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.

Das was ursprünglich der Systembus gewesen ist, das ist heute nur noch die Verbindung zwischen Prozessor und Chipsatz. Diese Verbindung wird auch als Front-Side-Bus (FSB) bezeichnet. Weil aus Geschwindigkeitsgründen Bestandteile des Chipsatzes in den Prozessor wandern, 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 Funktionen gesteigert werden kann.

Darstellung des Systembusses

Prinzip-Schaltung des Systembusses
Der Systembus verbindet die einzelnen Komponenten eines Computersystems. Neben dem Prozessor (CPU), gibt es einen Festwertspeicher (ROM), einen Arbeitsspeicher (RAM), eine Eingabe- und eine Ausgabeschnittstelle (Input und Output). Adressbus, Datenbus und Steuerbus verlaufen dabei von Komponente zu Komponente.
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.

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 dem die Peripherie-Geräte dem Prozessor eine Unterbrechungsanforderung signalisieren können. Typische Unterbrechungsanforderungen werden bei Tastatureingaben oder Mausbewegungen 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

Bus-Abschluß
Jede Adressleitung, jede Datenleitung und jede Steuerleitung ist über einen Bus-Abschluss geführt. Der Pullup-Widerstand R_UP sorgt dafür, dass die Bus-Leitung nicht offen ist und Störsignale aufnehmen kann. Der Abschluss-Widerstand R_W 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.