Das Bussystem

Das Bussystem bezeichnet die Verbindung zwischen einzelnen Komponenten, die zur Kommunikation untereinander dient. Dabei wird zwischen dem lokalen und peripheren bzw. zwischen dem seriellen und parallelen Bussystem unterschieden. Die Kommunikation wird mithilfe der Initiator- und Follower-Rollenverteilung gesteuert.


Lokales vs. peripheres Bussystem

Das Bussystem dient zur Kommunikation zwischen den einzelnen Computerkomponenten.

Dabei handelt es sich um Verbindungen - genauer elektronische Leitungen -, über die Daten zwischen den einzelnen Komponenten gesendet und empfangen werden.

Dabei wird in das lokale und das periphere Bussystem bzw. in den internen und externen Bus unterschieden:

  • Lokales Bussystem: Starre Leitungen auf dem Motherboard (interner Bus)
  • Peripheres Bussystem: Flexible Leitungen zwischen den Computerkomponenten (externer Bus)

Lokales Bussystem

Alle Computerkomponenten, die direkt mit dem Prozessor verbunden sind, werden am Motherboard angeschlossen. Diese werden mithilfe eines lokalen Bussystems elektrisch verbunden:

Lokales Bussystem

Peripheres Bussystem

An das lokale Bussystem ist über eine Erweiterungsschnittstelle das periphere Bussystem angeschlossen.

Dieses verbindet das Motherboard mit der Peripherie, also zum Beispiel Laufwerke, Ein- und Ausgabegeräte und Anschlüsse.

Steuerung der Kommunikation

Da eigentlich alle an ein Bussystem angeschlossenen Komponenten Daten senden und empfangen können, muss verhindert werden, dass mehrere Komponenten gleichzeitig Daten senden und empfangen.

Außerdem muss auch dafür gesorgt werden, dass nur die Komponenten empfangsbereit sind, für die die aktuellen Daten relevant sind.

Diese Verwaltung erfolgt entweder direkt über den Prozessor, aber manchmal auch über einen eigenen Bus-Controller.

Hierbei werden den Komponenten festgelegte Zeiten zugeteilt, zu denen sie kommunizieren dürfen.

Initiator und Follower

Bei dieser Kommunikation wird in zwei verschiedene Arten von Knoten (also Kommunikationspartnern) unterschieden:

  • Initiator
  • Follower

Der Initiator kann selbstständig eine Kommunikation auf dem Bus initiieren.

\rarr\rarr Er darf also unaufgefordert Daten an andere Knoten senden.

Die Follower-Knoten hingegen sind passiv, das heißt, sie dürfen nur auf Anfragen antworten.

Schau dir das am besten am folgenden Beispiel an:

Initiator vs Follower

Nehmen wir mal an, der Prozessor möchte mit dem Arbeitsspeicher kommunizieren.

Der Prozessor ist dann in dieser Kommunikation der Initiator, das heißt, er kann Daten an den Arbeitsspeicher - hier also der Follower - senden.

Der Arbeitsspeicher kann hingegen aufgrund seiner Rolle nur dann Daten senden, wenn ihn der Prozessor dazu auffordert.

\rarr\rarr Diese Rollenverteilung ist gerade bei sehr komplexen Verbindungen, wie sie zum Beispiel im Computer vorliegen, sehr wichtig, damit die Kommunikation über das Bussystem problemlos und ohne Datenverlust funktionieren kann.

Serielles vs. paralleles Bussystem

Bei einem Bussystem spielt neben der Art des Systems auch die Breite eine wichtige Rolle. Diese beschreibt dabei die Anzahl an Leitungen eines Busses.

\rarr\rarr Je mehr Leitungen ein Bus also hat, desto breiter ist er.

In einem Computer gibt es zwei verschiedene Bussysteme, die sich in diesem Merkmal unterscheiden:

  • Serielles Bussystem: Daten werden Bit für Bit hintereinander über ein Datenkanal gesendet.
  • Paralleles Bussystem: Über mehrere Datenkanäle können gleichzeitig Daten versendet werden.

Serielles Bussystem

Das serielle Bussystem besteht aus nur einer Leitung. Deswegen können die Daten auch nur nacheinander (also seriell) übertragen werden.

Du kannst dir einen seriellen Bus wie eine Einbahnstraße vorstellen:

Serielles Bussystem

Auf einer Einbahnstraße fahren alle Autos hintereinander und wenn einer anhält, müssen auch alle anderen stoppen.

Dadurch ist der serielle Bus zwar langsam, aber auch günstig, da nur eine Leitung verwendet wird.

Er wird außerdem eher für lange Strecken verwendet.

\rarr\rarr Zum Beispiel als Verbindung zwischen dem Motherboard und den Ein- und Ausgabegeräten.

Paralleles Bussystem

Das parallele Bussystem besteht aus mehreren parallelen Leitungen.

\rarr\rarr Dadurch können mehrere Daten gleichzeitig verschickt werden.

Du kannst dir den parallelen Bus also wie eine mehrspurige Autobahn vorstellen:

Paralleles Bussystem

Das parallele Bussystem wird im Gegensatz zum seriellen Bussystem eher für kurze Distanzen verwendet.

\rarr\rarr Zum Beispiel für die Verbindung zwischen Prozessor und Speicher.


Der bekannteste serielle Bus

Der wohl bekannteste serielle Bus ist der USB, also Universal Serial Bus.

Die meisten Geräte werden über ihn an den Computer angeschlossen.

Auch hier werden die Daten seriell übertragen. Das bedeutet, dass die Daten Bit für Bit von einem Gerät auf das andere übertragen werden.

Dabei kann außerdem in beide Richtungen gesendet und empfangen werden, weswegen man hier auch von einer I/O-Schnittstelle spricht.

Bei einer externen Festplatte zum Beispiel können also über den USB-Anschluss Daten von dem Computer auf die Festplatte bzw. von der Festplatte auf den Computer geladen werden:

USB

Da jedoch die Anforderungen seit der Entwicklung des ersten USBs stark gestiegen sind, gibt es mittlerweile viele weitere USB-Typen, wie den USB 2.0, USB 3.0 oder USB 3.1, welche eine schnellere Übertragungsrate als der ursprüngliche USB haben.

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