Caractériser un bus

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Contexte d’information Cours AMSI
Titre du document Les bus
Nom du fichier CH7_Bus
Objectifs : - Caractériser un bus
- Connaître les différents types de bus
1] Définition
 Un bus est une liaison électrique servant à transférer des informations binaires entre divers
composants de l'ordinateur.
 Ces informations circulent dans le microprocesseur, ainsi qu'à l'extérieur de celui-ci de manière à
communiquer avec la mémoire, les périphériques.
2] Caractéristiques des bus
 Plusieurs critères permettent de caractériser les bus :
 la largeur, i.e le nombre de fils employés pour transmettre l'information (bus 8, 16,
32, 64 bits …).
 la nature des informations véhiculées : données, adresses, commandes.
 le mode de fonctionnement : synchrone avec le processeur ou de manière
asynchrone.
 le fait que le bus soit "intelligent" ou non.
 le taux de transfert (aussi appelé "bande passante").
 le mode de transmission des informations : en parallèle ou en série.
 Eventuellement, un contrôleur peut compléter la liaison entre le bus entre le processeur.
2] A] bus intelligent
 Un bus est dit "intelligent" lorsqu'il est capable de fonctionner en autonomie. Ce système est
connu sous le nom de Bus Mastering ou Master: qui se traduit par un système de gestion de transfert
des données entre les périphériques et la mémoire, avec la collaboration du processeur mais sans le
solliciter, d’où un gain de vitesse.
2] B] Bus parallèle
 Pour faire circuler un certain nombre de bits à la
fois (8, 16, 32, 64, …), la solution la plus simple consiste à
utiliser autant de "fils" qu'il y a de bits.
 Il s'agit donc d'un mode de transmission parallèle
utilisable uniquement sur des courtes distances car
0
0
1
1
0
1
1
0

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coûteux et peu fiable
sur des distances importantes du fait des phénomènes électriques engendrés par
cette circulation en parallèle (
diaphonie
C’est le mode de transmission utilisé au sein de l’unité centrale. Ce dernier était souvent (avant
l’app
arition de l’USB) utilisé pour connecter une imprimante par l’intermédiaire du port parallèle (ou
LPT : Line Printer).
2] C] Bus série
Pour la transmission à plus grande distance, on
utilise une seule voie où les bits sont transmis les uns
après les autres : c'est la transmission
Dans ce type de transmission, chaque bit est
envoyé à tour de rôle. Un
bit à 1
représenté par une tension nulle
.
instants convenables ce qui nécessite de
 La
transmission série était surtout employée sur les ports de communication
utilise ici des prises « DB9
». Actuellement la transmission série s’utilise surtout sur
SATA.
2] D] La bande passante
La bande passante d'un bus
suivante :
……………………………………………………………………………………………………..
Exemple : Pour un bus théorique de 8 bits de large, fonctionnant à 20 Mhz, on a donc :
8 x 20 = 160 Mbps, soit 20 Mo/s.
La bande passante est en fait
3] Les contrôleurs
Un contrôleur est destiné à
disque dur).
……………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………...
Bus de 32 bits avec une fréquence de 200 Mhz
sur des distances importantes du fait des phénomènes électriques engendrés par
diaphonie
).
C’est le mode de transmission utilisé au sein de l’unité centrale. Ce dernier était souvent (avant
arition de l’USB) utilisé pour connecter une imprimante par l’intermédiaire du port parallèle (ou
Pour la transmission à plus grande distance, on
utilise une seule voie où les bits sont transmis les uns
après les autres : c'est la transmission
série.
Dans ce type de transmission, chaque bit est
bit à 1
est représenté par une
tension électrique positive
.
Côté récepteur, on doit alors observer les valeurs de la tension aux
instants convenables ce qui nécessite de
synchroniser les horloges
de l’émetteur et du récepteur.
transmission série était surtout employée sur les ports de communication
». Actuellement la transmission série s’utilise surtout sur
Ce connecteur
est souvent utilisé pour se connecter à des
switchs configurables.
La bande passante d'un bus
(en Mo/s)
, aussi appelé "taux de transfert" se calcule de la manière
……………………………………………………………………………………………………..
Exemple : Pour un bus théorique de 8 bits de large, fonctionnant à 20 Mhz, on a donc :
8 x 20 = 160 Mbps, soit 20 Mo/s.
La bande passante est en fait
un taux de transfert théorique.
Un contrôleur est destiné à
coordonner les différentes
activités d’un composant
……………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………...
00110110
Bus de 32 bits avec une fréquence de 200 Mhz
:
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sur des distances importantes du fait des phénomènes électriques engendrés par
C’est le mode de transmission utilisé au sein de l’unité centrale. Ce dernier était souvent (avant
arition de l’USB) utilisé pour connecter une imprimante par l’intermédiaire du port parallèle (ou
tension électrique positive
. Un bit à 0 est
Côté récepteur, on doit alors observer les valeurs de la tension aux
de l’émetteur et du récepteur.
transmission série était surtout employée sur les ports de communication
(port COM). On
». Actuellement la transmission série s’utilise surtout sur
l’USB ou le
est souvent utilisé pour se connecter à des
, aussi appelé "taux de transfert" se calcule de la manière
……………………………………………………………………………………………………..
Exemple : Pour un bus théorique de 8 bits de large, fonctionnant à 20 Mhz, on a donc :
activités d’un composant
(exemple :
……………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………...

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 Les contrôleurs sont dédiés à une tâche spécifique (contrairement au microprocesseur qui peut
exécuter de nombreux programmes différents). Ils servent d’interprètes entre le microprocesseur et les
périphériques.
 Les contrôleurs s'appuient sur le BIOS pour se configurer au démarrage du système. Ils utilisent
également des drivers ou "pilotes", chargés en mémoire par le système d'exploitation pour
communiquer avec le microprocesseur.
Remarque importante : Très souvent, les composants qui jouent le rôle d’interface entre le chipset sud
de la carte mère et les disques durs sont nommés contrôleurs. Par exemple, on nomme contrôleur IDE,
un jeu de composants qui permet d’interconnecter les disques durs IDE et le chipset sud (ou
southbridge) de la carte mère. En réalité, cette appellation est fausse car le contrôleur est la puce qui
contrôle les actions du disque dur (déplacement des têtes, état du cache,…).
Cette puce est située sur le disque dur lui-même et non sur la carte mère. Le jeu de composants qui
permet de relier le disque et la carte mère est en fait un simple adaptateur et devrait être nommé comme
tel. Cependant, par abus de langage, les utilisateurs mais aussi les constructeurs, désignent ce jeu de
composant « contrôleur ».
4] Les normes
Dans les premiers systèmes, les informations circulaient sur un ensemble unique de fils mettant
le processeur en relation avec la mémoire ou les entrées sorties. Un programme faisant de nombreux
appels à la mémoire monopolisait ce bus unique au détriment des autres demandeurs. Un premier
palliatif a consisté à permettre au processeur de faire des accès directs à la mémoire. Cette technique
dite DMA (Direct Memory Access) est toujours exploitée. On a ensuite réfléchi à une spécialisation des
bus. On distinguera ainsi bus processeur, bus local, bus global et bus d’entrées-sorties. Ces
terminologies ne sont cependant pas restrictives.

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- Le bus processeur ou FSB (Front Side Bus) est le bus de données spécifique au processeur qu’il le
relie au chipset (encore appelé le contrôleur mémoire). On rencontre également un BSB (Back Side
Bus) associant le contrôleur mémoire au cache externe du processeur. C’est la partie northbridge (pont
nord ou contrôleur mémoire) du chipset qui est chargée de piloter les échanges entre microprocesseur et
mémoire vive, c’est la raison pour laquelle ce northbridge se trouve très proche du microprocesseur.
- Le bus local dit aussi bus d’extension prolonge le bus processeur et permet de relier directement
certains composants du système au microprocesseur. C’est une notion assez ancienne, rencontrée encore
avec les bus PCI.
- Le bus global qui correspond également à un bus d’extension, relie entre elles les différentes cartes
processeur dans une machine multiprocesseur. Il est maintenant souvent confondu avec le bus local.
- Le bus d’entrées-sorties sert aux communications avec des périphériques lents. Ils correspondent aux
sorties séries ou parallèles et aux nouveaux bus USB ou FireWire.
Les bus, comme tous les autres composants ont suivi une évolution technologique passant ainsi
du bus ISA aux bus EISA, MCA, PCI, AGP, USB, Firewire, … Pour l’étude des différents
contrôleurs disques, dit aussi « bus » tels que IDE, ATA, Fast-ATA-, Ultra-DMA, …
4] A] Le bus ISA
 Le bus ISA (Industry Standard Architecture) est apparu en 1984 avec le micro-ordinateur IBM
PC-AT, d'où son nom de bus AT ou AT-bus.
 Le processeur Intel 80286 est
au cœur de cette machine
 Il fonctionne à 8 MHz, et le
bus est synchronisé avec le
processeur.
 Avec le bus ISA, les cartes
d'extension doivent être configurées
matériellement, ce qui se fait
généralement en positionnant des
cavaliers ou en basculant des micro-
interrupteurs.
 Ce bus d'une largeur de 16 bits autorise un taux de transfert de 16 Mo/s
Remarque : Le premier bus des PC était le bus ISA 8 bits, aussi connu sous le nom de bus PC.
Les processeurs qui ont succédés au 80286 sont des processeurs 32 bits fonctionnant à des vitesses
supérieures à 8 MHz. Les constructeurs ont donc dû concevoir un bus d'extension pouvant fonctionner à
des vitesses différentes de celle du processeur.
4] B] Le bus PCI
 Le bus PCI (Peripheral Component Interconnect) a été développé par Intel en 1990. Dans sa
version 1.0 il offre une largeur de 32 bits, et fonctionne à une vitesse de 33 Mhz Ce qui permet
d'atteindre un taux de transfert de 132 Mo/s
Processeur et
mémoire
cache
Mémoire
centrale
Contrôleur
Contrôleur
ISA
Contrôleur
graphique
Contrôleur
disque
Contrôleur
entrées/sorties
Bus d'extension ISA (8MHz, 16 bits)
Bus FSB

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 Le bus PCI est indépendant du processeur. En effet il dispose de sa propre mémoire tampon
(buffer) chargée de faire le lien entre le FSB et les connecteurs d'extension.
Le bus PCI est auto configurable, c'est-à-dire que les cartes qui y sont connectées sont
automatiquement détectées et exploitées au mieux. Cette caractéristique s'appelle le
"………………………………………..". Elle évite d'avoir à déplacer des cavaliers sur la carte, ou
d'avoir à configurer au niveau de l'ordinateur les numéros d'interruptions (IRQ), les plages d'entrée-
sortie utilisées par la carte et éventuellement les canaux DMA (Condition : avoir du matériel et système
d’exploitation « Plug and Play »)
 L'architecture PCI a évolué vers la version 2.3, qui autorise l'accès 64 bits à 66 Mhz. Son voltage
passe de 5 à 3,3 volts.
 Il est un bus master
4] C] Le bus SCSI
Le bus SCSI (Small Computer System Interface), développé en 1986, est un bus parallèle pour relier
les disques de grande capacité aux configurations haut de gamme (serveur). Il autorise des taux de
transfert important (de 5 à 640 Mo/s selon les versions) mais la technologie est coûteuse. Il permet
également de connecter d’autres périphériques : lecteur CDROM, graveur, scanner, imprimante, lecteur
DAT …
 La fréquence varie également selon les versions de 5 à 320 Mhz.
 Le bus est également défini par le niveau électrique utilisé :
- SE (single Ended) ou asymétrique, les données circulent sur un seul fil, avec une masse
associé à chacun. On trouve donc 8 fils de données sur une nappe 8 bits (narrow) et 16 sur
une nappe 16 bits (wide). Cette technique est très sensible aux interférences ce qui impose des
distances courtes.
- HVD (High Voltage Differential) ou différentiel haute tension, on a deux fois plus de fils
que de bits à transférer (16 fils en 8 bits et 32 en 16 bits). Un fil véhicule une tension positive,
Processeur et
mémoire cache
Mémoire
centrale
Contrôleur
Contrôleur
PCI
Contrôleur
disque Contrôleur réseau Contrôleur entrées/sorties
Bus PCI (33 MHz, 32/64 bits)
Bus FSB
Contrôleur
ISA
Contrôleur
graphique Carte
Modem Contrôleur entrées/sorties
Bus ISA (8MHz, 16 bits)
Mémoire