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PC-BUSSE
Inhalt
ADB, Apple desktop
bus
Adressbus
AGP-Bus
AT-Bus
Bus
CCS, common
command set
Datenbus
DDC, display data
channel
DMA-Protokoll
EISA-Bus
Flachbandkabel
Frontside Bus, FSB
GPIB-System
HyperTransport
I/O-Bus
I2C-Bus
I2O-Bus
Impressum:
Herausgeber: Klaus Lipinski
Copyrigt 2005
DATACOM-Buchverlag GmbH,
84378 Dietersburg
Alle Rechte vorbehalten
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IDE-Bus
IEC-Bus
ISA-Bus
Local Bus
MCA-Bus
Mini-PCI-Bus
NuBus
PC-Bus
PC-Card-Bus
PCI-Bus
PCI-Express
PCI-X-Bus
SBus
SMBus
UDMA-Protokoll
UPA, ultra port
architecture
VLB-Bus
VME-Bus
XT-Bus
PC-BUSSE
ADB
Apple desktop bus
Das im Apple Macintosh benutzte serielle Bussystem wird für die Kommunikation mit
einfachen Peripheriegeräten wie Maus, Tastatur, Lichtgriffel, Digitalisiertablett usw.
benutzt. Es können bis zu 16 Peripheriegeräte adressiert werden. Der ADB-Bus hat
zwei Ports kann aber durch Daisy-Chaining mehr als zwei Geräte ansteuern.
Adressbus
address bus
Der Adressbus ist Teil des Systembusses von Computern. Über ihn werden die
Rechenaufgaben transportiert und die Positionen im Arbeitsspeicher adressiert. Die
Breite des Adressbusses bzw. die Anzahl der Adressleitungen bestimmen die
Adressierungsmöglichkeiten. Bei einer Adressbreite von 20 Bit, wie bei den ersten
CPUs der Serie 80x86, ergibt sich ein Adressierungsumfang von 1 Million Adressen,
was einem Speicherbereich von 1 MB entspricht. Bei einer Adressbreite von 24 Bit
erhöht sich der Adressierungsbereich auf 16 Millionen, respektive 16 MB Speicher,
und bei einer Breite von 32 Bit, wie beim Pentium Pro, können 4 x 10 exp9 Adressen
angesprochen werden. Das entspricht einem Speichervolumen von 4 GB Speicher.
Und bei 64 Bit Adressbusbreite bestehen über 10exp18 Adressierungsmöglichkeiten.
AGP-Bus
AGP, accelerated graphics
port
AGP ist ein I/O-Bus für einen
beschleunigten Grafikanschluss. Dabei
werden die Grafikdaten direkt vom
Grafikchip bearbeitet, wodurch die CPU
entlastet und die Performance verbessert
wird. Der AGP-Bus ist ein separater,
unabhängiger Grafikbus, der an den
Chipsatz angeschlossen ist. Die
Grafikdaten werden direkt zur Grafikkarte
und damit zum Grafik-Prozessor
übertragen, der den Arbeitsspeicher mit
seinen Daten belegen kann. Durch das
Auslagern von Grafikdaten in den
Arbeitsspeicher, kann der Grafikspeicher für
PCI- und AGP-Slots
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rechenaufwändige Vorgänge benutzt werden.
Der AGP-Bus war in seiner Grundkonzeption (AGP 1x) auf eine Taktrate von 66 MHz
ausgelegt und hatte damit bei einem 32-Bit-Bus eine maximale Datentransferrate von
266 MB/s. In der Version AGP 2x, einem 2-fach-Modus (AGP 2x), werden die
steigende und fallende Flanke des Taktsignals für den Datentransfer verwendet. Die
dadurch resultierende Datentransferrate liegt damit bei max. 532 MB/s. Im 4-fachModus (AGP 4x) werden bei jedem Takt vier Datenwörter übertragen, wodurch eine
resultierende Datenrate von 1,06 GB/s erreichbar wären. Und im 8-fach Modus, in
dem pro Takt 8 Datenwörter übertragen werden sind theoretisch sogar 2,1 GB/s
möglich. Mit einer Erhöhung der Taktrate auf 100 MHz wären im 4-fach Modus
Datenraten von 1,6 GB/s möglich.
AGP dient ausschließlich dem Transfer von Grafikdaten. Er hat zusätzliche
Signalleitungen um das Pipelining zu steuern. Beim AGP-Bus kann ein neuer
Datentransfer bereits eingeleitet werden, bevor der vorherige Datentransfer
abgeschlossen ist. Auch dies dient der Beschleunigung des Grafikbearbeitung.
Da die Datentransferraten beim AGP-Bus extem hoch sind, ist der Einsatz von
SDRAMs oder RDRAMs erforderlich.
AT-Bus
AT, advanced technology
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Hinter der Bezeichnung AT verbergen sich ein Bussystem für einen PC-Bus und ein
Formfaktor für das Motherboard.
Bei dem AT-Bus handelt es sich um ein Bussystem für PCs mit fortgeschrittener
Technik (Advanced Technology), das dem XT-Bus folgte. Diese PCs basierten auf
den Intel-Prozessoren 80286, 80386 und 80486.
Der AT-Bus arbeitet mit Taktfrequenzen von 8 MHz, 10 MHz und 12,5 MHz. Die
Datentransferrate beträgt bei 8 MHz 5 Mbit/s. Bei den AT-Steckplätzen handelt sich
um einen 16-Bit-Busslot mit 62 Kontakten.
Vom Formfaktor her betrachtet handelt es sich bei der AT-Hauptplatine um eine
veraltete Platine mit einem Tastaturanschluss. Alle anderen Schnittstellen müssen
über Erweiterungskarten nachgerüstet werden. Neuere Hauptplatinen mit dem ATFormfaktor haben verfügen bereits über weitere Schnittstellen.
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Bus
bus
CCS
common command set
Datenbus
data bus
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Busse sind Verbindungssysteme für elektronische und elektrische Komponenten.
Von der Topologie her handelt es sich bei einem Bus immer um ein physikalisches
Medium, an das die einzelnen Komponenten angeschlossen sind und das an beiden
Enden abgeschlossen ist. Die Übertragung auf einem Bus kann Bit- oder Byteparallel erfolgen, wie beim PC-Bus, oder seriell, wie bei Netzwerken in Bustopologie
oder beim Feldbus.
Ein PC-Bus ist das Verbindungssystem, das aus mehreren parallelen Leitungen
besteht und über den alle Rechnerkomponenten wie die CPU, der I/O-Controller,
Arbeitsspeicher, die Festplatten usw. miteinander kommunizieren können. Es
handelt sich dabei um eine Schnittstelle zur bitparallelen Übertragung der Daten
zwischen Mikroprozessor, Speicher, Grafikkarten, Kommunikationseinrichtungen und
Schnittstellen für Peripheriegeräte. Über einen Bus werden Adress-, Daten-, Steuerund Versorgungsleitungen geführt.
Die Breite des Datenbusses ist durch das Konzept und den verwendeten
Mikroprozessor bestimmt. In PCs benutzte Buskonzepte sind u.a. der ISA-Bus, der
PCI-Bus und der AGP-Bus.
In PCs gibt es zwei grundsätzlich unterschiedliche Bussysteme: den Systembus und
den I/O-Bus.
Der Common Command Set (CCS) ist der standardisierte Befehlssatz für SCSI. Er
wurde bei der Entwicklung von SCSI-1 in einem Arbeitspapier festgelegt, da zu
diesem Zeitpunkt bereits SCSI-Lösungen mit proprietären Befehlssätzen auf dem
Markt waren.
Ein Datenbus ist Teil des Systembusses eines Computers. Es handelt sich um eine
Struktur, bei der gleichzeitig Daten zwischen der CPU, den Hardware-Komponenten,
Registern, Speichern, Caches und Peripheriegeräten in paralleler Form übertragen
werden. Die Datenbus-Breite orientiert sich an der Datenwortbreite der CPU. Es gibt
daher Datenbusse, die eine Datenwortbreite von 8, 16, 32 oder 64 Bit parallel
übertragen.
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DDC
display data channel
Der Display Data Channel (DDC) wurde von der VESA für die Steuerung von
Monitoren spezifiziert. Über diesen DDC-Kanal tauschen der Monitor das
Betriebssystem und die Grafikkarte technische Daten aus und ermöglichen dadurch
das Plug-and-Play.
Um das Plug-and-Play zu erfüllen, überprüft die Grafikkarte die vom Monitor
übermittelten Parameter und stellt einen entsprechenden Grafikmodus oder eine
bestimmte Bildwiederholfrequenz ein, vorausgesetzt, die entsprechende Funktion
wird vom Betriebssystem, wie Windows 98 und Windows 2000 oder den Treibern der
Grafikkarten unterstützt. Die Signalübertragung erfolgt seriell über das Monitorkabel.
Es gibt mehrere DDC-Versionen: Bei der einfachen Version DDC1 werden nur die
Kenndaten des Monitors als EDID-Datei unidirektional zur Grafikkarte übermittelt. Zu
diesen Kenndaten gehören die Bildschirmgröße, die Auflösung und die
Herstellerangabe.
Die Version DDC2 kennt zwei Versionen. In der Version DDC 2B wird eine
bidirektionale Kommunikation zwischen Monitor und Grafikkarte unterstützt, wobei
die Grafikkarte die Kenndaten des Monitors anfordern kann, die über den VESA
Display Information File (VDIF) geliefert werden. In der Version DDC 2AB kann der
Monitor von der Grafikkarte aus in der Helligkeit, im Kontrast usw. gesteuert werden.
DMA-Protokoll
DMA, direct memory access
Ein Protokoll für den direkten Speicherzugriff. Bei diesem Protokoll erfolgt der
Informationsaustausch zwischen Arbeitsspeicher und Massenspeicher, ohne die
CPU in Anspruch zu nehmen. DMA hat eine eigene Steuerlogik, den DMA-Controller,
für die Steuerung des Systembusses, und eignet sich besonders für den schnellen
Datentransfer von großen Datenmengen.
Beim DMA-Transfer wird die DMA-Schnittstelle von der CPU initialisiert, mit einem
DMA-Request an die CPU erfolgt die Bus-Freigabe. Danach nutzt die DMASchnittstelle die Busse in gleicher Art und Weise wie die CPU. DMA kennt vier
Betriebsarten: den Byte Mode mit der byteweisen Übertragung, den Burst Mode, den
Halt Mode, bei dem die CPU bis zur Beendigung des DMA-Transfers angehalten
wird, und den Transparent Mode bei dem die DMA-Schnittstelle und die CPU
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zeitmultiplex arbeiten. Beim ISA-Bus können bis zu 16 MB des Arbeitsspeichers für
das DMA adressiert werden. Beim EISA-Bus und bei der Micro-Channel-Architektur
ist der gesamte Speicherbereich adressierbar.
Eine Weiterentwicklung von DMA für ATA/IDE ist das Ultra-DMA, das
Datentransferraten von 33 MB/s und 66 MB/s unterstützt, ebenso wie die PIO-Modi
1, 3 und 4.
Eine Alternative zu DMA ist das Programmed Input/Output-Interface (PIO) bei dem
allerdings alle übertragenen Daten über den Prozessor laufen.
EISA-Bus
EISA, extended industry
standard architecture
EISA ist der auf ISA basierende erweiterte PC-Bus. Er wurde 1988 von namhaften
PC- und Chip-Herstellern eingeführt und arbeitet mit 32 Bit, ist allerdings kompatibel
zur 16-Bit-Architektur des ISA. EISA eignet sich für die 32-Bit-CPUs 386 und 486, hat
eine Taktfrequenz von 8,33 MHz und eine Datentransferrate von 33 MB/s. Der
Taktgenerator versorgt die CPU und nach der Frequenzteilung auch den EISA-Bus.
Der EISA-Buscontroller unterscheidet ISAS- und EISA-Bussignale und zerlegt die
32-Bit-Dateneinheiten in 8 Bit und 16 Bit für die XT- und AT-Peripherie.
Übersicht über
PC-Busse
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Der EISA-Busslot besteht aus zwei Ebenen mit insgesamt 188 Kontakten: Ebene 1
ist für ISA und hat 98 Kontakte, Ebene 2 hat 90 Kontakte für EISA.
Mit einem externen Mikroprozessor auf dem EISA-Board können Peripheriegeräte
und Arbeitsspeicher gesteuert und auf diese ohne Mitwirkung der CPU zugegriffen
werden.
Flachbandkabel
SCSI-Flachbandkabel für
interne Gerät
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Bei den Flachbandkabeln, die in der Computertechnik Festplatten, CD- und DVDLaufwerke, Disketten-Laufwerke usw. mit den Schnittstellen des Motherboard
verbinden, liegen die einzelnen Leitungen parallel in einer Ebene nebeneinander.
Die erste Leitung dieser vieladrigen Kabel ist farblich gekennzeichnet, meist in rot.
Diskettenkabel haben 32 Leitungen, Festplatten und CD- und DVD Laufwerke
werden mit 40-adrigen Flachkabeln angeschlossen. Die ATA-Schnittstelle benötigt
ein 80-adriges Flachbandkabel, bei diesem werden allerdings nur 40 Leitungen für
die Datenübertragung genutzt, die anderen dazwischen liegenden Leitungen bilden
eine Schirmung gegenüber den Daten führenden Leitungen. SCSI-Kabel sind 50-,
68-, 80- oder 110-polig, wobei das 110-polige Kabel erstmals in SCSI-3 definiert
wurde.
Flachbandkabel können mit den verschiedensten Steckern konfektioniert werden;
mit Buchsenleisten nach DIN, Leiterplattenverbindern, Sub-D-Steckern, Centronics,
dem VHDCI-, dem SCA-Stecker und anderen. Der Leiterabstand entspricht den
Rastergrößen der Steckerkontakte und kann 1,27 mm und 0,635 mm betragen. Die
Leitungen eines Flachbandkabels
können in sich verdrillt, farblich mit dem
Farbcode (IEC) gekennzeichnet und einoder beidseitig geschirmt sein.
Fertigungstechnisch können
Flachbandkabel zu einem Rundkabel
geformt und mit Schirmungen und PVCAußenmantel versehen werden.
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Frontside Bus, FSB
Datentransferleistung des
FSB-Busses bei bestimmten
Transfertechniken
Der Front Side Bus (FSB) ist die Schnittstelle für die Datenübertragung zwischen
CPU und Motherboard. Die Taktrate des FSB beträgt im Allgemeinen 100 MHz oder
133 MHz, früher auch 33 MHz und 66 MHz. Aus dieser Taktfrequenz wird der CPUTakt und die Taktfrequenz für die Busse respektive Schnittstellen abgeleitet. Um die
Datentransferrate zwischen CPU und Chipsatz zu erhöhen, hat man verschiedene
Transfer-Verfahren entwickelt. So wird beispielsweise bei dem SDR-Verfahren pro
Taktimpuls ein Datenpaket übertragen, bei DDR verdoppelt man die
Datentransferrate, indem bei jedem Taktimpuls zwei Datenpakete übertragen werden
und bei QDR sogar vier.
Die Übertragungsleistung des FSB muss an die Leistung des internen CPU-Busses
angepasst sein und bestimmt die maximale Datentransferrate. Diese errechnet sich
aus der Multiplikation der FSB-Taktrate mit der Datenwortbreite und der Anzahl der
Pakete pro Taktzyklus. Daraus ergibt sich beispielsweise bei einer FSB-Taktrate von
100 MHz, einer Busbreite von 64 Bit und einem Datenpaket pro Taktzyklus eine
Datentransferrate von 800 MB/s. Der errechnete Wert gilt beispielsweise für den
Pentium II. Um die Datentransferrate optimal nutzen zu können, müssen weitere
Systemkomponenten des Motherboards, wie die Arbeitsspeicher, an den Leistung
des FSB angepasst werden.
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GPIB-System
GPIB, general purpose
interface bus
Ein von Hewlett Packard entwickelter Interface-Bus. Bekannt auch als IEEE-488Standard und als IEC-625-Bus. Dieser Interface-Bus dient zur Verbindung von bis zu
15 Peripheriegeräten mit einem Computer. Häufig zu finden in Laborumgebungen,
um Messergebnisse von Geräten dem Computer zuzuführen (Talker), Anordnungen
an Laborgeräte zu geben (Listener), Arbeitsergebnisse auszuwerten und
Versuchsanordnungen zu steuern (Controller). Das System hat drei Teilbusse, einen
8-Bit-Datenbus, drei Handshake-Leitungen und fünf Steuerleitungen.
HyperTransport
HyperTransport ist eine von Advanced Micro Devices (AMD) und API Networks
entwickelte Hochgeschwindigkeitsverbindung für den schnellen Datentransfer in
PCs, speziell für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Bausteinen auf
einer Platine, so benutzt der Athlon diesen I/O-Bus zum Datenaustausch mit
anderen CPUs und der Northbridge. Die erste Version von HyperTransport arbeitete
mit einer Taktrate von 800 MHz und
erreichte in der 16-Bit-Ausführung
Datentransferraten von 6,4 GB/s. In
der Version 2.0 mit einer
Taktfrequenz von 1,4 GHz werden
Datenraten von 22,4 GB/s erzielt,
bei 32 Bit Busbreite. Die
zusammengefasste Bandbreite von
22,4 GB/s entspricht in etwa dem
100-fachen des PCI-Busses, zu
dem HyperTransfer kompatibel ist,
ebenso wie zu PCI-X und PCIExpress.
Die Busbreite kann zwischen 2 und
32 Bit variieren, ebenso können die
Taktraten zwischen 200 MHz und
1,4 GHz benutzt werden, wodurch
Spezifikationen von
Hypertransport
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eine Optimierung zwischen Kosten und Effizienz möglich ist.
HyperTransport arbeitet mit mehreren Links über die die Prozessoren mit dem AGPBus, dem PCI-Bus oder die PC-Schnittstellen verbunden sind.
Die Spezifikationen von HyperTransfer werden vom HyperTransport Consortium
definiert und veröffentlicht. Bei dieser Organisation handelt es sich um eine NonProfit-Organisation, die die Entwicklung vorantreibt und die Spezifikationsdokumente
verwaltet.
http://www.hypertransport.org
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I/O-Bus
I/O, input/output bus
I/O-Busse dienen der Verbindung von Peripheriegeräten und Einsteckkarten mit der
CPU und dem Arbeitsspeicher. Über den I/O-Bus laufen alle Daten, die von den
Eingabegeräten eingelesen und von den Ausgabegeräten ausgegeben werden. Der
I/O-Bus befindet sich auf der Hauptplatine und besteht aus einer oder mehreren
parallelen Leitungen für Daten, die Adressdaten sowie Taktsignale und
Steuerinformationen.
Der I/O-Bus stellt eine Erweiterung des Systembusses dar, der auf dem Motherboard
in einem Controller-Chip endet und eine Verbindung zum I/O-Bus bildet. Er hat eine
geringere Taktfrequenz als der Systembus. Die bekanntesten I/O-Busse sind ISABus, EISA-Bus, PCI-Bus, AGP-Bus und USB sowie der HyperTransport auf
Leiterplatten.
I2C-Bus
I2C, inter IC bus
Der Inter-IC-Bus, der gewöhnlich als I2C-Bus (I Quadrat C) bezeichnet wird, ist ein
Steuerbus für die Kommunikation zwischen integrierten Schaltungen (IC) eines
Systems. Der I2C-Bus wurde in den 80er Jahren von Philips konzipiert und hat sich
zu einem De-facto-Standard für die Systemsteuerung entwickelt. Es handelt sich um
einen bidirektionalen 2-Draht-Bus, über dessen zwei Drähte, die Serial Clock Line
(SCL), das Taktsignal und das Datensignal, Serial Data (SDA), übertragen werden.
Beide Leitungen werden über Pullup-Widerstände als AND-Gatter vorgespannt. Die
Schaltpegel sind abhängig von der Versorgungsspannung; der Hi-Level liegt bei
unter 3 V und entspricht 0,7 x Versorgungsspannung, der Lo-Level bei unter 1,5 V
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I2C-Bus mit direktionalen
Leitungen für das Daten- und
Taktsignal
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und beträgt 0,3 x Versorgungsspannung. Die Taktfrequenz beträgt
standardmäßig 100 kHz, in zwei
höher getakteten Versionen 400 kHz
und 2 MHz.
Bei dem für den Master-Slave-Betrieb
konzipierten I2C-Bus, der im
Wesentlichen dem SMBus
entspricht, können alle I2CKomponenten direkt angeschlossen
werden, ebenso kann jeder I2CMaster die Vermittlungsfunktion zu
den I2C-Slaves übernehmen. An den
I2C-Bus können auch mehrere Master und I2C-Komponenten mit unterschiedlichen
Datentransferraten angeschlossen werden. Arbeitet beispielsweise ein I2C-Slave
langsamer als der sendende I2C-Master, dann erhält dieser vom Slave ein Signal zur
Reduzierung der Datentransferrate, die er entsprechend anpasst. Es kann allerdings
immer nur ein I2C-Master mit einem I2C-Slave in Halbduplex kommunizieren.
Bedingt durch das softwarebasierte Adressierungsschema ist keine Hardware für die
Adressen-Decodierung erforderlich. Die Slaves sind standardmäßig mit 7 Bit
adressiert und bei erweitertem Adressierungsraum mit 10 Bit.
In den 20 Jahren ist der I2C-Bus ständig weiter entwickelt worden und kennt drei
Datentransfermoden: Im Standard-Betrieb ist die Datentransferrate 100 kbit/s, im
Fast-Betrieb erreicht sie bis zu 400 kbit/s und im High-Speed-Modus bis zu 3,4 Mbit/
s. Außerdem wird mit den Bus-Hubs, Repeatern, bidirektionalen Switches und
Multiplexern die ursprüngliche Anzahl an anschließbaren Komponenten wesentlich
erweitert. In diesem Zusammenhang sind auch die softwarekontrollierte Kollisionserkennung und die Arbitration zu nennen, die auch in komplexen Systemen für eine
hohe Verfügbarkeit und Performance sorgen.
Der I2C-Bus kann vielseitig eingesetzt werden. So beispielsweise für die Steuerung
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und Kontrolle von Sensoren bis zum EEPROM, von universellen I/Os, über A/DWandler, D/A-Wandler, Verstärker, Oszillatoren und Taktgeneratoren bis hin zu
Codecs und Mikroprozessoren. Typische Einsatzbereiche liegen in Geräten der
Konsumelektronik, in denen er für die Kommunikation der integrierten Schaltungen
(IC) untereinander sorgt. So in Fernsehgeräten und Videorecordern, in DVD-Playern
und Handys.
I2O-Bus
I2O, intelligent I/O
IDE-Bus
IDE, integrated drive
electronics
Datentransferraten für
IDE- und EIDE-Busse
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Die Intel-Entwicklung I2O basiert auf dem I/O-Prozessor i960RP, der ein komplettes
Subsystem auf dem Chip vereint. Dadurch, dass die PCI-Bridge auf dem Chip liegt,
kann der PCI-Bus direkt an den i960RP angeschlossen werden.
Integrated Drive Electronics (IDE) ist eine
parallele Festplatten-Schnittstelle für den
Anschluss von Festplatten-Laufwerken, CDLaufwerken, Bandgeräten und DiskettenLaufwerken. Bei moderneren IDE-Laufwerken
befindet sich der IDE-Controller im
Festplattengehäuse.
IDE beschränkte sich ursprünglich als FileService-Laufwerktechnologie auf zwei
Laufwerke je IDE-Controller: ein dominierendes
Master-Laufwerk und ein Slave-Laufwerk, die
über den Festplatten-Controller gesteuert
werden. Die Laufwerke sind mit einem 80poligen Flachbandkabel mit den IDE-Steckern
auf dem Motherboard verbunden. Das Kabel
hat eine Länge von 40 cm. In der Enhanced-Version (EIDE) können bis zu vier
Laufwerke gesteuert werden.
Bei den IDE-Schnittstellen gibt es verschiedene Übertragungsprotokolle, zu nennen
sind der PIO-Modus und das DMA-Protokoll. Bei Ultra-DMA werden
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Datentransferraten 33 MB/s (UDMA/33) und 66 MB/s (UDMA/66) erreicht.
Für IDE gibt es neben den Festplatten auch CD-Laufwerke und DVD-Laufwerke.
IEC-Bus
IEC bus
ISA-Bus
ISA, industry standard
architecture
ISA-Steckplätze
Local Bus
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Genormte Form des von Hewlett Packard (HP) entwickelten GPIB-Busses (General
Purpose Interface Bus). Der Bus ist auch unter dem Namen HPIB-Bus bekannt
(Hewlett Packard Interface Bus).
Die Industrie-StandardArchitektur (ISA) bildet die
Leitlinie für PC- und SoftwareHersteller, in der die
Eigenschaften der AT-PCs
festgeschrieben sind. In ISA
werden die CPUs, die Eigenschaften von Betriebssystemen, der I/O-Bus und der
Systembus definiert. Der I/O-Bus wurde für die CPU 80286 konzipiert, er hat 16
Daten- und 24 Adressleitungen. Der Steckplatz für den ISA-Bus besteht aus zwei
getrennten Slots: einem 8-Bit-Slot mit 62 Anschlüssen und einem Slot für die 16-BitErweiterung mit 36 Kontakten. Der 8-Bit-Slot entspricht dem älteren XT-Bus. Die
Taktfrequenz beträgt 8,33 MHz und die Datenübertragungsrate 8,33 MB/s. Der
synchron mit der Teilung des CPU-Taktes arbeitende 16-bit-Bus hat 98 Kontakte.
An den ISAS-Bus ist die LPT-Schnittstelle, die COM-Ports, das Disketten-Laufwerk
und die Tastatur angeschlossen. In dem ISA-Bus können ISA-Steckkarten, wie
Soundblaster und Soundkarten betrieben werden.
Der 1981 verabschiedete ISA-Standard wurde 1988 erweitert und ist bekannt als
EISA-Standard.
Der Local Bus ist ein Systembus, der speziell für Grafikkarten entwickelt wurde und
über dessen Einsteckkarten schnelle Peripheriegeräte angeschlossen werden
können. Der 1991 entwickelte Local Bus wurde zum Standard-Bus für 486er. Er hat
eine direkte Verbindung mit dem Prozessor, von dem er getaktet und genutzt wird
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PC-BUSSE
und war eine Alternative zum PCI-Bus, der sich in Pentium-Rechnern durchsetzte.
Der Local Bus hatte anfänglich eine Datenbusbreite von 16 Bit, später von 32 Bit im
VLB-Bus.
Local-Bus-Konzepte zeichnen sich durch ihre Expansionsfähigkeit und die
Schnelligkeit aus. Einige Konzepte zeichnen sich dadurch aus, dass die
Peripheriegeräte mit derselben Taktrate und Datenpfadbreite arbeiten können wie die
CPU.
MCA-Bus
MCA, microchannel
architecture
Mini-PCI-Bus
Der MCA ist ein 32-Bit-Bus, der inkompatibel ist zu allen Busstandards und in PS/2Computern und im RISC-System/6000 eingesetzt wird. Der MCA-Bus arbeitet als
Systembus und hat einen separaten Controller mit einer Frequenz von 10 MHz, eine
Datentransferrate von 20 MB/s sowie einen 32-Bit-Busslot mit 202 Kontakten. Der
Bus ist in mehrere Abschnitte für 32 Bit, 16 Bit, 8 Bit und Video-Erweiterung
unterteilt. Die Datenübertragungsrate beträgt 20 Mbit/s. Er ist inkompatibel zum ISABus.
Die Entwicklung eines verkleinerten PCI-Busses, des Mini-PCI, wurde 1998 von
mehreren Firmen ins Leben gerufen, um die Möglichkeiten von PCI in portable
Computer, in Laptops und Notebooks, zu integrieren. Zu diesem Zweck wurde ein
Spezifikationen der
Mini-PCI-Karten
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PC-BUSSE
Steckkarte mit
Mini-PCI-Bus,
Foto: Impress
Industrie-Standard mit neuen Mini-PCIKarten spezifiziert, die in etwa die Größe
einer Scheckkarte haben. Diese Karten
werden in den Portable eingebaut und
sind nicht von außen einsteckbar, wie die
PC-Card. In den Mini-PCI-Spezifikationen
sind drei Kartentypen festgelegt, die sich
in der Kartengröße, den I/OVerbindungen und den Steckern
unterscheiden.
Type I benutzt TP-Kabel, um die RJ-11oder RJ-45-Buchsen des Portables mit
der Mini-PCI-Karte zu verbinden, dagegen
hat die Mini-PCI-Karte vom Type II
eingebaute RJ-11- und RJ-45-Buchsen
und muss somit auf der Hauptplatine so untergebracht werden, dass die Buchsen
von außen zugänglich sind.
Die Verbindung zur Hauptplatine erfolgt über eine 100-polige Steckverbindung. Type
III arbeitet mit einer 124-poligem Steckverbindung zur Hauptplatine, die eine
maximale Höhe von 3 mm hat. Die zusätzlichen 24 Pins werden für die
Signalrückkopplung der I/O-Verbindung benötigt.
Der NuBus ist ein vom MIT in
Verbindung mit Western Digital 1979
entwickelter Systembus mit 32 Bit
Datenbreite. Der NuBus wurde vom
IEEE standardisiert, von Texas
Instruments um Multimasterfähigkeit
erweitert und als NuBus 90 seit 1987
als Peripheriebus in Apple-
NuBus
NuBus-Steckleiste
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PC-BUSSE
Macintosh-Rechnern eingesetzt. Der NuBus arbeitet mit dem Systemtakt der
Motorola CPU 680xx mit Taktraten von 40 MHz.
Auffallend ist, dass Steckkarten für den NuBus mit einer Steckleiste versehen sind,
die dem PCI-Bus sehr ähnlich ist, auf dem Motherboard befindet sich dagegen die
Kontaktleiste.
PC-Bus
Der PC-Bus ist das Verbindungssystem, das aus mehreren parallelen Leitungen
besteht und über den alle Hardware-Komponenten wie die CPU, der I/O-Controller,
die Schnittstellen, der Arbeitsspeicher, die Erweiterungskarten usw. eines Computers
miteinander kommunizieren können. Dieser Bus unterteilt sich in den Systembus,
der die CPU mit dem RAM verbindet, und den oder die I/O-Busse, die die CPU mit
den Einsteckkarten und Peripheriegeräten verbindet.
Über einen Bus werden Adress-, Daten-, Steuer- und Versorgungsleitungen geführt.
Die Breite der einzelnen Busse wird durch das CPU-Konzept bestimmt.
Datenbusse orientieren sich an der Datenwortbreite des Mikroprozessors, sie können
eine Datenwortbreite von 8, 16, 32 oder 64 Bit parallel übertragen.
Übersicht über
PC-Busse
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PC-BUSSE
Der Adressbus dient der
Adressierung der internen
Komponenten und der externen
Einzelgeräte. Der Steuerbus
übernimmt die Busanforderung, die
Interrupts, das Handshaking usw.
und in dem Versorgungsbus
befinden sich die Versorgungs- und
Taktleitungen.
Die bekanntesten Systembusse eines
PCs sind der PCI-Bus und der AGPBus. Darüber hinaus gibt es den ATBus, MCA-Bus, Local Bus, NuBus,
VLB-Bus, MCA-Bus und mit 64-BitStruktur den VME-Bus. Einige dieser
Busse spielen ebenso wie der ISABus und der EISA-Bus keine Rolle
mehr.
PC-Busse, Schnittstellen und
anschließbare Peripherie
PC-Card-Bus
Der PC-Card-Bus, in neueren Versionen als CardBus bezeichnet, ist die von PCMCIA
standardisierte Schnittstelle für die PC-Card. Bei dem PC-Card-Bus handelt es sich
um eine zweireihige Anschlussleiste mit 68 Kontakten, der einige Gemeinsamkeiten
mit dem PCI-Bus aufweist. Der PC-Card-Bus hat eine Busbreite von 32 Bit, einen
Takt mit einer Frequenz von 33 MHz und daraus resultierend eine
Datenübertragungsrate von 132 MB/s. Diese Datenrate bedeutet, dass auch FastEthernet über entsprechende Einsteckkarten angeschlossen werden kann.
PCI-Bus
PCI, peripheral component
interconnect
PCI ist eine Intel-Spezifikation, in der ein lokaler I/O-Bus definiert wird, bei dem bis zu
zehn Erweiterungskarten in ein Motherboard eines Computers eingesteckt werden
können. Dabei muss eine der Erweiterungskarten eine PCI-Controller-Karte sein,
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18
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PC-BUSSE
über die der Informationsaustausch
mit der CPU des Rechners stattfindet.
Der Vorteil liegt darin, dass zwei PCIEinheiten über den Controller Daten
austauschen können und gleichzeitig
die CPU den ihr zugeordneten
Speicher ansprechen und andere
Funktionen ausführen kann.
Die erste Version (PCI 1.0) des
prozessorunabhängigen PCI-Busses
basierte auf 32 Bit Wortlänge und
hatte eine Taktrate von 33 MHz. Damit
konnte eine maximale
Datentransferrate von 133 MB/s
erreicht werden. Die spätere 64-BitVersion (PCI 2.0) erreichte eine
maximale Transferrate von 267 MB/s.
Um den steigenden Anforderungen
an die moderne Servertechnik gerecht
zu werden, wurde von Compaq, HP
und IBM mit dem PCI-X-Bus ein Bus
mit einer Taktrate von 133 MHz
spezifiziert.
Für Portables wurde 1998 der MiniPCI-Bus spezifiziert mit wesentlich
PCI-Slots
PCI-Schnittstellenversionen
verkleinerten Mini-PCI-Karten.
PCI-Express
PCI express
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Der PCI-Express ist eine Weiterentwicklung des parallelen PCI-X-Busses hin zu
seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Dabei erfolgt die Datenübertragung über so
genannte Lanes.
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PC-BUSSE
Die Grundstruktur des von
der PCI Spezial Interest
Group (PCI-SIG)
standardisierten PCIExpress besteht aus einem
Lane mit zwei
Leitungspaaren, eines ist
nur für das Senden, das
andere nur für das
Empfangen der Daten
zuständig. Ein PCIExpress-Bus kann aus bis
zu 32 Lanes bestehen, die
zur Erhöhung der
Datenübertragungsrate
gebündelt werden können.
Die Daten werden als
differenzielle Signale mit
einer Taktfrequenz von
1,25 GHz übertragen.
Dadurch können
bidirektional bis zu 2,5
Gbit/s übertragen werden,
was einer
Datentransferrate pro
Leitungspaar von 250 MB/s
und 500 MB/s pro Lane
entspricht.
Eine weitere Erhöhung der
Datentransferraten ist
PCI-Bus-Struktur
PCI-Express-Konfiguration
mit zwei Lanes
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PC-BUSSE
Lane-Bündelung beim
PCI-Express
PCI-X-Bus
PCI-X, PCI extended
SBus
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durch die Bündelung mehrerer Lanes
möglich, wobei bei der Bündelung von 32
Lanes Transferkapazitäten von bis zu 2 x 8
GB/s erreicht werden.
Das Übertragungsverfahren wurde für FR4Leiterplattenmaterial optimiert und erlaubt
eine maximale Länge von 50 cm. Die
Verbindungstechnik ist relativ unkritisch, da
der PCI-Express das Taktsignal aus dem
Datensignal ableitet. Der PCI-Express hat
zur Fehlerkorrektur eine zyklische
Blockprüfung (CRC) und arbeitet gleichspannungsfrei mit 8B/10-Codierung.
Der PCI-X-Bus wird den steigenden Anforderungen an die moderne Servertechnik
gerecht. Er wurde von Compaq, HP und IBM entwickelt und ist für eine Taktrate von
133 MHz spezifiziert. In Verbindung mit dem 64-bit-Bus wird in der Ursprungsversion
von PCI-X eine Datentransferrate von 1,1 GB/s erreicht. Die PCI-X 2.0 erreicht bei
gleicher Busbreite mittels DDR-Technologie die doppelte Datentransferrate von 2,13
GB/s. Mit PCI-X 533 und PCI-X 1066 verfügt der PCI-Standard über zwei Versionen
mit Datentransferraten von 4,2 GB/s und 8,5 GB/s. Bei diesen Versionen wird die
Taktfrequenz von 133 MHz vervierfacht. Noch höhere Transferraten von 10 GB/s
bietet der PCI-Express bei einer Taktfrequenz von 1,25 GHz.
PCI und PCI-X sind kompatibel zueinander. Da bei Taktfrequenzen oberhalb von 100
MHz immer nur ein Gerät betrieben werden kann, sind manche Motherboards mit
mehreren PCI-X-Bussen ausgestattet.
PCI-X ist zudem inkompatibel zu PCI-Express.
Der SBus ist ein von Sun entwickelter Rechnerbus für Erweiterungskarten. Den
SBus gibt es in 32-Bit-Version mit einer Datentransferrate von 40 MB/s und in einer
64-Bit-Version mit 100 MB/s. Der SBus wird in Sun-Systemen mit RISC-Architektur
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PC-BUSSE
eingesetzt und erkennt automatisch die installierte Erweiterungskarte, auf die er
seine Geschwindigkeit automatisch einstellt.
SMBus
system management bus
Der SMBus ist ein Steuerbus, der gemeinsam von Intel und Duracell entwickelt
wurde und im Wesentlichen dem I2C-Bus entspricht. Das bedeutet auch, das die
Komponenten beider Busse untereinander kompatibel sind.
Über den SMBus wird der Status von Hardware-Komponenten übertragen. Darüber
hinaus können über diesen Bus Meldungen und Steuersignale zur KomponentenAktivierung und -Deaktivierung übertragen werden. So wird der Benutzer
beispielsweise über den aktuellen Zustand der Akkus informiert und erhält darüber
hinaus Informationen für das Wiederaufladen.Neben den Batterie-Informationen
können über den SMBus auch andere Komponenten angeschlossen werden, so
EEPROMs, Temperatursensoren, digitale Potentiometer usw.
Basis des SMBusses bildet der I2C-Bus, der im Master-Slave-Betrieb mit mehreren
Masterstationen und die bidirektionale Kommunikation zwischen Master und Slaves
unterstützt. Ebenso wie beim I2C-Bus arbeitet der SMBus mit einer Datenleitung
(SMBDAT) und einer Leitung für das Taktsignal (SMBCLK), hat allerdings im
Gegensatz zu diesem Timeout und Alarm.
Der SMBus wird in Motherboards eingesetzt, hat eine maximale Taktrate von 100 kHz
und wird von der Schnittstelle für das Power-Management (ACPI) unterstützt.
Start-Stopp-Betrieb des
SMBusses
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UDMA-Protokoll
UDMA, ultra-DMA
Das DMA-Protokoll hat in UDMA ein leistungsfähiges Übertragungsprotokoll für die
Datenübertragung zur Festplatte. UDMA ist als Nachfolgeprotokoll von PIO
anzusehen. Es hat den Vorteil, dass der Datentransfer von der Festplatte zum
Arbeitsspeicher direkt durch den DMA-Controller gesteuert wird ohne, dass die CPU
an dem Datentransfer beteiligt ist. Diese direkte Übertragung wirkt sich in den
Übertragungsgeschwindigkeiten der IDE-Schnittstelle aus.
UDMA gibt es in zwei Geschwindigkeitsmodi mit 33 MB/s (UDMA-2) und mit 66 MB/s
(UDMA-4). Darüber hinaus hat das UDMA-Protokoll eine Fehlerkorrektur.
Neuere UDMA-Versionen haben Übertragungsraten von 100 MB/s (UDMA/100) und
133 MB/s (UDMA/133).
UPA
ultra port architecture
Der UPA-Bus ist ein Prozessorbus, der in RISC-Architekturen zum Einsatz kommt, so
bei SPARC. Dieses leistungsstarke Bussystem arbeitet mit einem internen CrossBar-Switch, der für die Koordination der Verbindungen von CPU, Speicher und I/OKomponenten sorgt. Der UPA-Bus hat einen Datendurchsatz von 2,4 GB/s.
VLB-Bus
VLB, VESA local bus
Der VLB-Bus ist ein von der VESA entwickelter PC-Bus für den Anschluss von
leistungsfähigen Grafikkarten, er wird auch als Video-Local-Bus bezeichnet.
Der VLB-Bus ist ein Local-Bus-Konzept und unterstützt die direkte Kommunikation
der CPU mit den Erweiterungskarten.
Der Bus arbeitet mit der Taktrate der CPU, die maximal 66 MHz betragen darf, wenn
keine Slots besetzt sind. Es gibt zwei Versionen mit 32-Bit-Busbreite: VLB 1.0 mit 40
MHz und einer Datentransferrate von 133 MB/s und VLB 2.0 mit 50 MHz Takt und
166 MB/s Datentransferrate. Die zweite Version ist nicht mehr markttechnisch
realisiert worden. Es gibt Erweiterungsmöglichkeiten für 64 Bit und
Übertragungsraten von 276 MB/s. Der VLB-Bus, der als Auslaufmodell anzusehen
ist, hat als kombinierter VLB/ISA-Slot 116 Kontakte, davon sind 98 Anschlüsse
konform zu dem ISA-Bus.
Der VLB ist kein Ersatz für den ISA-Bus sondern eine Ergänzung zu diesem.
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VME-Bus
VMEversa module Europe
Der VME-Bus ist ein Systembus, der in den 70er-Jahren von Motorola entwickelt und
von der International Electronical Commission (IEC) unter IEC 60281 standardisiert
wurde. Als Steckersystem hat der VME-Bus den Europastecker mit 2 x 96 Kontakten
über die ein 32-Bit Adressbus und ein 32 Bit breiter Datenbus geführt werden.
XT-Bus
XT, extended technology
Der Extended Technology Bus (XT) ist das erste Bussystem für PCs. Der XT-Bus
basiert auf einer 8-Bit-Architektur, er hat 62 Kontakte und eine Taktfrequenz von 4,77
MHz.
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