身为一名软件工程师，我一直认为，虽然我的工作是编写软件，但是如能对硬件基础有些了解的话，可以帮助我写出更好的程序，而且还可以帮助我加深对系统的整体理解。

    

最几天在琢磨总线，今天就做一个简单的总结。(因为我不是搞硬件的，而计算机组成原理等已经很久没有碰过了，所以本文应该会有错误。大家小心哦~ 欢迎大家指正)

    

首先需要明确什么是总线，其用途是什么？根据wiki的解释，总线是用于连接计算机各部件的子系统，用于各部件间的数据传输。为什么叫做bus呢？大家可以想英文中bus的意思是公共汽车。在这里也有近似的意思，是一个公共传输线路，大家的信号都可以在上面传输。(关于公共汽车的这个说法，非本人原创，我忘记在哪里看到的，觉得很形象。)

    

那么在计算机系统中，总线一般怎么使用呢？下图为我根据自己的理解和查阅一些资料画的x86架构的总线结构图：

    

1. System Bus系统总线是一个总称。其包括数据总线，控制总线和地址总线；

2. 对于快速设备来说，要通过北桥芯片连接到System Bus中；在老的系统中，北桥和南桥都是独立的芯片。现代的CPU已将北桥和南桥集成到CPU中。

3. 连接到北桥的部件包括：CPU，RAM，PCIE，AGP等快速数据设备。

4. 连接到南桥的部件包括：IDE，PCI，USB，和其它的一些IO设备，串口设备等。

5. 为什么需要南桥北桥？我的理解是，各部件有其自己的电气特性，由此需要一个芯片控制器作为一个中间设备，保证它们之间可以通过系统总线进行通信。

6. 计算机各部件的通信都需要经过System Bus。那么在同一时刻，只有一个部件可以占用系统总线。x86的锁的实现，一般要利用锁总线的指令来完成对内存的串行访问。

7. 因为各个部件都是通过系统总线来交换数据，那么自然它们也是共享一条地址总线。所以很自然的各部件也是共享同一个地址空间。这里的地址空间指的是物理地址。整个儿的物理地址空间大部分是留给物理内存的，但是剩下的部分就是留给这些各部件的。这里需要进一步说明的是，对于CPU来说，其使用的是物理地址，而外设设备使用的是总线地址。不过在x86平台上，物理地址和总线地址是一致的。其它平台可能需要将物理地址转换为总线地址。

8. 在高速设备中，总线已经成为了性能的一个瓶颈。试想，当网卡收到数据包的时候，就算使用DMA来讲数据包直接存到内存中，避免占用CPU计算资源。可是DMA的传输无论如何都要经过总线，这是第一次。CPU需要处理数据包，自然需要从内存中读取数据包，又是一次总线传输。这里就有了两次总线传输。不仅这样，由于总线的独占性。即使DMA解放了CPU，但是当DMA的传输过程中，CPU也需要读取内存时。这时，不可避免的影响了CPU的处理。而总线速度要小于CPU的处理速度，所以在这种情况下，总线速度就决定了设备的性能。那么为了解决这个问题：1)尽量让数据包不经过系统总线；某些数据包可以通过ASIC或者FPGA直接从网卡中读取，进行简单处理后发送；2)在某些情况下，数据包不得不由CPU处理(如复杂的逻辑处理)。那么我们尽量让CPU在处理数据的过程中，不要频繁使用系统总线。从上图可以看出，L2或者L3 cache是在总线前端的。那么我们在写代码的过程中，一定要尽量保证数据和代码的cache命中率。

    

嗯~~，今天一时半会，暂时只想起这几条关于总线的理解。以后想起，随时补充。欢迎大家指正！

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