Comprendre la notion de bus informatique

Introduction à la notion de bus

Les ordinateurs de gestion nécessitent une grande quantité d'informations. Pour circuler entre les différentes composantes, des chemins sont nécessaires afin de faciliter l'écoulement des données. Ces « chemins » sont appelés bus. Il s'agit en fait de circuits internes de la carte mère qui permettent l'envoi de données entre les composants et qui définissent en grande partie la vitesse de l'ordinateur lui-même, car plus les données sont envoyées rapidement, plus le nombre d'opérations effectuées par seconde est élevé.

En informatique, on appelle bus l'ensemble des connexions physiques (câbles, circuits imprimés, etc.) pouvant être partagées par de multiples composants matériels pour communiquer entre eux.

On utilise parfois la métaphore des « autoroutes de l'information ».

Dans le cas où seulement deux composants matériels communiquent à travers une ligne, on parle de port matériel (port série ou port parallèle).

Caractéristiques d'un bus

Un bus est caractérisé par la quantité d'informations transmises simultanément. Ce volume est exprimé en bits et correspond au nombre de lignes physiques par lesquelles l'information est transmise en parallèle. Un câble plat de 32 fils permet la transmission de 32 bits simultanément. Le terme « largeur » est utilisé pour désigner le nombre de bits qu'un bus peut transmettre en une fois.

La vitesse du bus est définie par sa fréquence (exprimée en Hertz), c'est-à-dire le nombre de paquets de données qui peuvent être envoyés ou reçus par seconde. Chaque envoi ou réception de données correspond à un cycle.

Ainsi, il est possible de trouver la vitesse de transfert maximale du bus (la quantité de données transportées par unité de temps) en multipliant sa largeur par sa fréquence. Par conséquent, un bus d'une largeur de 16 bits et d'une fréquence de 133 MHz a un taux de transfert calculé comme suit :

16 * 133 * 106 = 2128 * 106 bit/s ou 2128 * 106 / 8 = 266 * 106 octets/s
266 * 106 / 1024 = 259765,625 KB/s
259765,625 / 1024 = 253,677 MB/s

Puisque le CPU est généralement plus rapide que le FSB, les cartes mères mettent en œuvre un multiplicateur de fréquence qui indique à quelle vitesse (multiple de la vitesse de la carte) le processeur fonctionne. En outre, comme les bus d'E/S sont plus lents que la carte, un croisement est nécessaire pour indiquer la vitesse de fonctionnement des bus et des E/S par rapport à la vitesse de la carte.

Classification des bus

Chaque bus est généralement composé de 50 à 100 lignes physiques différentes et est subdivisé en trois sous-ensembles selon le type de données transportées : le bus de données, le bus d'adresse et le bus de contrôle. Ces trois types, pris ensemble, forment ce que l'on appelle génériquement le bus système.

• Le bus d'adresse (également connu sous le nom de bus mémoire) : il transporte les adresses mémoire auxquelles le processeur veut accéder pour lire ou écrire des données. C'est un bus unidirectionnel. Il transmet les directions entre le CPU et la mémoire en synchronisation avec les données. Le nombre de lignes (bits) composant ce bus détermine la quantité de mémoire adressable : plus il y a de bits, plus la plage mémoire est grande (par exemple, 10 bits permettent d'accéder à 2^10, soit 1024 cellules).
• Le bus de données : il transfère les instructions du processeur ainsi que les données dirigées vers lui. Il s'agit d'un bus bidirectionnel qui règle l'échange d'informations entre le processeur et les autres unités.
• Le bus de contrôle (parfois appelé bus de commande) : il transporte les commandes et les signaux de synchronisation de l'unité de contrôle vers les différents matériels. C'est un bus bidirectionnel qui transmet également les réponses du matériel. Il régit l'utilisation et l'accès aux lignes de données et d'adresses, évitant ainsi les collisions d'informations dans le système.