计算机内部总线详解

文章目录

- 总线概述
- - 地址总线
  - - 位宽
  - 数据总线
  - - 位宽
    - CPU性能指标
- 例题

总线概述

众所周知，总线就是用来帮助连接两个或多个计算机组件，用于数据传输，计算机内部存在三种类型的总线：

地址总线：用于传输指示计算机中的内存或外设的物理地址
数据总线：是CPU与内存或其他器件之间的数据传送的通道。
控制总线：管理组件之间的信息流，指示操作是读取还是写入，并确保操作在正确的时间发生。

在这里插入图片描述 CPU通过地址总线寻址，然后通过数据总线与外部设备互换信息。

地址总线

地址总线是一种微处理器用于传输内存物理地址的计算机总线。
CPU是通过地址总线来指定存储单元的。
它是单向的，只能在一个方向传输数据的 I/O 和数据的内存地址。

CPU 和 DMA（直接内存访问）使用地址总线来定位物理地址，计算机处理器使用地址总线从内存中定位数据的位置，在需要访问时指定物理地址的单个内存块，然后可以进行后续的读取/写入数据。
CPU 和 DMA 以二进制位的形式读/写所有的地址总线。

当系统要在内存中写入数据时，它会发送写入信号并将写入地址放在地址总线上，通过地址总线定位内存中的某个位置，然后将特定数据放在数据总线上，将数据传输到该位置。

位宽

地址总线位宽决定了CPU所能访问的最大内存空间的大小。地址总线是地址线数量之和。一根线只能传输地址的一个bit。

比如说：32根地址线就能传输32bit也就是32位宽，那么他可以传输的地址范围就是2的32次方=4G。也就是CPU的寻址范围是4G，所以最多支持4G内存。

如果电脑的地址总线宽度为 32，那么即使有 8G 内存，其中的 4G的内存也是用不了的（想使用 8G 内存，至少需要总线宽度为 33）。现在，新的计算机都在使用 64 位地址总线，寻址范围是非常大的。

数据总线

是CPU与内存或其他器件之间的数据传送的通道。

数据总线仅用于传输数据信号，分为内部和外部数据总线。
内部总线在处理器内部传输或传输信息或数据。
而外部总线在处理器和内存之间传输数据。

位宽

数据总线是数据线数量之和。

每条传输线一次只能传输1位二进制数据。eg: 8根数据线一次可传送一个8位二进制数据(即一个字节)。32跟数据线就可以传输一个32位的二进制数据，一次就可以传送一个32位的数据。

数据的每一位都必须在数据总线的不同线上传输，假如数据总线宽度为8，则数据 7 表示为 0000 0111，这些 0 和 1 比如分别放在 8 条数据总线上。

所以数据总线的宽度决定了CPU和外界的数据传送速度。数据总线的位数决定CPU单次通信能交换的信息数量。

比如：64位数据总线的CPU一次就能取出64bit的数据，8位数据总线的CPU一次只能取出8bit的数据，在相同频率的情况下，8位数据总线的CPU就得连续取8次数据，数据量才能和64位数据总线一次取出的数据量相同，单就比较取数据的性能就相差8倍。况且，通常CPU中的寄存器的位数与数据总线的宽度一样，所以在数据处理方面，64位的CPU又比8位的CPU快很多。

CPU的地址总线位数和数据总线可以不同（典型代表就是51单片机），但是一般都相同。