3. Les caractéristiques d`un bus

BTS 1 : Architecture matérielle Les bus
Chapitre III : Les bus
1. Introduction
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 (via les contrôleurs de
périphériques). L’ordinateur utilise un système de bus organisés hiérarchiquement (plusieurs bus
différents cohabitent dans la machine) ; chaque bus est relié à un bus plus rapide.
2. Bus, slots, ports et interfaces
Pour bien comprendre la différence entre ces quatre termes, il faut bien comprendre la spécificité de
chacun, car la fonctionnalité commune est évidemment le transfert de l’information.
2.1. Quelle est la nécessité des slots de bus (ou logements d’extensions) ?
Tout comme le bus, les slots assurent les communications entre le processeur et les périphériques. Ils
paraissent indispensable car la configuration de base d’un ordinateur ne satisfait jamais l’utilisateur. Les
slots de bus d’E-S permettent d’ajouter des périphériques à l’ordinateur afin d’en étendre ses capacités.
Ex : carte son, carte vidéo, carte réseau, carte SCSI, etc.
Sur la plupart des ordinateurs actuels, la carte mère intègre la gestion d’un grand nombre de
périphériques :
-contrôleurs IDE : pour la gestion de périphériques (Disque Dur, Lecteur CD-ROM, Graveur, Lecteur
DVD-ROM, Lecteur ZIP interne, Stockage interne, etc...)
-ports USB : pour tout périphérique USB
-contrôleur de lecteur de disquette
-ports séries :
-port parallèle :
-contrôleur de clavier
-contrôleur de souris
Ces périphériques sont généralement gérés par la carte mère grâce au chipset ou une puce
d’entrée-sortie. Pour rajouter des périphériques (ou fonctionnalités) qui ne sont pas intégrées, il faudra
insérer une nouvelle puce qui se trouve généralement sur une carte d’extension que l’on enfichera dans
un logement d’extension. Ce dernier aura une forme et des caractéristiques différentes selon le type de
bus auquel il correspond. Cela paraît plus transparent pour l’utilisateur, mais les périphériques gérés
directement par la carte mère utilisent eux aussi des bus pour communiquer avec le processeur.
2.2. Le port, aspect physique pour le concept d’interface
Une interface permet de faire le lien entre deux systèmes, de façon à échanger des données
compréhensibles par les deux systèmes. On parle d’interface Homme/Machine. Concernant le matériel,
le port (le connecteur) est l’interface pour connecter un périphérique à l’ordinateur. On parlera de port
d’Entrée Sortie (E/S) pour l’interface d’E/S. Ex : ports : série, parallèle, USB et connecteurs IDE et
SCSI pour les interfaces : série, parallèle, USB ,IDE et SCSI. Attention, on peut parler de bus série,
parallèle ou USB mais pas pour l’IDE ni pour le SCSI car ces interfaces reposent sur des types de bus.

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3. Les caractéristiques d’un bus
3.1. La largeur du bus : nombre de fils employés ou nombre de bits transportés simultanément.
- La transmission série utilise une seule voie où les bits qui constituent les caractères sont transmis les
uns après les autres. Un bit à 1 est représenté par une tension électrique positive. Un bit à 0 est
représenté par une tension nulle. L'émetteur et le récepteur doivent être synchronisés afin que ce
dernier observe les tensions aux instants corrects.
Ce mode de transmission est utilisable pour des transmissions à grande distance. C’est pour cette
raison que l’on utilise le port série pour un modem externe. Elle est également utilisée pour les
périphériques lents (ex : la souris) qui nécessitent peu d’information. Il était utilisé au sein de l’unité
centrale dans les premiers systèmes. Ce n’est plus le cas aujourd’hui. Maintenant lorsqu’on parle de
bus, la transmission est forcément parallèle.
- La transmission parallèle permet de faire circuler un certain nombre de bits à la fois (8, 16, 32 ou 64
soit plusieurs octets en parallèle). Pour cela, ce bus utilise autant de fils qu’il y a de bits à transporter.
Ce mode de transmission n’est utilisable que pour des transmissions de courte distance, car coûteux et
peu fiable sur des distances importantes. C’est par exemple le mode de transmission utilisé au sein de
l’unité centrale entre le processeur, la mémoire, les contrôleurs.
3.2. La nature des informations véhiculées
-Données : sur le bus de données circulent les données à traiter. Ce bus est bidirectionnel.
-Adresses : sur le bus d’adresses circulent les adresses des informations à transférer. En provenance
exclusive du microprocesseur, ce bus est dit unidirectionnel.
-Commandes : sur le bus de commandes circulent les ordres en provenance ou a destination du
microprocesseur. Il est également bidirectionnel.
3.3. Le mode de fonctionnement
-Synchrone : lors d’une transmission synchrone, les deux composants s’attendent et doivent être prêts
avant de s’envoyer une information. Ils auront la même fréquence d’horloge, c’est à dire que les
informations circulent à la même vitesse sur le bus extérieur au microprocesseur et dans le
microprocesseur lui-même.
-Asynchrone : Le composant envoi au microprocesseur les informations de manière aléatoire. La
fréquence d’horloge entre les deux composants est différente.
3.4. La fréquence d’horloge
Elle détermine le nombre de commandes élémentaires qu’un composant de l’ordinateur peut exécuter
en une unité de temps. Cet intervalle de temps est prédéfini par une (ou plusieurs) horloge à quartz qui
vibrent sous les impulsions électriques. Le nombre d’impulsions par secondes est appelé fréquence
d’horloge (exprimée en MHz). Plus elle est élevée, plus l’exécution s’effectuera rapidement. Le bus
fonctionne à une certaine fréquence d’horloge, qui le rend plus ou moins rapide.
01101011
01101011

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3.5. La bande passante
La bande passante d'un bus, aussi appelé "taux de transfert" se calcule de la manière suivante :
Fréquence du bus x largeur du bus en bits = nombre de Mbits par seconde. Nombre de Mbits par
seconde / 8 = nombre de Mo par seconde. 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.
3.6. Spécialisation
Il existe différents types de bus qui seront utilisés de manière spécifique selon où l’on veut transmettre
l’information :
Bus processeur ou bus privé est le bus spécifique au microprocesseur pour communiquer avec les
composants de la carte mère. Il établit la communication entre le microprocesseur et le chipset de la
carte mère. Il fonctionne à la même vitesse que la carte mère.
Bus local, dit aussi bus d’extension, prolonge le bus privé, permettant de relier certains composants du
système (mémoire, contrôleurs, etc.) au microprocesseur.
Bus global qui correspond également à un bus d’extension, à pour rôle de relier entre elles les
différentes cartes processeur dans une machine multiprocesseurs. Il est maintenant souvent confondu
avec le bus local.
Bus de mémoire qui assure le transfert de données entre le processeur et la mémoire principale (RAM).
Bus d’E/S sert aux communications avec les périphériques lents. Ils correspondent aux sorties séries,
parallèles et aux nouveaux bus USB.
3.7. Les contrôleurs
Un contrôleur est un circuit destiné à coordonner les activités de la mémoire, du cache, des connecteurs
de cartes d'extension, des disquettes, du disque dur, de la vidéo et du clavier.
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.
4. Les normes
A l'intérieur du microprocesseur, l'unité de bus est l'unité par laquelle le bus interne et le bus externe du
microprocesseur sont reliés.
A l'extérieur du processeur, le bus processeur ou FSB (Front Side Bus) est le canal utilisé par le
chipset pour envoyer des ordres et recevoir des informations du microprocesseur. Il fonctionne à la
vitesse minimum de 33 Mhz
Le bus mémoire est dédié à l'acheminement des informations entre les circuits de mémoire centrale et
le microprocesseur. Il fonctionne à la même vitesse que le bus processeur.
Jusqu'à présent nous avons évoqué trois catégories de bus correspondant à la nature des informations
véhiculées (données, instructions, adresse). En fait, les bus dont nous allons parler véhiculent des
informations de ces trois natures.
La partie visible de l’ensemble des circuits de communication est matérialisée par la rangée de slots sur
la carte mère. Ces connecteurs ont une taille et une forme qui varie en fonction de la norme utilisée.
4.1. 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.

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Le processeur Intel 80286 est au cœur de cette machine.
Il fonctionne à 8 MHz, et le bus est synchronisé avec le processeur : les informations circulent à la
même vitesse sur le bus extérieur au processeur et dans le processeur lui-même.
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 8 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.
Schéma 3 :
4.2. Le bus PCI
Le bus PCI (Peripheral Component Interconnect) a été développé par Intel en 1993. 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.
Le bus PCI est indépendant du processeur. En effet il dispose de sa propre mémoire tampon (buffer)
chargée de faire le lien entre le bus du processeur et les connecteurs d'extension.
L'architecture de bus PCI peut être combinée avec une autre architecture de bus comme ISA.
Le bus PCI est indépendant du processeur. En effet il dispose de sa propre mémoire tampon (buffer)
chargée de faire le lien entre le bus du processeur et les connecteurs d'extension.
Le bus PCI est autoconfigurable, c'est-à-dire que les cartes qui y sont connectées sont automatiquement
détectées et exploitées au mieux. Cette caractéristique s'appelle le "Plug and Play". 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) et les plages d'entrée-sortie utilisés par la carte.
L'architecture PCI en est actuellement à sa version 2.0, qui autorise l'accès 64 bits nécessaire à
l'exploitation des Pentium.
Processeur et
mémoire
cache
Mémoire
centrale
Contrôleur
Contrôleur
ISA
Contrôleur
graphique
Contrôleur
disque
Contrôleur
entrées/sorties
Bus d'extension ISA (8MHz, 16 bits)
Bus processeur

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Schéma 4 :
4.3. Le bus SCSI
SCSI (Small Computer System Interface) est l’interface utilisée, entre autre, pour les disques de grande
capacité sur des configurations haut de gamme (serveur, station de travail). Il s’agit d’un standard défini
par le comité ANSI qui a évolué au cours du temps.
L'interface SCSI se présente comme un bus supportant divers périphériques. Plusieurs standards SCSI
existent donc et offrent différentes vitesses de transfert (SCSI-1, SCSI-2, Fast SCSI, Ultra SCSI …).
Ultra 2 SCSI-LVD est la plus récente interface SCSI en vigueur. L'Ultra 2 SCSI peut gérer jusqu'à 31
unités physiques différentes, ce qui permet de piloter disques durs, lecteurs et graveurs de CD-ROM,
scanner …
L'interface est "intelligente" (bus master), elle peut fonctionner de manière autonome (transfert entre
deux unités SCSI sans faire intervenir la mémoire centrale, gestion optimisée des transferts entre le
périphérique et l'unité centrale limitant les états d'attente du processeur).
La longueur maximale du bus SCSI varie de 1,5 m à 12 m, selon la version employée.
Aujourd’hui, l’interface EIDE est moins coûteuse que l’interface SCSI et s’impose sur les postes de
travail individuels.
Le tableau suivant récapitule les caractéristiques de la gamme SCSI :
Taux de transfert
Fréquence
bus
8 bits
16 bits
(mode wide)
Distance maximum
Périphériques
supportés
SCSI 1
5 MHz
5 Mo/s
Non
6,0 m
7
Fast SCSI, SCSI 2
10 MHz
10 Mo/s
20 Mo/s
3,0 m
7
Fast 20, Ultra SCSI
20 MHz
20 Mo/s
40 Mo/s
1,5 m avec 7 périphériques
3,0 m avec 3 périphériques
7
3
Fast 40, Ultra 2 SCSI
40 MHz
40 Mo/s
80 Mo/s
12,0 m
31
Processeur et
mémoire cache
Mémoire
centrale
Contrôleur
Contrôleur
PCI
Contrôleur
disque
Contrôleur
réseau
Contrôleur
entrées/sorties
Bus PCI (33 MHz, 32/64 bits)
Bus processeur
Contrôleur
ISA
Contrôleur
graphique
Carte
Modem
Contrôleur
entrées/sorties
Bus ISA (8MHz, 16 bits)
Mémoire