Hệ Thống Bus Là Gì? - Prosensor

TÓM TẮT NỘI DUNG

• Hệ thống bus là gì?
• Phân loại Bus trong hệ thống như thế nào?
• 1. Bus hệ thống.
• 2. Bus Driver và Bus Receiver.
• 3. Bus đồng bộ ( Synchronous bus).
• 4. Bus không đồng bộ (Asynchnous bus).
• Các loại Bus phổ biến.
• Bus ISA
• Bus EISA và MCA
• Bus EISA
• Bus cục bộ
• Bus PCI (Peripheral Component Interconnect).
• Bus VL
• Bus nối tiếp chung USB
• Tóm lượt
• Bài viết tham khảo

Hệ thống bus là gì?

Khái niệm Bus.

• Bus còn được gọi là bus địa chỉ, bus dữ liệu hoặc bus cục bộ. Bus là đường truyền tín hiệu điện, kết nối các thiết bị khác nhau trong một hệ thống máy tính.
• Một bus là một đường dẫn chung từ bên này sang bên kia; mà dữ liệu có thể di chuyển trong phạm vi máy tính. Đường dẫn này được sử dụng cho liên lạc ;và có thể được thiết lập giữa hai hay nhiều yếu tố máy tính.
• Bus có nhiều dây dẫn được gắn trên bo mạch chủ. Trên các dây dẫn này có các đầu nối đưa ra; chúng được sắp xếp và cách nhau theo khoảng các quy định để có thể cắm vào đó những I/O board hay board bộ nhớ ( hệ thống bus).
• Ví dụ, một bus mang dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ hệ thống qua bo mạch chủ .

Phân loại Bus trong hệ thống như thế nào?

Bus là một bus song song hoặc nối tiếp; và là bus nội bộ (cục bộ) hoặc bus ngoài ( bus mở rộng).

Căn cứ theo cấu hình của các thiết bị nối vào bus, người ta phân chúng thành 3 nhóm như sau:

– Output cấp số liệu cho bus.

– Input nhận số liệu từ bus.

– In/ Out khi là input, khi là output.

Các bus trong hệ thống máy tính sẽ có những bus dùng cho mục đích riêng. 

1. Bus hệ thống.

Vì có rất nhiều các bộ phận, khối riêng lẻ trong bản thân các Chip và các đường truyền số liệu rất đa dạng. Do đó ta không thể thực hiện các đường nối giữa các bộ phận; khối từng đôi một với nhau mà nối chung tất cả các lối vào/lối ra của các khối riêng rẽ với nhau lên một hệ thống đường dẫn chung. Hệ thống được gọi là bus.

Thường có nhiều thiết bị nối với bus; một số thiết bị là tích cực (active) có thể đòi hỏi truyền thông trên bus. Trong khi đó có các thiết bị thụ động chờ yêu cầu từ các thiết bị khác. Các thiết bị tích cực được gọi là chủ (master) còn thiết bị thụ động là tớ (slave). Ví dụ: khi CPU ra lệnh cho bộ điều khiển đĩa đọc/ghi một khối dữ liệu thì CPU là master, còn bộ điều khiển đĩa là slave. Tuy nhiên, bộ điều khiển ra lệnh cho bộ nhớ nhận dữ liệu thì nó sẽ giữ vai trò là master.

2. Bus Driver và Bus Receiver.

Khi bus khá dài và có nhiều thiết bị nối với nó thì tín hiệu điện trong máy tính phát ra thường sẽ không đủ để điều khiển bus. Chính vì thế mà hầu hết các bus master được nối với bus thông qua 1 Chip gọi là bus driver; về cơ bản nó là một bộ khuếch đại hiệu số. Tương tự, hầu hết các slave được nối với bus thông qua bus receiver.

3. Bus đồng bộ ( Synchronous bus).

Bus đồng bộ có một đường dây điều khiển bởi một bô dao động thạch anh, tín hiệu trên đường dây này có dạng sóng vuông, với tần số thường nằm trong khoảng 5MHz – 50 MHz.

4. Bus không đồng bộ (Asynchnous bus).

Bus bất đồng bộ không sử dụng xung clock đồng hồ, chu kỳ của nó có thể kéo dài tùy ý; và có thể khác nhau đối với các cặp thiết bị khác nhau.

Các loại Bus phổ biến.

• Bus ISA

  Dùng cho hệ thống chỉ được điều khiển bởi 1 CPU trên bảng mạch chính; tức là tất cả các chương trình và thiết bị đều chỉ được điều khiển bởi CPU đó. Tần số làm việc cực đại là 8.33 MHz ( tốc độ chuyển tải cực đại là 16.66 MBps với số liệu 2 bytes). Bề rộng dữ liệu là 8 hay 16 bits. ISA có 24 đường địa chỉ nên quản lý được 16 MB bộ nhớ. Nó tương thích 90% với bus AT.

• Bus EISA và MCA

  Sử dụng cho các CPU 32 bits ( số liệu và đường địa chỉ) từ 80386 trở đi. Bus MCA phục vụ cho hệ thống IBM PS/2 không tương thích với bus ISA; có thể hoạt động với 16 hay 32 bits dữ liệu. Nó có nhiều đường dẫn hơn ISA; thiết kế phức tạp cho phép giảm bớt các nhiễu cao tần của PC  tới các thiết bị xung quanh. Tốc độ truyền dữ liệu có thể lên đến 160 MBps.

• Bus EISA

  Đây là chuẩn mở rộng của ISA để bố trí các dữ liệu 32 bits; nhưng vẫn giữ được sự tương thích với mạch nối ghép cũ. Bus EISA có 2 nấc, các tín hiệu ISA được gửi qua nấc trên; các tín hiệu phụ trợ EISA thì gửi qua nấc dưới. Các đặc điểm của EISA:

+ Về mặt cơ khí: có nhiều chân cấm hơn nhưng vẫn tương thích với ISA.

+ Độ rộng dữ liệu: có thể truy xuất 2 đường 8 bits ( tương thích với ISA); 2 đường 16 bits. Do đó, đơn vị quản lý bus 32 bits có thể chuyển tải 4 byte với bộ nhớ hoặc thiết bị ngoại vi. Điều này giúp tăng tốc độ truyền tải lên 33 MBps so với 16.66 MBps của ISA.

+ Độ rộng địa chỉ: ngoài 24 đường giống như ISA, còn thêm 8 đường bỗ sung nữa. Do đó, có thể định địa chỉ trong 4 GB bộ nhớ.

+ Phần cứng được thiết kế theo hệ thống EISA phức tạp hơn so với ISA. Bởi vì nó cũng phải thực hiện các chu kỳ tương thích với ISA. EISA có thể thực hiện phân xử bus; nó cho phép vi xử lý nằm ngoài bảng mạch chính có thể điều khiển toàn bộ bus.

• Bus cục bộ

Nhược điểm của các bus chuẩn trên là mặc dù xung clock của CPU rất cao; nhưng cũng chỉ làm việc với các ngoại vi với tốc độ truyền tải không quá 33 MBps. Điều này không thể đáp ứng được tốc độ của các card đồ họa cắm vào khe cắm của bus mở rộng trong chế độ đồ họa. Chuẩn các bus cục bộ tạo thêm các khe cắm mở rộng nối trực tiếp vào bus cục bộ (bus nối giữa CPU và các bộ đệm). Do đó, bus mở rộng loại này cho phép truy xuất lên trên 32 bits ; cũng như tận dụng được tốc độ xung clock của CPU, tránh được rào cản 8.33 MHz của bus hệ thống.

• Bus PCI (Peripheral Component Interconnect).

Bus PCI là bus của i486 trong đó dữ liệu và địa chỉ được gửi đi theo cách dồn kênh. Các đường địa chỉ và dữ liệu được dồn chung trên các đường của PCI. Cách này tiết kiệm được số chân của PCI nhưng lại hạn chế tốc độ; vì cần 2 xung clock cho 1 quá trình truyền dữ liệu (1 cho địa chỉ và 1 cho dữ liệu).

Khi nối giữa CPU, bộ nhớ chính và bus PCI bằng cầu chì PCI; khi đó bus PC sẽ phục vụ cho tất cả các đơn vị của bus PCI. Tối đa có 10 thiết bị được nối với bus PCI , trong đó cầu chì là một. Chu kỳ của bus PCI đạt gâng bằng tốc độ chu kỳ của bus i486. Nó có thể hoạt động với độ rộng 32 bits dữ liệu và tốc độ 33 MHz ( có thể đạt 64 bits với tốc độ 66 MHz).

Điểm mạnh của bus PCI là dữ liệu được truyền tải theo kiểu cụm, trong đó địa chỉ chỉ truyền đi 1 lần ; sau đó nó sẽ được hiểu ngầm bằng cách cho các đơn vị phát hoặc thu đếm lên trong mỗi xung clock. Do đó, bus PCI hầu như được lấp đầy bởi dữ liệu. Tốc độ truyền tối đa trong kiểu burst có thể lên đến 120MBps.

• Bus VL

Giống như PCI, bus VL cũng phân cách giữa hệ CPU, bộ nhớ chính và bus mở rộng chuẩn. Nó có thể điều khiển tối đa 3 thiết bị ngoại vi, thông qua bus cục bộ trên board mạch chính. Khe cắm VL có 116 tiếp điểm. Bus VL chạy với xung clock bên ngoài CPU, do vậy trong các máy DX2 thì tần số này chỉ bằng một nữa clock CPU. 

Thường có 3 cấp ưu tiên được sắp xếp theo thứ tự giảm dần như sau: DMA/làm tươi, CPU/đơn vị làm chủ bus (bus master) và các đơn vị làm chủ bus khác. Thiết bị nào ở vị trí LBT thì không có khả năng làm các việc liên quan đến chuyển tải dữ liệu. Bus VL chỉ làm việc với 32 bits, trong tương lai sẽ được mở rộng đến 64 bits.

• Bus nối tiếp chung USB

Universal Serial Bus : Bus USB là một công nghệ bus mới đầy triển vọng, được phổ biến nhanh chóng trong các thế hệ máy tính ngày nay. Chủ yếu là bus USB cho phép nối được 127 thiết bị bằng cách sử dụng chuỗi xích. Tuy nhiên nó truyền dữ liệu không nhanh bằng FireWire, ở tốc độ 12MBs nó có khả năng đáp ứng cho hầu hết các thiết bị ngoại vi.

Một ưu điểm nổi bật của USB là những thiết bị ngoại vi tự nhận dạng, một đặc trưng hết sức thuận lợi cho việc cài đặt, xác lập các thiết bị ngoại vi. Đặc trưng này hoàn toàn tương thích với những công nghệ PnP và cung cấp tiêu chuẩn công nghệ cho kết nối tương lai. Hơn nữa, những thiết bị USB có khả năng cắm nóng.

Tóm lượt

Trong thế giới máy tính có rất nhiều loại bus khác nhauđược sử dụng, các bus này nói chung là không tương thích với nhau. Sau đây là một số loại bus được dùng phổ biến:

Tên bus	Lĩnh vực áp dụng
– Camac	Vật lý hạt nhân
– EISA	Một sô hệ thống dùng bộ VXL 8036
– IBM PC, PC/AT	Máy tính IBM PC, IBM/PC/AT
– Massbus	Máy PDP – 1 và VAX
– Microchannel	Máy PS/2
– Multibus I	Một số hệ thống có VXL 8088, 8086
– Multibus II	Một số hệ thống có VXL 80386
– Versabus	Một số hệ thống dùng VXL Motorola
– VME	Một số hệ thống dùng VXL 68×0 của Motorola

• Bus nội bộ so với bus bên ngoài

Bus bên trong cho phép giao tiếp giữa các thành phần bên trong, ví dụ như thẻ video và bộ nhớ. Còn bus bên ngoài thì có khả năng giao tiếp với các thành phần bên ngoài, ví dụ như USB, SCSI. 

• Bus song song với bus nối tiếp.

Một bus máy tính có thể truyền dữ liệu của nó bằng phương thức truyền thông song song hoặc nối tiếp. Với một bus song song, dữ liệu được truyền một số bit tại một thời điểm. Tuy nhiên với một bus nối tiếp, dữ liệu được truyền từng bit một. 

Tốc độ bus

Tốc độ bus của máy tính hoặc thiết bị được đo bằng MHz, ví dụ: FSB có thể hoạt động ở tần số 100 MHz. Các thông của một chiếc xe buýt được đo bằng bit/giây hoặc MB mỗi giây .

Bài viết tham khảo

• PID là gì?
• HMI là gì? Ứng dụng ra sao?
• Switch là gì?