Computer Busse: Grundlagen, Merkmale und Klassifizierung

Einführung in das Konzept des Computerbusses

Computersysteme benötigen eine große Menge an Informationen. Um den Datenaustausch zwischen den verschiedenen Komponenten so effizient und reibungslos wie möglich zu gestalten, wurden spezielle Übertragungswege entwickelt. Diese „Wege“ werden als Busse bezeichnet. Sie sind interne Schaltkreise auf dem Motherboard, die den Datenaustausch zwischen den Komponenten ermöglichen und maßgeblich die Geschwindigkeit des Computers bestimmen. Je schneller Daten gesendet werden können, desto mehr Operationen pro Sekunde können durchgeführt werden.

In der Informatik bezeichnet der **Bus** die Menge der physischen Verbindungen (Kabel, Leiterbahnen auf Leiterplatten etc.), die von mehreren Hardware-Komponenten gemeinsam genutzt werden, um miteinander zu kommunizieren.

Oft wird hierfür die Metapher der „Datenautobahn“ verwendet.

Kommunizieren nur zwei Hardware-Komponenten über eine direkte Leitung, spricht man von einem **Hardware-Port** (z. B. serielle oder parallele Schnittstelle).

Merkmale eines Computerbusses

Ein Bus wird durch die Menge der gleichzeitig übermittelbaren Informationen charakterisiert. Dieses Volumen wird in Bits ausgedrückt und entspricht der Anzahl der physikalischen Leitungen, über die Informationen gleichzeitig gesendet werden. Ein 32-adriges Flachbandkabel ermöglicht beispielsweise die parallele Übertragung von 32 Bits. Der Begriff **„Busbreite“** wird verwendet, um die Anzahl der Bits zu bezeichnen, die ein Bus gleichzeitig übertragen kann.

Die Bus-Geschwindigkeit wird durch ihre **Frequenz** (ausgedrückt in Hertz, Hz) definiert, d. h. die Anzahl der Datenpakete, die pro Sekunde gesendet oder empfangen werden können. Jeder Sende- oder Empfangsvorgang von Daten wird als **Zyklus** bezeichnet.

So ist es möglich, die **maximale Übertragungsgeschwindigkeit** des Busses (die Datenmenge, die pro Zeiteinheit transportiert werden kann) durch Multiplikation der Busbreite mit der Frequenz zu ermitteln. Ein Bus mit einer Breite von 16 Bit und einer Frequenz von 133 MHz hat demnach eine Übertragungsrate von:

16 * 133 * 106 = 2128 * 106 bit / s oder 2128 * 106 / 8 = 266 * 106 Byte / s 266 * 106 / 1024 = 259765,625 KB / s 259.765,625 / 1024 = 253,677 MB / s

Da die CPU in der Regel schneller ist als der Front Side Bus (FSB), verwenden Mainboards einen **Frequenzvervielfacher**, der angibt, wie schnell der Prozessor im Verhältnis zur Busgeschwindigkeit läuft. Da E/A-Busse (Input/Output) langsamer sind als der FSB, wird ein **Teiler** benötigt, der die Arbeitsgeschwindigkeit der E/A-Busse im Verhältnis zur FSB-Geschwindigkeit festlegt.

Klassifizierung von Computerbussen

Tatsächlich besteht jeder Bus in der Regel aus 50 bis 100 verschiedenen physikalischen Leitungen. Ein Bus wird je nach Art der übertragenen Daten in drei Untergruppen unterteilt: den **Datenbus**, den **Adressbus** und den **Steuerbus**. Diese drei Bustypen bilden zusammen den sogenannten **Systembus**.

• Der **Adressbus** (auch bekannt als Speicherbus) trägt Speicheradressen, auf die der Prozessor zugreifen möchte, um Daten zu lesen oder zu schreiben. Dies ist ein unidirektionaler Bus. Er sendet Adressen zwischen CPU und Speicher. Der Adressbus arbeitet synchron mit dem Datenbus. Er ist notwendig, damit die CPU die Adressen der gesendeten (oder empfangenen) Daten für den Datenbus kennt. Zur Bestimmung der Größe des direkt zugänglichen oder adressierbaren Speichers durch die CPU muss die Anzahl der Leitungen oder Bits berücksichtigt werden, aus denen der Adressbus besteht. Je größer die Anzahl der Bits, desto größer ist der adressierbare Speicherbereich. Wenn der Adressbus beispielsweise 10 Bit breit ist, können 2¹⁰ Speicherplätze, d. h. 1024 Zellen, adressiert werden.
• Der **Datenbus** überträgt sowohl Anweisungen vom Prozessor als auch Daten, die an ihn gerichtet sind. Dies ist ein bidirektionaler Bus. Er ermöglicht den Austausch von Daten zwischen der CPU und den anderen Einheiten.
• Der **Steuerbus** (manchmal auch als Befehlsbus bezeichnet) transportiert Befehle und Synchronisationssignale von der Steuereinheit zu anderen Hardwarekomponenten. Dies ist ein bidirektionaler Bus, da er auch Antworten von der Hardware überträgt. Der Steuerbus regelt die Nutzung und den Zugriff auf die Daten- und Adressleitungen. Die Steuersignale übertragen sowohl Befehle als auch Timing-Informationen zwischen den Modulen. Er stellt sicher, dass es zu keinen Kollisionen von Informationen im System kommt.