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Che cos'è un computer bus ?

Aprile 2015

Introduzione alla nozione di bus


Viene detto bus, in informatica, un insieme di collegamenti fisici (cavi, piste di circuiti stampati, ecc.) che possono essere utilizzati in comune da più elementi hardware per comunicare.

I bus hanno lo scopo di ridurre il numero di «vie» necessaire alla comunicazione dei differenti componenti, ragruppando le comunicazioni su una sola via di dati. Ragione per cui la metafora «autostrada di dati » è talvolta utilizzata.
schema concettuale di un bus



Nel caso in cui la linea serve unicamente alla comunicazione di due componenti hardware, si parla di porta hardware (seriale, parallela, ecc.)

Caratteristiche di un bus


Un bus è caratterizzato dal volume di informazioni trasmesse contemporaneamente. Questo volume, espresso in bit, corrisponde al numero di linee fisiche sulle quali i dati sono inviati in modo simultaneo. Una piattina di 32 fili permette quindi di trasmettere a 32 bit in parallelo. Si parla quindi di « larghezza » per designare il numero di bit che un bus può trasmettere simultaneamente.

D'altra parte, la velocità del bus è ugualmente definita dalla sua frequenza (espressa in Herts), cioè il numero di pacchetti di dati inviati o ricevuti al secondo. Si parla di ciclo per designare ogni invio o ricezione di dati.
In questo modo, è possibile conoscere la larghezza di banda massima del bus (o tasso di trasferimento massimo), cioè la quantità di dati che può trasportare per unità di tempo, moltiplicando la sua larghezza per la sua frequenza. Un bus di una larghezza di 16 bit, cadenzato ad una frequenza di 133 MHz ha quindi una banda equivalente a :
16 * 133.106 = 2128*106 bit/s, 
ossia 2128*106/8 = 266*106 byte/s 
ossia 266*106 /1000 = 266*103 Kb/s 
ossia 259.7*103 /1000 = 266 Mb/s

Sottoinsiemi di bus


In realtà ogni bus è generalmente costituito da 50 a 100 linee fisiche distinte, classificate in tre sottoinsiemi funzionali :
  • Il bus di indirizzi (detto talvolta bus di indirizzamento o bus memoria) trasporta gli indirizzi di memoria a cui il processore desidera accedere per leggere o scrivere un dato. Si tratta di un bus unidirezionale.
  • Il bus di dati veicola le istruzioni provenienti o in destinazione del processore. Si tratta di un bus bidirezionale.
  • Il bus di controllo (talvolta bus di comandi) trasporta i comandi e i segnali di sincronizzazione provenienti dall'unità di comando e a destinazione dell'insieme dei componenti hardware. Si tratta di un bus direzionale nella misura in cui esso trasmette anche i segnali di risposta degli elementi hardware.

I principali bus


In un computer si distinguono generalmente due bus principali :
  • il bus sistema (detto talvolta bus interno, in inglese internal bus o front-side bus, sigla FSB). Il bus di sistema permette al processore di comunicare con la memoria RAM del sistema.
  • il bus di estensione (detto talvolta bus d'entrata/uscita) permette ai diversi componenti della scheda madre (USB, seriale, parallela, schede collegate ai connettori PCI, dischi rigidi, lettori e masterizzatori di CD-ROM, ecc.) di comunicare tra loro ma esso permette soprattutto l'aggiunta di nuove periferiche grazie ai connettori di estensione (detti slot) connessi al bus d'entrata-uscita.

Il chipset


Viene detto chipset (in italiano set di componenti) l'elemento incaricato di orientare le informazioni tra i differenti bus del computer per permettere a tutti gli elementi costitutivi del computer di comunicare fra loro. il chipset era in origine composto da un gran numero di componenti elettronici, cosa che spiega il suo nome. Esso è generalmente composto da due elementi :
  • Il NorthBridge (Ponte Nord o Northern Bridge, detto anche controllore di memoria) è incaricato di controllare gli scambi tra il processore e la memoria RAM, ragione per cui esso è posto geograficamente vicino al processore. E' talvolta chiamato GMCH, per Graphic and Memory Controller Hub.
  • Il SouthBridge (Ponte Sud o Southern Bridge, detto anche controllore di entrata-uscita o controllore di estensione) gestisce le comunicazioni con le periferiche di entrata-uscita. Il ponte sud è detto anche ICH (I/O Controller Hub).Si parla generalmente di bridge (in italiano ponte) per designare un elemento di interconnessione tra due bus.
architettura sistema di un PC



È interessante notare che, per comunicare, due bus hanno bisogno di avere la stessa larghezza. Questo spiega perché I moduli di memoria RAM devono a volte essere accoppiate su alcuni sistemi (ad esempio sui primi Pentium, la cui larghezza del bus processore era di 64 bit, era necessario installare dei moduli di memoria di 32 bit per coppia).

Ecco una tabella riassuntiva delle caratteristiche dei bus principali :

NormaLarghezza del bus (bits)Velocità del bus (MHz)Larghezza di banda (Mb/sec)
ISA 8-bit88.37.9
ISA 16-bit168.315.9
EISA328.331.8
VLB3233127.2
PCI 32-bit3233127.2
PCI 64-bit 2.16466508.6
AGP3266254.3
AGP(x2 Mode)3266x2528
AGP(x4 Mode)3266x41056
AGP(x8 Mode)3266x82112
ATA33163333
ATA1001650100
ATA1331666133
Serial ATA (S-ATA)1180
Serial ATA II (S-ATA2)2380
USB11.5
USB 2.0160
Firewire1100
Firewire 21200
SCSI-184.775
SCSI-2 - Fast81010
SCSI-2 - Wide161020
SCSI-2 - Fast Wide 32 bit321040
SCSI-3 - Ultra82020
SCSI-3 - Ultra Wide162040
SCSI-3 - Ultra 284040
SCSI-3 - Ultra 2 Wide164080
SCSI-3 - Ultra 160 (Ultra 3)1680160
SCSI-3 - Ultra 320 (Ultra 4)1680 DDR320
SCSI-3 - Ultra 640 (Ultra 5)1680 QDR640
Per poter consultare questo documento offline, ne potete scaricare gratuitamente una versione in formato PDF:
Che-cos-e-un-computer-bus.pdf

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