Systembus
Der Systembus dient zur Steuerung, der Adressierung und der Übertragung von Daten. Für jede Aufgabe hat der Systembus eigene Signalleitungen. Der Systembus teilt sich in Datenbus, Adressbus und Steuerbus.
Hinweis: Das was ursprünglich der Systembus gewesen ist, das ist heute nur noch die Verbindung zwischen Prozessor und Chipsatz. Diese Verbindung lange Zeit auch als Front-Side-Bus (FSB) bezeichnet. Heute hat diese Verbindung je nach System oder Systemhersteller eine andere Bezeichnung.
Weil aus Geschwindigkeitsgründen viele ehemals ausgelagerte Funktionen in den Hauptprozessor (CPU) integriert werden, ist das Konzept des systemweiten Systembusses nicht mehr gültig. In der heutigen Computerarchitektur gibt es den klassischen "Systembus" nicht mehr. Die Architektur besteht in der Regel aus verschiedenen seriellen und parallelen Bussystemen, die für die jeweiligen Erfordernisse speziell ausgelegt und entwickelt wurden. Es werden immer häufiger Punkt-zu-Punkt-Verbindungen eingesetzt. Das kommt daher, weil immer mehr Funktionen hochintegriert in wenigen Bausteinen untergebracht werden können und dadurch auch die Übertragungsrate zwischen den einzelnen Funktionseinheiten gesteigert werden kann.
Darstellung des Systembusses
Der Systembus verbindet die einzelnen Komponenten eines Computersystems. Neben dem Prozessor (CPU), gibt es einen Festwertspeicher (ROM), einen Arbeitsspeicher (RAM) und Eingabe- und Ausgabeeinheiten (Input und Output). Adressbus, Datenbus und Steuerbus verlaufen dabei von Einheit zu Einheit. Über diesen Bus sind alle Einheiten miteinander verbunden.
Obwohl es in den heutigen Computersystemen keinen systemweiten Systembus mehr gibt, ist die Art und Weise der Ansteuerung von Speicher und Peripherie, wie im folgenden beschrieben, gleich geblieben.
Adressbus
Der Adressbus ist für die Übertragung von Speicher- und Peripherie-Adressen zuständig. Auf dem Adressbus wird die Adresse angelegt, von der die Daten gelesen oder wohin sie geschrieben werden sollen.
Der Adressraum bezeichnet den adressierbaren Speicherbereich. Diese Angabe zeigt, wie viele Elemente überhaupt adressierbar sind. Die Anzahl der Adressleitungen ist ein entscheidender Faktor für die Anzahl der maximal zu adressierenden Speicherplätze. Ein Adresse mit einer Länge von n Bit entspricht einem Adressraum von 2n Elementen.
Diese Formel dient zur Ermittlung der maximal nutzbaren Speichergröße, die ein Prozessor ansprechen kann (in Byte).
Datenbus
Zur Übertragung von Daten zwischen Prozessor, Arbeitsspeicher und Peripherie steht der Datenbus zur Verfügung. Die Anzahl der Datenbusleitungen bestimmt die Anzahl der Bit, die pro Takt übertragen werden können.
Alle Baugruppen, die Daten an den Datenbus übergeben oder entgegennehmen können (Prozessor, Speicher, I/O), sind mit dem Datenbus verbunden. Die Datenfreigabe erfolgt durch den Prozessor über eine Steuerleitung jeweils nur für eine Baugruppe. Das heißt, es kann immer nur eine Datenübertragung zwischen zwei Baugruppen erfolgen.
Steuerbus
Der Steuerbus dient der Übertragung bestimmter Signale an die einzelnen Komponenten. Auf diese Weise wird den Baugruppen mitgeteilt, was sie zu tun haben. Z. B. die Daten vom Datenbus aufnehmen oder Daten auf den Datenbus stellen.
Der Steuerbus beinhaltet auch die Interrupt-Leitungen über den die Peripherie-Geräte dem Prozessor eine Unterbrechungsanforderung signalisieren können. Typischerweise werden Unterbrechungsanforderungen bei Dateneingaben erzeugt.
Folgende Signale werden vom Steuerbus verarbeitet:
- Lesen aus dem RAM
- Schreiben in das RAM
- Eingabe von peripheren Geräten
- Ausgabe an periphere Geräte
- Interruptsignale
Vorgänge auf dem Systembus
Beispiel: Lesevorgang ROM
Die CPU soll Daten aus der Funktionsbaugruppe ROM lesen: Die CPU ...
- ... gibt die Adresse der Funktionsbaugruppe ROM und der Speicherzelle auf den Adressbus.
- ... aktiviert die Steuerleitung READ, wobei die adressierte Speicherzelle ihren Inhalt auf den Datenbus gibt.
- ... übernimmt die Daten vom Datenbus und deaktiviert die Steuerleitung READ. Der Lesevorgang ist damit beendet.
Beispiel: Schreibvorgang OUT
Die CPU soll Daten in die Funktionsbaugruppe OUT schreiben: Die CPU ...
- ... gibt die Adresse der Funktionsbaugruppe OUT auf den Adressbus.
- ... gibt die Daten auf den Datenbus.
- ... aktiviert die Steuerleitung WRITE, wodurch die Funktionsbaugruppe OUT die Daten vom Datenbus aufnimmt.
- ... deaktiviert die Steuerleitung WRITE. Der Schreibvorgang ist damit beendet.
Bus-Abschluss
Jede Adressleitung, jede Datenleitung und jede Steuerleitung ist über einen Bus-Abschluss geführt. Der Pullup-Widerstand RUP sorgt dafür, dass die Bus-Leitung nicht offen ist und Störsignale aufnehmen kann. Der Abschluss-Widerstand RW ist der Wechselstromwiderstand/Wellenwiderstand.
Der Kondensator sorgt dafür, dass der Gleichstromkreis von Masse getrennt wird.
Vergleich der Adress- und Datenbusbreite einiger Prozessoren
| Prozessor | Adressbus | Datenbus |
|---|---|---|
| 8088 | 20 Bit | 8 Bit |
| 8086 (XT) | 20 Bit | 16 Bit |
| 80286 (AT) | 24 Bit | 16 Bit |
| 80386-SX | 32 Bit | 16 Bit |
| 80368-DX | 32 Bit | 32 Bit |
| 80468 | 32 Bit | 32 Bit |
| Pentium | 32 Bit | 64 Bit |
| Pentium Pro | 36 Bit | 64 Bit |
| Pentium MMX | 32 Bit | 64 Bit |
| Pentium II | 36 Bit | 64 Bit |
Während die Adressbusbreite Einfluss auf die maximal Speichergröße hat, die ein Prozessor ansprechen kann, hat die Datenbusbreite Einfluss auf die Übertragungsgeschwindigkeit. Dabei spielt auch noch die Taktgeschwindigkeit des Datenbusses eine Rolle.
Systembus-Erweiterungen
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