什么是前端总线，后端总线，内部总线、系统总线，外部总线，地址总线，数据总线，控制总线

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部分内容来自于电子发烧友内部总线、系统总线和外部总线汇总
部分内容来自于知乎前端总线，系统总线，内部总线，外部总线

本文是在两篇文章的基础上进行了二次加工，对两篇文章的精华内容进行了提炼，删掉了对理解主题不重要的，或已经过时的内容。并且为了更好的理解，自己又加了一些文字和图片。

说在前面的话

对于这样的概念不需要太过于纠结，看完以后心中有个大体的把握即可，因为概念性的东西没有标准答案，而且国内外各种资料相互“打架”，众说纷纭，造成现在这样一种概念混乱的局面。重要的是知道了这些概念之后，在以后的实际解决问题中，头脑能比较清楚就行。

好了，正文开始

什么是前端总线，内部总线、系统总线和外部总线？

首先把这个问题仅限于x86平台。其他cpu架构不见得是这么分。并且仅限于2000-2009年范围。这些概念也许只有DIYer圈知道。近几年intel的动作频频，把南北桥都要合并了。这个问题，再过几年也许就没意义了。
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2009年，英特尔和AMD已采用单芯片组技术，取代原有的南桥／北桥方案。Intel平台北桥被内置到CPU中。还有一些处理器，比如Intel超低压CPU、Intel Xeon D等Intel CPU已经内置南桥。

什么是总线

总线（Bus）是供多个部件分时共享的公共信息传送线路，一个系统的总线结构决定了该计算机系统的数据通路及系统结构。如今，几乎所有的计算机系统中都采用了总线结构。

在微型计算机中，总线以及所连接的部件都安放在主板（Main Board）上。计算机在运
行中对于系统内的部件和外部设备的控制都通过主板实现，主板的组成与布局也影响着系
统的运行速度、稳定性和可扩展性。

从另一个角度来看，如果说主板（Mother Board）是一座城市，那么总线就像是城市里的公共汽车（bus），能按照固定行车路线，传输来回不停运作的比特（bit）。这些线路在同一时间内都仅能负责传输一个比特。因此，必须同时采用多条线路才能发送更多数据，而总线可同时传输的数据数就称为宽度（width），以比特为单位，总线宽度愈大，传输性能就愈佳。

总结：个人感觉总线就是为了主板上各种东西的通信，建立的一些逻辑电路。

总线的分类

总线应用很广，形态多样，从不同的角度可以有不同的分类方法。下面列举几种。

1.按照总线传递的信号性质分类

按照总线传递的信号性质，可将其分为 3 种。
（1）地址总线（Address Bus，AB），用来传递地址信息。
（2）数据总线（Data Bus，DB），用来传递数据信息。
（3）控制总线（Control Bus，CB），用来传递各种控制信号。

2.按照总线所处的位置分类

按照总线所处的位置分为机内总线和机外总线。

机内总线分为片内总线和片外总线。片内总线指 CPU 芯片内部用于在寄存器、ALU 以及控制部件之间传输信号的总线；片外总线指 CPU 芯片之外，用于连接 CPU、内存以及 I/O设备的总线。

机外总线指与外围设备接口的总线，实际上是一种外设的接口标准。目前在微型计算机上流行的接口标准有 IDE、SCSI、USB 和 IEEE 1394 等。

3. 按照总线在系统中连接的主要部件分类

按照总线在系统中连接的主要部件，可以将总线分为 5 种。
（1）存储总线：连接存储器。
（2）DMA 总线：连接 DMA 控制器。
（3）系统总线：连接 I/O 通道总线和各扩展槽。
（4）I/O（设备）总线：连接外部设备控制芯片。
（5）局部总线：通常是一种实现高速数据传送的高性能总线，用来在高度集成的外设控制器器件,扩展板和处理器/存储器系统之间提供一种内部连接机制。

4. 按照总线传输的数据单位分类

按照总线传输的数据单位分为串行总线和并行总线。图 3.2 为两者示意图。
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（1）串行总线按位进行传输，每次传输一个位的数据。
（2）并行数据每次传输多位，通常有 8b、16b、32b 和 64b 等几种。所以，并行传输除了控制信号、电源等之外，要传输多少位数据，就需要多少根数据线。

5. 按照发送端与接收端有无共同的时钟分类

按照发送端与接收端有无共同的时钟，总线可以分为同步总线与异步总线等类型。

6. 按照系统中使用的总线数量分类

大多数总线都是以相同方式构成的，其不同之处仅在于总线中数据线和地址线的数目，以及控制线的多少及功能。按照系统中使用的总线的条数可以分为单总线结构、双总线结构和多总线结构。

单总线结构

单总线结构使用一组单一的系统总线来连接 CPU、主存和 I/O 设备。在这类系统中，同一类信息在不同部件间传递时，通过同一组总线，或者说，所有的模块都挂在同一组总线上。
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这种总线结构连接灵活、易于扩充。单总线结构容易扩展成多 CPU 系统，这只要在总线上挂接多个 CPU 即可。因所有信息都在一组系统总线上传送，故信息传输的吞吐量受到限制。

双总线结构

双总线结构保持了单总线结构简单、易于扩充的优点，又在 CPU 和主存之间有一组专门高速总线，使 CPU 可与主存迅速交换信息，而主存不必经过 CPU 仍可通过总线与外设之间实现 DMA 操作。这样，缓解了对系统总线和 CPU 的压力，提高了系统的效率。
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由于各种设备对于总线的要求不同，在设备不断增加的形势下，总线趋向于分级的总线结构。

三级总线结构。

在双总线的基础上增加了I/0总线，这条线就是所有外设与“通道“通信的一条线。”通道“乍一听好像很抽象，其实就是南桥芯片。各芯片组厂商的南桥名称都有所不同，例如英特尔称之为I/O路径控制器（ICH）或平台路径控制器（PCH）。
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上图中的”通道“就是下图的局部I/O控制器，I/O总线就是下面的扩展总线。

这种三级总线结构一般用于 I/O 设备性能相差不大的情况。在高速的视频设备、网络、硬盘等大量涌现的情况下，将它们与低速设备（如打印机、低速串口设备）接在同一条总线上，非常影响系统的效率。进一步的改进是为这些高速设备设立一条单独的高速总线，形成如图 3.4 所示的由系统总线、局部总线、高速总线和扩展总线组成的四级总线结构。
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上面已经对总线进行比较全面的分类，不过仅仅只是分了类，缺乏一些详细的内容，下面的部分就来补充一下，帮助理解的更全面。

补充

1、总线按功能和规范可分为五大类型：数据总线、地址总线、控制总线、扩展总线及局部总线。

地址总线：是专门用来传送地址的，由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O端口，所以地址总线总是单向的，这与数据总线不同，地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小。

控制总线：用来传送控制信号和时序信号。控制信号中，有的是微处理器送往存储器和I/O接口电路的；也有是其它部件反馈给CPU的，比如：中断申请信号、复位信号、总线请求信号、设备就绪信号等。

一般规定送入 CPU 的信号称为输入信号（IN），从 CPU 发出的信号称为输出信号（OUT）。例如，地址总线是输出线，数据总线是双向传送，控制总线一般是单向的，有输出的也有输入的，如下图

数据总线、地址总线和控制总线也统称为系统总线，即通常意义上所说的总线。常见的系统总线看下面的图
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上述这些标准中有些已经被淘汰，有些正在被应用，有些即将被应用

2、按照传输数据的方式划分，可以分为串行总线和并行总线。串行总线中，二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件；并行总线的数据线通常超过2根。常见的串行总线有SPI、I2C、USB及RS232等。

3、按照时钟信号是否独立，可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据，而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的。SPI、I2C是同步串行总线，RS232采用异步串行总线。

4、微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。
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内部总线

内部总线原是指南桥芯片与北桥芯片之间的连线。下图南北桥中间的Internal Bus就是内部总线
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在早期的主板上，对于Intel来说，这条内部总线有专门的名字，叫DMI（Direct Media Interface，直接媒体接口）。

现在英特尔和AMD已采用单芯片组技术，取代原有的南桥／北桥方案。所以现在的内部总线不再是原来的意思了。

外部总线上，还有一些零碎的低速小芯片。这个一般用户接触不到，是给制造商的开发人员用的。例如网卡需要一片eeprom来存唯一的MAC地址。很多pci卡上都能找到这些小flash。某些pci卡还有温度传感器。网卡的MAC和PHY之间也要有总线来读取链接速度、是否link等信息。控制这些小芯片使用诸如I2C SPI总线，即所谓的内部总线。

科普时间

I2C总线：I2C（Inter-IC）总线是同步通信的一种特殊形式，在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。

SPI总线：SPI（Serial Peripheral Interface：串行外设接口）。SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟之间。

前端总线

前端总线（FSB，Front Side Bus）是指中央处理器数据总线的专门术语，此总线负责中央处理器和北桥芯片间的数据传递。现在的x86处理器内置了存储器控制器，FSB已被Intel QPI和AMD HyperTransport取代，QPI和HyperTransport在下面有科普。

某些带有L2和L3缓存（Cache）的CPU，通过后端总线（Back Side Bus，下面会介绍后端总线）实现这些缓存和中央处理器的连接，而此总线的数据传输速率总是高于前端总线。

通俗的说，前端总线（FSB）就是CPU和北桥、内存的连接总线了。北桥是PCI/PCIe 总线的发源地。但是由于技术的进步，FSB已经被取代，AMD很早就开始采用自己的HyperTransport（后续版本更改为HyperTransport Link简称HT link）代替了FSB来提高cpu与内存等芯片的数据传输速度，而intel亦采用QuickPathInterconnect（QPI）技术。但是总体上讲，这两种技术都是FSB的进化。

科普时间

QPI

快速通道互联（英语：Intel QuickPath Interconnect，缩写：QPI），是一种由英特尔开发并使用的点对点处理器互连架构，用来实现CPU之间的互联。英特尔在2008年开始用QPI取代以往用于至强(Xeon)、安腾处理器的前端总线（FSB）。

HyperTransport

HyperTransport总线技术，简称“HT总线”，是AMD开发的一种处理器的互连技术。

前方高能 HT and HTT

卖场中常有“HT总线”与日后英特尔“HT技术”的混淆，然而这两个是截然不同的技术。HT一般指HyperTransport，或简称HT总线，一般情况下HyperTransport联合会都是使用全称“HyperTransport”以免造成歧义。而应用于奔腾4处理器、英特尔Nehalem微架构及其后续微架构之处理器的“HT技术”，英特尔的官方简称是HTT，Hyper-Threading Technology 或简称HT Technology（HT技术）。

后端总线

后端总线（BSB，Back Side Bus）：带有L2和L3缓存（Cache）的计算机中，负责中央处理器和外部缓存（经常为第二级缓存）之间的数据传递的数据通道。后端总线传输速率总是高于前端总线。用于处理缓存数据的后端总线实际上是以CPU时钟速度运行。在在90年代中期，后端总线曾是保持数据移动的重要路径。Intel公司的Pentium II和Pentium Pro都使用所谓的芯片外缓存（Cache），与保存在传统内存中的数据相比，这类缓存将经常使用的数据靠近（在访问数据所需的距离和时间上）主处理单元保存。连线将CPU连接到第二级（L2）缓存并以CPU时钟速度在CPU与L2缓存之间交换数据。
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系统总线

特指 PCI/PCIe 总线。这是Intel主导发展的总线标准。

什么？还有EISA、VESA总线？请把他们遗忘在20世纪吧。胜者为王。

人的大脑和其他的器官、四肢，大部分靠脊髓相连。PCI/PCIe 总线，就相当于x86架构机器的脊髓。其他内部总线、外部总线，都是挂在系统总线上的。USB、SATA、1394，统统是 PCI/PCIe 总线的下级。主要因为PCI/PCIe 总线带宽高；拥有硬件探测能力；改进的标准能热插拔。顺带提一下，因为PCI/PCIe 总线的硬件探测能力，加上微软定义的几套PC制造标准，我们才能一张xp盘装无数的x86机器。

科普时间

PCI总线：PCI（Peripheral Component Interconnect）外设元件互连标准。PCI总线是当前最流行的总线之一，它是由Intel公司推出的一种系统总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率可达132MB/s，可同时支持多组外围设备。PCI总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA总线，但它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。
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外部总线

诸如USB，SATA，IDE，1394，串口，以太网，这些暴露给普通用户插的，就是外部总线。前面提到过，他们都是PCI/PCIe 总线的下级。例如在PCI/PCIe 总线上，USB控制器是pci设备。在USB总线上，USB控制器又是头头，U盘是设备。 U盘里的数据想去cpu，得经由 usb总线 -->pci总线–>前端总线–>CPU

科普一下USB
USB总线：通用串行总线USB是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源，而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。
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总结：

PC上一般有五种总线：

数据总线（Data Bus）：在CPU与RAM之间来回传送需要处理或是需要储存的数据。
地址总线（Address Bus）：用来指定在RAM（Random Access Memory）之中储存的数据的地址。
控制总线（Control Bus）：将微处理器控制单元（Control Unit）的信号，传送到周边设备，一般常见的为USB Bus和1394 Bus
扩展总线（Expansion Bus）：可连接扩展槽和电脑。
局部总线（Local Bus）：取代更高速数据传输的扩展总线。

PS

做底层开发的，其实根本不关心内部总线、外部总线、系统总线这些叫法，因为这些叫法都不标准，充满歧义。真正干活时，总是明确地指出总线的具体名称：USB、PCIE、I2C、SPI。