12.1 Rechner-Architektur nach von Neumann

Bus | Cache | DMA | Pipline

Bussysteme (PC)

Das Bussystem dient dazu, den Mikroprozessor mit den anderen Baugruppen (RAM, HD,...) zu verbinden und mit diesen Baugruppen Daten auszutauschen. Für die Datenübertragung wird ein Leitungssystem aus vielen parallelen Leitungen verwendet. Die Anzahl der Leitungen des Busses wird als Busbreite bezeichnet.

Der Systembus besteht aus dem Datenbus, dem Adressbus und dem Steuerbus:

• Datenbus (Data Bus)
  Über den Datenbus können zu verarbeitende Daten von einer beliebigen Baugruppe zum Prozessor gelangen oder umgekehrt vom Prozessor zu jeder gewünschten Baugruppe gesendet werden.
• Adressbus (Address Bus)
  Da alle Baugruppen parallel an den Datenbus angeschlossen sind, aber immer nur eine Einheit Daten empfangen oder senden darf (um "Datenkollisionen" zu verhindern), muss jede Baugruppe eine "Hausnummer" (Adresse) erhalten, mit der sie vom Prozessor angesprochen ("adressiert") werden kann. Um die Adressen an die Baugruppen zu übermitteln, werden wiederum alle Einheiten des PCs parallel an Adressleitungen angeschlossen. Nur wenn eine Baugruppe die ihr zugewiesene Adresse auf dem Adressbus empfängt, darf sie Daten auf dem Datenbus senden oder empfangen.
• Steuerbus (Control Bus)
  Wird über den Adressbus eine Baugrupppe (z. B: Arbeitsspeicher) angesprochen, so muss dieser auch mitgeteilt werden, ob eine Information hineingeschrieben oder ausgegeben werden soll. Mithilfe des Steuerbusses gibt der Prozessor einer angesprochenen Baugruppe bekannt, ob er von ihr Daten empfangen oder zu ihr senden will.

Flussdiagramm zum Einlesen von Tastaturdaten in den Prozessor

• Bus ... Mehrzahl von parallelen Signalleitungen, über die Steuer-, Daten- und Adresssignale übertragen werden
• Busslot ... Kontakt- / Steckleiste auf dem Motherboard, in die eine Adapterkarte eingesteckt werden kann und Kontakte für alle erforderlichen Steuer-, Daten- und Adresssignale aufweist
• Adapterkarte ... auch: Erweiterungskarte, Steckkarte, z.B. Grafikkarte, Netzwerkkarte, Soundkarte

aktuelle Bustypen

• PCI:
  • PCI ... peripheral component interconnect
  • von INTEL entwickelt
  • Entkoppelung von CPU und Erweiterungsbus durch Bridge (PCI-Bridge)
  • Vorteil: Daten zwischen zwei PCI-Einheiten können über PCI-Bridge ausgetauscht werden, obwohl gleichzeitig CPU den ihr zugeordneten Speicher anspricht um z.B. ein Programm auszuführen
  • Unterstützung von Mehrprozessorsystemen und verschiedenen Versorgungsspannungen (5V, 3.3V)
  • Unterstützung von Busmastering (damit kann ein an den Bus angeschlossener Controller zeitweise die Kontrolle über den Bus übernehmen und damit den Prozessor entlasten)
  • Taktfrequenz: 0 MHz .. 33 MHz
  • PCI 1.0
    • 32 Bit Daten und Adressbus
    • max. 133 MByte/s Transferrate
    • 32 Bit Busslots (124 Kontakte)
    • keine 8 Bit oder 16 Bit Abschnitte wie z.B. bei EISA oder MCA)
  • PCI 2.0
    • 64 Bit Daten und Adressbus
    • max. Übertragungsrate 266 MByte/s
    • verlängerte Bauart des Slots
    • 64 Bit Busslots (insgesamt dann 188 Kontakte)
  • shared slots: für Einsatz von ISA/EISA/MCA-Adaptern
  • PCI-Karten sind (meist) selbstkonfigurierend (PnP ... plug and play)
    
    
  • PCI-Express
    • ist im Gegensatz zum PCI-Bus auf elektrischer Ebene eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung
      (verwendet PCI-Signalisierung und -Programmiertechniken, wird von Betriebssystem und Software wie PCI behandelt)
    • PCI-Express wird PCI bzw. AGP ersetzen, ist aber dazu hardwaretechnisch nicht kompatibel
    • PCI-X, 64 bit mit 133 MHz Takt (max. 1.066 MByte/s)
      PCI-X 266 (DDR), 266 MHz Takt (max. 2.133 MByte/s)

 

• AGP:
  • AGP ... Accelerated Graphics Port (beschleunigter Grafikbus)
  • separater Bus ausschließlich für die Grafikkarte (braucht sich die Bandbreite nicht teilen)
  • Transferraten bis 2133 MByte/s bei AGP 8x (1x - 266, 2x - 533, 4x - 1066)
  • 32 Bit Datenbus
  • Bustatktfrequenz 66 MHz bei AGP 1x
  • Bus ist über den AGP Chipsatz direkt mit dem RAM verbunden
  • das Betriebsystem steuert den Anteil des RAMs, der für den AGP-RAM abgezweigt wird!
  • unterstützt Pipelining

  Mit der Version AGP 8x ist diese Technik zu Ende entwickelt, da sich auf Grund von Leckströmen, Timing-Problemen bei hohen Taktungen und dem zunehmend komplizierter werdenden Platinendesign die Geschwindigkeit nicht weiter steigern lässt.
  AGP war als schnelle Punkt-zu-Punkt-Verbindung zum Arbeitsspeicher so lange sinnvoll, wie schnelles VRAM auf der Grafikkarte übermäßig teuer war.