平转换，控制协议转换等作用

多级总线典型结构示例

（1）PC机总线结构

第一级总线是未处理总线就是内存总线通过它处理器链接了存储器，另外总线上面链接了一个桥我们称为北桥，因为在主板相对来说的背面，北桥起到将低级总线转换到第二级总线，第二级总线也称为PCI总线就是我们前面说的系统总线，在第二个总线上面又链接了一个桥称为南桥在主板的靠南侧，南桥将PCI总线转换到IO总线上就是第三级总线从而链接输入输出设备

单级总线典型结构示意图

1. ARM处理器总线结构

一条主总线AHB总线或者ASB总线类比于内存总线或者系统总线，链接之后通过总线桥将AHB或者ASB转换为APB总线就是IO总线通过APB再链接我们的输入输出设备。所以单极总线结构不一定只有一条总线，同多级总线区别是看指令里面有没有IO指令，如果有是双级或多级总线，如果没有就是单极 总线

总线结构对计算机性能影响

1. 对最大存储容量的影响：因为单级结构处理器链接的存储器，输入输出设备共享一个地址空间，因为设备链接总线是根据地址区分的，比如设备1链接总线后需要分配一个地址空间，设备2也是，这个地址空间是共享的有限的，如果输入输出设备的地址空间分配之后就会占用存储器的地址空间。双级总线和多总线结构没有这个问题，由于存储器是单独编址的，因此不会对最大存储器的容量产生影响
2. 对指令系统的影响：在双级和多级总线之间需要增加IO指令
3. 吞吐量影响：单总线吞吐量小，多级总线吞吐量大，双总线吞吐量居中