匯流排

匯流排

匯流排（Bus）是電腦系統中各部件之間傳輸數據的公共通道，由導線組成的傳輸線束。它允許連接在匯流排上的所有設備互相通信，實現數據、地址和控制信號的傳輸。

按功能分類

• 數據匯流排（Data Bus）：負責在系統部件間傳輸實際數據

• 地址匯流排（Address Bus）：用於指定數據存儲或讀取的物理地址

• 控制匯流排（Control Bus）：傳輸時序和控制信號，協調系統操作

按位置分類

• 內部匯流排（Internal Bus）：也稱系統匯流排，連接CPU與主記憶體等核心部件

• 外部匯流排（External Bus）：也稱擴展匯流排，連接外部設備如硬碟、顯示卡等

• 局部匯流排（Local Bus）：介於內部與外部匯流排之間，如PCI匯流排

• 匯流排頻寬：單位時間內可傳輸的數據量（單位：MB/s或GB/s）

• 匯流排位寬：同時傳輸的二進位位數（如32位、64位）

• 工作頻率：匯流排時鐘信號的頻率（單位：MHz或GHz）

• 傳輸類型：同步傳輸或非同步傳輸

• 信號類型：單端信號或差分信號

系統匯流排

• FSB（Front Side Bus）：傳統CPU與北橋晶片連接的匯流排

• QPI（QuickPath Interconnect）：Intel的高性能點對點連接技術

• HyperTransport：AMD開發的高速點對點匯流排技術

擴展匯流排

• PCI（Peripheral Component Interconnect）：廣泛使用的擴展匯流排標準

• PCI Express（PCIe）：新一代串行點對點高頻寬匯流排

• AGP（Accelerated Graphics Port）：專為圖形卡設計的匯流排

外部設備匯流排

• USB（Universal Serial Bus）：通用串行匯流排標準

• SATA（Serial ATA）：串行硬碟接口標準

• SCSI（Small Computer System Interface）：高性能並行接口

為了解決多個設備同時請求使用匯流排的衝突，系統採用以下仲裁方式：

• 集中式仲裁：由專門的仲裁器決定匯流排使用權

• 分布式仲裁：各設備共同參與仲裁決策

• 優先級仲裁：根據設備優先級分配使用權

• 輪詢仲裁：按固定順序輪流分配使用權

• 早期階段：簡單的並行匯流排，如ISA（8位/16位）

• 性能提升階段：EISA、VESA等32位匯流排出現

• 高速串行階段：PCIe、USB等串行匯流排成為主流

• 未來趨勢：光匯流排、無線匯流排等新技術發展

• 實現CPU與存儲器、I/O設備之間的數據交換

• 簡化系統結構，提高擴展性

• 決定系統整體性能的關鍵因素之一

• 影響系統的穩定性與兼容性

• 信號完整性問題：高速傳輸下的信號衰減和干擾

• 時序同步難題：確保多設備間的準確時序協調

• 功耗與散熱：高頻率運作帶來的能源消耗

• 兼容性要求：新舊標準的過渡與共存

• CAN匯流排：廣泛用於汽車電子系統的現場匯流排

• I²C匯流排：用於嵌入式系統的簡單雙線串行匯流排

• SPI匯流排：同步串行外設接口匯流排

• Modbus：工業領域常用的通信協議匯流排

• 流水線操作：重疊多個傳輸操作提高吞吐量

• 突發傳輸模式：連續地址數據的批量傳輸

• 多通道技術：如PCIe的x1/x4/x8/x16通道配置

• 預取技術：提前讀取可能需要的數據