計(jì)算機(jī)總線技術(shù)發(fā)展淺析

龐波

摘 要：就計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)更新發(fā)展趨勢(shì)，探討總線技術(shù)特征、原理，以及發(fā)展更新與實(shí)踐應(yīng)用。對(duì)促進(jìn)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷延伸，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化信息技術(shù)手段的持續(xù)優(yōu)化、全面更新，創(chuàng)設(shè)顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，有重要地實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 總線技術(shù) 發(fā)展

中圖分類號(hào)：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）006-094-02

1 計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)豐富發(fā)展

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)的快速更新、廣泛應(yīng)用，綜合價(jià)值優(yōu)勢(shì)的顯現(xiàn)，令其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了豐富發(fā)展。基于程序儲(chǔ)存原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)的布設(shè)，為一類經(jīng)典的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想。主體令程序指令以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元有效的集成構(gòu)建，形成計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)。目前，該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在較多處理器體系中仍舊服務(wù)應(yīng)用。例如，英特爾處理器等。該類指令以及數(shù)據(jù)集成于相同總線的體系結(jié)構(gòu)，令信息流傳遞對(duì)計(jì)算機(jī)整體應(yīng)用功能、處理速率造成了一定影響。為此，人們研究令數(shù)據(jù)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)分離，在不同存儲(chǔ)器內(nèi)運(yùn)行，進(jìn)而可在機(jī)器周期內(nèi)，同步獲取指令以及操作數(shù)字，優(yōu)化處理效率，令數(shù)據(jù)信息承載水平上升了四倍。該系統(tǒng)模式稱為哈佛結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于較多處理器與控制單元中，發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)作用。例如，微軟芯片等。該結(jié)構(gòu)特征在于借助不同總線，令程序以及數(shù)據(jù)體現(xiàn)各自不同線寬，進(jìn)而可擴(kuò)充存儲(chǔ)器帶寬，令其承載大量的數(shù)據(jù)應(yīng)用傳輸，優(yōu)化提升了處理操作數(shù)字信號(hào)的實(shí)踐效率。

就當(dāng)前較多應(yīng)用算法來(lái)講，一些時(shí)候要應(yīng)對(duì)較多操作數(shù)。例如卷積運(yùn)算，其指令的傳輸要明確兩個(gè)操作數(shù)，倘若應(yīng)用傳統(tǒng)哈佛結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，則僅能應(yīng)對(duì)取指令以及取數(shù)存在的矛盾問(wèn)題，無(wú)法良好的實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)。為此應(yīng)進(jìn)行哈佛結(jié)構(gòu)的優(yōu)化更新，通過(guò)良好的改進(jìn)，令單獨(dú)存儲(chǔ)器內(nèi)部模塊承擔(dān)各自任務(wù)，即分擔(dān)存儲(chǔ)指令以及數(shù)據(jù)的工作，并預(yù)防兩任務(wù)在相同時(shí)間開(kāi)展，進(jìn)而便于哈佛結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并行處理運(yùn)行。再者，就獨(dú)立不同的數(shù)據(jù)以及地址總線，可應(yīng)用公用地址，實(shí)現(xiàn)兩存儲(chǔ)模塊的運(yùn)行訪問(wèn)。針對(duì)其相互數(shù)據(jù)的運(yùn)行傳輸工作，可由公用總線承擔(dān)。進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)以及程序存儲(chǔ)不同時(shí)段共享兩總線的目標(biāo)。

目前，較多公司傾向于應(yīng)用改良哈佛結(jié)構(gòu)體系，其優(yōu)勢(shì)為，數(shù)據(jù)以及程序總線可完成部分交叉相連，進(jìn)而令數(shù)據(jù)可直接服務(wù)運(yùn)行指令，增大了芯片運(yùn)行靈敏性。為此，僅需要確保獨(dú)立總線之間的良好調(diào)配，便可令哈佛結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)行處理功能最大化發(fā)揮，確保程序的高效應(yīng)用。另外，改良哈佛結(jié)構(gòu)可位于高速緩存之中實(shí)現(xiàn)指令的儲(chǔ)存，進(jìn)而可良好的節(jié)約讀取時(shí)間，優(yōu)化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體服務(wù)運(yùn)行速率。

2 計(jì)算機(jī)總線技術(shù)發(fā)展應(yīng)用

計(jì)算機(jī)總線技術(shù)類別豐富多樣，依據(jù)總線層次方位可將其劃分成片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線、通訊以及芯片總線等。而依據(jù)通信傳輸手段則可將計(jì)算機(jī)總線技術(shù)分為并行以及串行兩類?？偩€進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸呈現(xiàn)出獨(dú)特的時(shí)鐘屬性，按其分類則包括同步以及異步技術(shù)。信號(hào)性質(zhì)的不同，令總線傳輸技術(shù)手段呈現(xiàn)出不同方式，例如地址、數(shù)據(jù)與控制總線等。

2.1 片內(nèi)總線與內(nèi)部總線技術(shù)

片內(nèi)總線技術(shù)設(shè)置在微處理器系統(tǒng)芯片之中，因而也可稱為芯片內(nèi)技術(shù)。一般來(lái)講該總線承擔(dān)寄存器以及微處理器之間的相連與傳輸信息數(shù)據(jù)任務(wù)。由于芯片腳數(shù)以及面積的限定，因此，該類總線方式通常基于單總線模式進(jìn)行布設(shè)，可提升芯片集成性以及成品率。倘若形勢(shì)所需，則可應(yīng)用雙線結(jié)構(gòu)，并將內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)效率進(jìn)行優(yōu)化。

內(nèi)部總線技術(shù)令計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各項(xiàng)功能器件的連接總線視作板級(jí)線，是整體計(jì)算機(jī)之中的最小線路，而其重要性則不容小覷。內(nèi)部總線承載著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行與數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，為總線核心。計(jì)算機(jī)PCI、APG均屬于內(nèi)部總線。

2.2 片總線技術(shù)

計(jì)算機(jī)主板、插件板等自身形成了較為完整全面的子系統(tǒng)。位于該類板卡中，不僅包括存儲(chǔ)器、處理器等芯片，同時(shí)中間相連需要總線技術(shù)的有效支持，進(jìn)而可令整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，節(jié)約線路用量，并對(duì)強(qiáng)化系統(tǒng)安全性極為有利，便于信息管控以及應(yīng)用傳輸。為契合CPU運(yùn)行特征，EISA總線技術(shù)誕生，體現(xiàn)了一定的兼容性，可對(duì)ISA實(shí)現(xiàn)有效支持，并為后續(xù)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了良好的平臺(tái)。主體應(yīng)用八兆赫時(shí)鐘頻率，輸出輸入總線以及微處理實(shí)現(xiàn)了相互分開(kāi)，可確保在較低的時(shí)鐘速率狀態(tài)發(fā)揮支持功能，微處理器則基于高速實(shí)現(xiàn)操作服務(wù)。該技術(shù)可面向較多用戶實(shí)現(xiàn)高效率的磁盤輸出，連接器為兩層槽模式，體現(xiàn)了良好的兼容性?；谕话l(fā)數(shù)據(jù)輸送手段，可通過(guò)高于ISA總線的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)用，因此大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中配設(shè)服務(wù)器通常應(yīng)用EISA總線技術(shù)。

還有一類PCI總線技術(shù)，其在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)了普遍應(yīng)用，各類主板設(shè)計(jì)均包含了該類插槽，其成為主板配備數(shù)量最多的類別。AGP總線技術(shù)為加速圖像處理接口，其操作速度為PCI總線技術(shù)的四倍。伴隨多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，三維技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，對(duì)三維數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用處理，不但需要較高的數(shù)據(jù)承載量，同時(shí)需要適宜的數(shù)據(jù)帶寬。而PCI總線技術(shù)在多媒體數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，則無(wú)法滿足上述要求。因此，AGP技術(shù)逐步誕生，并發(fā)展成為顯卡專項(xiàng)的總線技術(shù)。借助點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式，同主存實(shí)現(xiàn)直接對(duì)接，并將其視為幀緩沖設(shè)施，進(jìn)而可完成高效、高速的緩沖。數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)到PCI總線技術(shù)的兩倍。同時(shí)AGP技術(shù)還開(kāi)創(chuàng)了雙激勵(lì)模式，即實(shí)現(xiàn)雙向的信息數(shù)據(jù)傳遞，進(jìn)而令處理效率顯著提升。

2.3 外部總線技術(shù)

外部總線技術(shù)即通信總線，令計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)了高效互聯(lián)，并可同遠(yuǎn)程終端相連接，完成計(jì)算機(jī)同測(cè)量設(shè)施、外部?jī)x器通信傳輸任務(wù)。該總線技術(shù)借助電子工業(yè)以及他類領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能。具體包括串行以及并行技術(shù)兩類。IEEE 488技術(shù)較為經(jīng)典，其借助統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建了基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管控的測(cè)試體系，無(wú)需龐大復(fù)雜的運(yùn)行連接電路，而是借助計(jì)價(jià)層疊模式，利用智能設(shè)施工具完成了開(kāi)放的應(yīng)用與管理。就好比搭積木一樣，更為便利高效，因此該類總線技術(shù)在工業(yè)建設(shè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了全面應(yīng)用。RS總線技術(shù)的應(yīng)用令計(jì)算機(jī)串行通信更為便利，當(dāng)然也包含一定缺陷。即僅能實(shí)現(xiàn)單對(duì)單的通信，一旦距離延長(zhǎng)，信號(hào)段會(huì)形成電位差，進(jìn)而導(dǎo)致共模影響。需要借助提升信號(hào)電平方式確保傳輸信息數(shù)據(jù)的安全優(yōu)質(zhì)性。為彌補(bǔ)該類不足，USB等總線形式逐步發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。

該類總線技術(shù)的普及應(yīng)用，令其成為計(jì)算機(jī)一類通用的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)對(duì)其全面支持。同時(shí)外設(shè)應(yīng)用連接，采用USB接口總線技術(shù)成為一類必然的趨勢(shì)，例如，各類數(shù)碼產(chǎn)品、移動(dòng)設(shè)備、娛樂(lè)工具均配設(shè)了USB接口總線，體現(xiàn)了集成、全面、綜合、統(tǒng)一的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，計(jì)算機(jī)總線技術(shù)經(jīng)歷了不斷完善、豐富的發(fā)展進(jìn)程，其功能更加人性化、便捷化，提升了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)、處理運(yùn)行的綜合效率，并逐步向著統(tǒng)一、集成的方向發(fā)展。為此，我們只有基于計(jì)算機(jī)總線技術(shù)特點(diǎn)，明確其應(yīng)用發(fā)展內(nèi)涵，總結(jié)缺陷與不足，全面優(yōu)化更新、良好補(bǔ)充，方能激發(fā)計(jì)算機(jī)總線技術(shù)核心優(yōu)勢(shì)，令其發(fā)揮人性化應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)可靠、優(yōu)質(zhì)、持續(xù)的發(fā)展與提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 揭志熹，張和生，賈利民，等.CAN總線技術(shù)在交通狀態(tài)獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2009（10）.

[2] 王曉紅，徐立芳，李琳.基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2010（1）：90-92.

[3] 李明啟，王龍，宋曉珍.PROFIBUS總線接口在智能儀表中的應(yīng)用策略[J].安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（4）：45-47.

[4] 李俊鋒，林學(xué)明.基于CAN總線的鐵路信號(hào)燈智能管理監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)探討[J].交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（7）：52-53.