合用总线怎么区分地址和数据

2024-05-23 阅读189 评论0 喜欢0

众所周知，总线就是用来帮助连接两个或多个计算机组件，计算机内部存在三种类型的总线，地址总线、数据总线和控制总线。

地址总线：这决定了处理器将从内存中读取数据或写入数据的内存位置。

数据总线：它包含已从内存位置读取或将写入内存位置的数据内容。

控制总线：它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。

孤立地看，微处理器、内存和输入/输出端口是不同的计算机组件，但它们不能做任何有用的事情。

如果它们能够相互通信，组合起来就可以形成一个完整的系统。这种通信是通过将系统各部分连接在一起的信号线束（称为总线）完成的。

我今天就讲一下地址总线和数据总线的特点和用途。

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。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用于通信的物理地址，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，这有助于读取/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。

同理，当系统要从内存中读取数据时，它会在地址总线上发送读取命令信号。当内存接收到读取信号时，它将从内存中获取特定数据并将特定数据放回数据总线上。

一条 32 位宽的总线可以寻址 2^32 个内存块，相当于 4GB 内存空间。现在，新的计算机都在使用 64 位地址总线。

我简单计算一下，为什么32 位宽的地址总线可以 4GB 的内存空间，计算结果如下：

4GB = 4 * 2^10 MB
    = 4 * 2^10 * 2^10 KB
    = 2^2 * 2^10 * 2^10 * 2^10 B
    = 2^32 B

4GB 表示有 2^32 个字节（byte），而内存中最小的存储单位就是字节。

所以 4GB 内存有 2^32 个位置（内存地址）可以存储数据，这样的话，32 位地址总线，就可以遍历完 4GB 物理内存中的所有位置地址。

所以如果电脑的地址总线宽度为 32，那么即使有 8G 内存，其中的 4 个 G 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）。

数据总线有助于将数据从一个设备传输到另一个设备，数据总线是双向的，它有助于发送和接收数据。

数据总线承载数据，然后将它们存储在特定位置，这有助于在不同的计算机组件之间发送数据。

在数据总线中，宽度是指传输数据的速率，即一次可以传输的数据位数，类似于高速公路上的车道数，2019 年制造的所有计算机都有 64 位数据总线（64 位机器）。

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。

对于读取和写入操作，均使用相同的数据总线，当系统调用写入命令时，处理器会将写入的数据放入数据总线上。同样，当系统调用读命令时，内存控制器会从某个内存块中获取数据，然后通过数据总线发送出去。

通过控制总线来控制写入还是读取。

数据总线速度也影响计算机系统的整体处理性能。32 位是数据总线的第一个标准，但现在新的数据总线可以处理更多的数据量。

需要注意的是：

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。

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