Was ist ein Informatik-Bus?

Ein Bus ist eine bestimmte Art von Anschluss in der Computersprache. Er ermöglicht die Datenübertragung von mehreren Teilnehmern gleichzeitig über ein gemeinsames Kabel.

Was versteht man unter dem Begriff Bus?
Merkmale eines Busses
Bus-Untergruppen
Die wichtigsten Busse
Das Chipset

Was versteht man unter dem Begriff Bus?

In der Computerwissenschaft bezeichnet man mit Bus eine Gruppe von materiellen Verbindungen (Kabel, Leiterbahn usw.), die gemeinsam betrieben werden und der Datenübertragung dienen.

Das Ziel von Bussen ist es, die Anzahl der zur Kommunikation der verschiedenen Bestandteilen nötigen "Wege" zu reduzieren, indem die Übertragungen in einem einzigen Datenweg zusammengeschlossen werden. Aus diesem Grund wird oft die Metapher Datenautobahn verwendet:

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Wenn die Leitung nur zur Kommunikation von zwei Bestandteilen dient, spricht man von einem materiellen Anschluss (serieller Anschluss, Parallelanschluss usw.).

Merkmale eines Busses

Ein Bus zeichnet sich durch das Informationsvolumen aus, das simultan übertragen wird. Dieses Volumen, ausgedrückt in Bits, entspricht der Anzahl der materiellen Leitungen, auf denen die Daten simultan übertragen werden. Eine Schicht von 32 Drähten ermöglicht so die parallele Übertragung von 32 Bits. Man spricht von Breite, um die Anzahl der Bits zu bezeichnen, die ein Bus simultan übertragen kann.

Andererseits wird die Geschwindigkeit eines Busses auch durch seine Frequenz (ausgedrückt in Hertz) definiert, das heißt die Anzahl der Datenpakete, die pro Sekunde verschickt oder empfangen werden. Man spricht von Zyklen, um jeden Versand oder Empfang von Daten zu bezeichnen.

Die maximale Übertragungsgeschwindigkeit des Busses (oder maximale Übertragungsrate), das heißt die Menge an Daten, die er pro Zeiteinheit transportieren kann, wird bestimmt, indem man seine Breite mit seiner Frequenz multipliziert. Ein Bus mit einer Breite von 16 Bits und einer Frequenz von 133 MHz besitzt also eine Übertragungsrate von:

16 * 133.10⁶ = 2128*10⁶ Bit/s,
oder 2128*10⁶/8 = 266*10⁶ Byte/s
soit 266*10⁶ /1000 = 266*10³ KB/s
oder 259.7*10³ /1000 = 266 MB/s

Bus-Untergruppen

Tatsächlich besteht ein Bus meist aus 50 bis 100 direkten materiellen Leitungen, die in drei funktionelle Untergruppen unterteilt sind.

Adressbus (auch Adressierbus oder Speicherbus): Er transportiert die Speicheradressen, zu denen der Prozessor Zugang haben möchte, um ein Datei zu lesen oder zu schreiben. Es handelt sich um einen unidirektionalen Bus.

Datenbus: Er überträgt Anweisungen, die vom Prozessor stammen oder für ihn bestimmt sind. Es handelt sich um einen bidirektionalen Bus.

Kontrollbus (auch Steuerbus): Er transportiert die Befehle und die Synchronimpulse, die von der Steuereinheit stammen und an alle materiellen Bestandteile adressiert sind. Es handelt sich um einen bidirektionalen Bus, da er auch Antwortsignale der materiellen Elemente überträgt.

Die wichtigsten Busse

In einem Computer unterscheidet man meist zwei Hauptbusse.

Systembus oder interner Bus (internal bus) oder FSB (front-side bus): Der Systembus ermöglicht es dem Prozessor, mit dem Zentralspeicher des Systems (Schreib-Lese-Speicher oder RAM) zu kommunizieren.

Erweiterungsbus oder Eingabe-/Ausgabebus: Er ermöglicht den diversen Komponenten der Hauptplatine (USB, seriell, parallel, auf PCI-Steckverbindern angeschlossene Karten, Festplatten, CD-ROM-Laufwerke und -Brenner usw.) untereinander zu kommunizieren. Aber er ermöglicht vor allem auch das Hinzufügen von neuen Peripheriegeräten dank der Erweiterungssteckplätze (slots), die mit dem Eingabe-/Ausgabebus verbunden sind.

Das Chipset

Als Chipset (auf Deutsch Komponentensatz) wird das Element bezeichnet, das die Informationen zwischen den verschiedenen Bussen des Computers transportieren soll, damit alle Elemente, aus denen der Computer besteht, miteinander kommunizieren können. Das Chipset bestand ursprünglich aus einer großen Anzahl elektronischer Komponenten, deshalb der Name.

Die wichtigsten Elemente sind die folgenden zwei.

Nordbrücke (NorthBridge oder Northern Bridge) oder Speicherkontroller: Dieses Element kontrolliert den Austausch zwischen Prozessor und RAM-Speicher, daher befindet sie sich in geographischer Nähe zum Prozessor. Sie wird manchmal auch GMCH (Graphic and Memory Controller Hub) genannt.

Südbrücke (SouthBridge oder Southern Bridge) oder Eingabe-Ausgabe-Kontroller oder Erweiterungskontroller): Dieses Element verwaltet die Kommunikation mit den Eingabe-Ausgabe-Peripheriegeräten. Die Südbrücke wird auch ICH (I/O Controller Hub) genannt.

$architecture système d\$
Interessanterweise müssen zwei Busse die gleiche Breite haben, um miteinander kommunizieren zu können. Dies erklärt, warum RAM-Speicherkarten auf manchen Systemen paarweise angeordnet werden müssen.

Hier eine zusammenfassende Tabelle der wesentlichen Eigenschaften der wichtigsten Busse:

Norm	Busbreite (Bits)	Busgeschwindigkeit (MHz)	Bandbreite (MB/s)
ISA 8-Bit	8	8.3	7.9
ISA 16-Bit	16	8.3	15.9
EISA	32	8.3	31.8
VLB	32	33	127.2
PCI 32-Bit	32	33	127.2
PCI 64-Bit 2.1	64	66	508.6
AGP	32	66	254.3
AGP (x2 Mode)	32	66x2	528
AGP (x4 Mode)	32	66x4	1056
AGP (x8 Mode)	32	66x8	2112
ATA33	16	33	33
ATA100	16	50	100
ATA133	16	66	133
Serial ATA (S-ATA)	1		180
Serial ATA II (S-ATA2)	2		380
USB	1		1.5
USB 2.0	1		60
Firewire	1		100
Firewire 2	1		200
SCSI-1	8	4.77	5
SCSI-2 - Fast	8	10	10
SCSI-2 - Wide	16	10	20
SCSI-2 - Fast Wide 32 Bits	32	10	40
SCSI-3 - Ultra	8	20	20
SCSI-3 - Ultra Wide	16	20	40
SCSI-3 - Ultra 2	8	40	40
SCSI-3 - Ultra 2 Wide	16	40	80
SCSI-3 - Ultra 160 (Ultra 3)	16	80	160
SCSI-3 - Ultra 320 (Ultra 4)	16	80 DDR	320
SCSI-3 - Ultra 640 (Ultra 5)	16	80 QDR	640