Les bus: introduction

Les bus d'extensions

Le bus est un support de communication, par exemple entre le microprocesseur et les périphériques (cartes d'extensions, disques durs, lecteurs divers, etc.).

Chaque constructeur développant son propre bus, pour un périphérique A, le bus A était nécessaire.
Des standards de communication se sont donc imposés sur le marché, afin de rendre compatibles les différents périphériques.

Le bus PC d'origine comprenait 20 fils (2²⁰=plus d'un million de possibilités) pour les adresses.

Une ligne du bus indique qu'il s'agit d'une adresse mémoire ou d'une adresse entrée/sortie.

D'autres lignes indiquent s'il s'agit de lecture ou d'écriture en mémoire (ou en entrée/sortie).

Certains càbles du bus fournissent aussi une alimentation électrique pour certaines cartes d'extensions, d'autres permettent l'envoi de signaux de commandes tels que reset, clock, et refresh.

Lorsqu' une carte désire attirer l'attention du microprocesseur, elle le fait par un IRQ.

Les bus de données

Le bus ISA

ISA= Industry Standard Architecture.

IBM a développé le bus PC pour ses AT en conservant la compatibilité avec les PC et les XT. Il a donc conservé le connecteur à 62 lignes, et ajouté un connecteur 36 lignes dans le prolongement de ce dernier.

• 8 lignes de données supplémentaires transforment le bus de données en un bus 16 bits.
• 4 lignes d'adresses supplémentaires permettent un adressage 24 bits (2²⁴=16 Mo de RAM).
• 4 canaux DMA sont ajoutés.
• 5 niveaux d'IRQ supplémentaires.

Pour la solution du découplage entre l'horloge principale et l'horloge du bus, la carte suppose que tous les ordinateurs travaillent à une fréquence de 8 MHz, ce qui rend la carte compatible aux différentes vitesses des ordinateurs.

La configuration de la carte se fait au moyen de microrupteurs ou de cavaliers (jumper ou switch en anglais).

Le bus MCA

MCA= Micro Channel Architecture.

Développé par IBM pour les PS/2 afin de concurrencer Compaq qui avait repris le bus ISA, le bus MCA est totalement incompatible avec ce dernier.

Le bus MCA travaille à une fréquence de 10 MHz au lieu de 8 MHz, et supporte les transferts de données sur 16 ou 32 bits. Il possédait même un mode de transmission qui permettait de transférer 64 bits à la fois.

La configuration ne se fait plus au moyen de microrupteurs ou de cavaliers, mais bien selon un logiciel.

Les canaux DMA on pour objectif la vitesse dans leurs transferts de données des cartes d'extensions vers les RAM du système (ou inversement), mais ne permettent pas le transfert entre cartes. Ce transfert est géré selon le bus mastering (sorte de super canal DMA) qui n'est pas supporté par les cartes ISA.

Le bus EISA

EISA= Extended ISA.

Le bus EISA concurrence le standard MCA car il en possède les caractéristiques intéressantes sans sacrifier la compatibilité avec les bus ISA des AT. EISA côtoyait souvent sur les cartes mères des bus plus récents tels que PCI ou VLB.

Caractéristiques du bus EISA:

• Accès aux données sur 32 bits.
• Possibilités d'adressage de 4 Go de mémoire.
• 64 Ko d'adresses d'entrées/sorties.
• Configuration logicielle des cartes.
• Vitesse d'horloge de 8 MHz.
• Supporte le bus mastering.

Le Vesa Local bus

VESA=Video Electronics Standards Association.

Développé afin de remédier à l'incompatibilité entre les différentes cartes vidéo à bus local, le bus VLB ne permettait pas le bus mastering, ni la configuration logicielle des cartes.
Le microprocesseur central devait coordonner tous les transferts sur le bus VLB, qui était donc un goulot d'étranglement qui freinait les performances de la machine.

Le bus PCI

Le bus PCI supporte le bus mastering, via un système composé de multiples processeurs de vitesse moyenne.
Par exemple, un transfert de fichiers sur Ethernet exige plus de 40% des ressources du microprocesseur avec une carte Ethernet ISA pour seulement 6% dans le cas d'une carte Ethernet PCI.

Le bus PCI n'interface pas directement avec le microprocesseur, mais communique avec lui par l'intermédiaire d'un "montage en pont" qui sert de tampon entre le microprocesseur et lui.

Caractéristiques d'un bus PCI:

• Fréquence d'horloge allant jusqu'à 33 MHz.
• Vitesse de transfert de 132 Mb/s avec une carte 32 bits.
• Vitesse de transfert de 264 Mb/s avec une carte 64 bits.
• Support du plug and play.

Les circuits qui supportent le standard PCI supportent également les standards ISA et EISA, mais pas le contraire.

Le bus PCMCIA

Le bus PCMCIA, aussi désigné sous le nom de PC Card, est le bus utilisé pour les ordinateurs portables.

Caractéristiques:

• Possibilités d'adressage de 64 Mo.
• Ne supporte ni le bus mastering ni le DMA.
• Configuration plug and play.
• Supporte théoriquement 4080 emplacements PC Card sur une même machine.
• Accès aux données en 16 bits.
• Vitesse d'horloge de 33 MHz.
• Taille extrêmement réduite et faible consommation en énergie.
• Type 1:
  • Épaisseur du connecteur: 3,3 mm.
  • 68 broches.
  • Il s'agit le plus souvent de cartes mémoire, de cartes RAM, ou de mémoire flash chargée avec des logiciels. Le PC doit donc copier dans sa mémoire le logiciel enregistré sur la carte avant de pouvoir l'exécuter, ce qui nécessite du temps et de la mémoire.
• Type 2:
  • Épaisseur du connecteur: 5mm (les cartes de type 1 fonctionnent dans des emplacements de type 2.).
  • Ces cartes sont conçues pour agir en tant qu'objet directement inséré dans la zone des< adresses de la mémoire du PC.
• Type 3:
  • Épaisseur des connecteurs: 10,5 mm ou 13mm.
  • Les spécifications sont assez souples pour supporter des disques durs.

Le bus PCI Express

angl : Peripheral Component Interconnect Express.
Anciennement dénommé 3GIO (3rd Generation Input/Output), PCI Express est un standard de bus d'extension conçu en 2002 (développé à l'origine par Intel), et qui a fait son apparition sur les ordinateurs en 2004. Sa vocation est de remplacer en premier lieu le bus AGP, puis le bus PCI sur les cartes mères.
Son avantage est d'offirir un débit plus important que les anciens bus, tout en étant dérivé de la norme PCI, ce qui permet aux différentes constructeurs d'adapter très simplement leur cartes d'extension existantes sans modifications importantes.

Attention à ne pas confondre le bus PCI Express (les données sont envoyées en série) avec le bus PCI-X, qui est une version améliorée du bus parallèle PCI, dont la bande passante disponible est partagée entre tous les périphériques connectés.

Débits du bus PCI Express :

• PCI Express 1x : 250 MB/s montée/descente
• PCI Express 2x : 500 MB/s montée/descente
• PCI Express 4x : 1 GB/s montée/descente
• PCI Express 8x : 2 GB/s montée/descente
• PCI Express 16x : 4 GB/s montée/descente

Le bus SCSI

Angl : Small computer system interface.

Standard d’interface qui permet de raccorder des périphériques intelligents (tels que les disques durs, les imprimantes, les Cd-rom, etc.) grâce à une carte contôleur SCSI (ou adaptateur SCSI).

Le bus SCSI, massivement utilisé jusqu’à peu dans les ordinateurs MAC, était peu répandu dans les PC d’entrée de gamme en raison du coût élevé de ses périphériques. Il était par contre fort apprécié dans les serveurs, en raison de la rapidité de transfert des données.
Actuellement, d’autres bus s’imposent avec des qualités identiques ou supérieures pour un coût nettement moins élevé, tels que le bus Firewire, et surtout le Serial-ATA.

Branchement

• La chaîne doit être terminée.
• Les périphériques doivent avoir une adresse sur la chaîne SCSI.

Terminaison

Terminaison passive

Terminaison active

Adresses logiques sur le bus SCSI

Tableau des différentes normes SCSI

Le bus d'adresses

Dans un microprocesseur, bus constitué de lignes parallèles séparées, qui véhicule les signaux désignant les positions de mémoire. Il permet au microprocesseur de choisir une position définie pour y transférer des données via le bus de données.

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