计算机总线是什么？

数据总线（Data Bus）是计算机系统中的一种关键组件，主要用于在 CPU 和内存之间双向传输需要处理或存储的数据。作为一种三态总线，数据总线可以将 CPU 产生的数据传送到存储器或其他 I/O 接口，同时也可以将其他组件产生的数据传送给 CPU 进行处理。数据总线的宽度决定了每次数据传输的位数，通常现代计算机的数据总线宽度为 32 位或 64 位。常见的数据总线标准包括 ISA、EISA、PCI 等，其中 PCI 总线具有更高的数据传输带宽，可支持更快的数据交换速率。数据总线是计算机系统中实现数据交换和共享的关键通路，确保了 CPU 与内存及其他组件之间高效的数据流动。

地址总线（Address Bus）是一种单向三态总线，专门用于从 CPU 向外部存储器或 I/O 接口传输地址信息。地址总线的位数决定了 CPU 可直接寻址的内存空间大小，例如如果地址总线的位数为 n 位，那么 CPU 可直接寻址的内存空间就是 2 的 n 次方字节。地址总线的宽度通常与 CPU 的位数相匹配，如 32 位 CPU 对应 32 位地址总线，64 位 CPU 对应 64 位地址总线。地址总线的作用是为 CPU 提供访问内存和外设的地址信息，是实现 CPU 与外部设备通信的重要渠道。随着计算机系统内存容量的不断增加，地址总线的位数也在不断扩展，以满足更大寻址空间的需求。

控制总线（Control Bus）是计算机系统中的另一条关键总线，主要用来传送控制信号和时序信号。控制总线上的信号通常包括：

因此，控制总线一般是一种双向总线，用于协调和管理 CPU、内存及其他组件之间的交互操作。控制总线上的信号负责同步各个部件的工作时序，确保数据传输和指令执行的正确有序进行。控制总线在整个计算机系统中扮演着 "交通指挥" 的角色，是系统有效运转的重要保证。

扩展总线（Expansion Bus）是一种专门用于连接计算机主机和外部设备的总线。扩展总线的主要作用是为外部设备（如打印机、扫描仪、网卡等）提供与计算机主机进行通信和数据传输的通路。常见的扩展总线标准包括：

扩展总线的出现大大提高了计算机系统的扩展性和灵活性，使得用户可以根据需求轻松添加或更换外设，满足不同的应用场景需求。随着技术的发展，扩展总线的带宽和传输速率也在不断提升，以支持新型高性能外设的接入。

内部总线（也称内部数据总线、内存总线或系统总线）用于连接计算机内部组件与主板。它将 CPU 和内存连接到扩展总线，而扩展总线则将计算机连接到外围设备。

扩展总线允许将外围设备（如硬盘、显卡等）连接到计算机。现代计算机中的总线系统（如 SATA 端口）支持连接多个外围设备，无需扩展卡即可连接多个硬盘驱动器。

在类似于多计算机的系统架构中，系统总线被称为前端总线。前端总线的架构可能与主机 CPU 不同，支持连接多种不同的 CPU，如 PCI 总线。

早期计算机总线采用并行电线与多个硬件连接，但现在"总线"一词已扩展到任何提供相同逻辑功能的物理布线。现代总线可使用并行和串行连接，采用多点（电气并行）或链式拓扑结构，也可通过交换集线器连接。

早期的计算机总线是一束连接计算机内存和外围设备的电线束。通常会有单独的总线用于内存和外围设备，并通过不同的指令和时序协议来访问。随着中断的引入，工程师们开始优先级排序，以便 CPU 可以一次执行一个外围设备的代码。

为了降低成本，数字设备公司（DEC）在 1969 年推出的 PDP-11 系列采用了 Unibus，将外围设备映射到内存总线上，使得输入 / 输出设备看起来像内存地址一样。这种设计简化了总线结构。

后来，多个 CPU 开始共享同一块内存，需要对访问内存总线进行优先级控制。高端系统引入了专门处理总线输入 / 输出的通道控制器，减轻了 CPU 负载，提高了整体系统性能。

随着技术进步，计算机总线从早期的并行电线演变为并行和串行连接的混合体，拓扑结构也有了多点串接和菊链等形式。为满足特定设备需求，出现了 SCSI、IDE 等专用总线，现代计算机通常有 5 种不同的总线。

2001 年后，HyperTransport 和 InfiniBand 等 "第三代" 总线应运而生，更加灵活、网络化，协议开销较大但允许多设备并发使用总线。开源社区也推出了 Wishbone 等总线设计，消除了法律限制。