Was ist ein Bussystem?

Als Bussystem wird die Gesamtheit aller Verbindungen zum Senden und Empfangen von Daten zwischen den einzelnen Bauteilen und Geräten (Funktionseinheiten) eines Computers bezeichnet. Es handelt sich praktisch um ein komplexes System elektronischer Miniaturleitungswege. Dazu gehören:

Die Verbindung der CPU-internen Elemente übernimmt ein so genannter interner Bus, die Verbindungen zwischen der CPU und den anderen Komponenten eines Computers entsprechend ein externer Bus.

Lokales Bussystem
Die unmittelbar zum Mikroprozessor gehörigen Hardware-Komponenten sind auf der Hauptplatine (Motherboard) untergebracht. Diese Funktionseinheiten werden durch einen lokales Bussystem elektrisch verbunden (Bild 1).

¹⁾ Ab Pentium ist bei Intel der Coprozessor Bestandteil des Mikroprozessors.

Peripheres Bussystem:
Über eine Erweiterungsschnittstelle ist außerdem der periphere Bus angeschlossen. Selbst den Verbund im Netzwerk bis einschließlich Internet kann man als Bestandteil dieses peripheren Bussystems betrachten.

lokaler und peripherer Bus

Prinzipiell können alle an ein Bussystem angeschlossenen Funktionseinheiten Informationen senden und empfangen. Um zu verhindern, dass verschiedene Geräte/Bauteile gleichzeitig Daten senden und um zu gewährleisten, dass nur die Geräte/Bauteile empfangsbereit sind, für die die aktuell gesendeten Daten bestimmt sind, müssen Bussysteme sehr präzise verwaltet werden. Meist erfolgt das durch den Prozessor, oft auch durch einen eigenen Buscontroller. Dieser teilt den Funktionseinheiten zur Benutzung festgelegte Zeiten zu.

Welche Bussysteme sind gebräuchlich?

Auf einer Hauptplatine können durchaus auch zwei und mehrere verschiedene, sich einander ergänzende Bussysteme untergebracht sein. Diese Architektur wählt man beispielsweise aus Kostengründen. Es kommen verschiedene Bussysteme zum Einsatz, u. a.:

ISA- und EISA-Bus:
Der ISA-Bus (Industry Standard Architecture = Bus nach Industriestandard-Achitektur) und der EISA-Bus (Enhanced ISA = Weiterentwicklung der Industriestandardbus-Architektur) waren die ersten Bus-Industriestandards.
Der 1981 eingeführte ISA-Bus war der Bus-Standard der ersten PCs. Optimal war er mit dem 286er-Intel-Prozessor abgestimmt. In seiner ursprünglichen Version war er 8 Bit breit und arbeitete mit einer Taktfrequenz von 4,77 MHz. Später wurde er für die AT-PCs auf 16 Bit (und 8 MHz) erweitert und dann auch als AT-Bus bezeichnet. Er ist heute manchmal noch in Computern anzutreffen, wenn es um einfache Erweiterungskarten geht, etwa um eine Soundkarte oder um eine Gameportkarte.
Der 1988 von verschiedenen Hardware-Herstellern unter Führung von Compaq entwickelte EISA-Bus für IBM-kompatible Systeme war insgesamt wesentlich leistungsfähiger als der ISA-Bus. EISA-Steckplätze sind praktisch doppelt ausgeführte ISA-Steckplätze und können daher auch ISA-Steckkarten aufnehmen. Der EISA-Bus arbeitet zudem mit einer Busbreite von 32 Bit (für Prozessoren ab 80386 aufwärts) und einer Taktfrequenz von 8,33 MHz. Der EISA-Bus verlor nach 1993 rasch an Bedeutung, da sich leistungsfähigere und zugleich preisgünstigere Bus-Neuentwicklungen durchsetzten (VESA-Bus, PCI-Bus).

PCI-Bus:
Durchgesetzt hat sich der PCI-Bus (Peripheral Component Interconnect = Verbindungsbus für Erweiterungskomponenten). Er ist heute fester Bestandteil aller IBM-kompatiblen Systeme, darüber hinaus auch der von Apple Macintosh-PCs und von Digitals Alpha-Workstations. Das 1992 von Intel speziell für den Intel Pentium entwickelte und eingeführte Bussystem ist ein Industriestandard, der bis ins Detail genormt ist und von den Computerherstellern nachgebaut werden kann (und wird). Es wird verwendet, um (maximal 10) Erweiterungskarten an den Prozessor anzuschließen, z. B. Sound-, Grafik- oder Netzwerkkarten.
Der PCI-Bus verfügt über einen 32-Bit-Daten- und Adressbus, wird mit 33 MHz getaktet und hat eine Übertragungsleistung von maximal 132 Mbyte/s.
Das PC-BIOS (Basic Input Output System) erkennt die Erweiterungskarten automatisch und konfiguriert sie selbstständig.
Der Datenaustausch muss in diesem Bussystem nicht zwingend über den Mikroprozessor laufen. Zu seiner Entlastung können PCI-Komponenten auch untereinander Daten auf dem PCI-Bus austauschen.

AGP-Bus
Realistische Grafikdarstellungen waren für Computer immer ein besonderes Problem. Eine neuartige Lösung bietet der AGP-Bus (Accelerated Graphics Port = beschleunigte Grafikschnittstelle), ein spezieller Grafikbus, der in Form eines eigenständigen Steckplatzes auf der Grafikkarte ausgeführt und über den Chip-Satz direkt mit dem Arbeitsspeicher und dem Prozessor verbunden ist. Das erlaubt eine beliebig große Mitbenutzung des Arbeitsspeichers. Es entfällt der aufwändige Zugriff der CPU auf die Grafikkarte; der Datenaustausch erfolgt im wesentlich schnelleren Arbeitsspeicher. Dies, die Reservierung von Leitungen für die ausschließliche Verwendung von Grafik, höhere Bustakte (66MHz, 100 MHz und mehr bei einer Datenbreite von 32 Bit), die Anwendung des Pipelineverfahrens sowie die zweifache Nutzung von Signalen durch die aufsteigenden und abfallenden Impulsflanken machen derzeit (zumindest theoretische) Übertragungsraten von 1 GByte/s möglich.

PCI-Express (PCIe):

PCIe ist der Nachfolger von PCI und AGP und bietet im Vergleich zu seinen Vorgängern eine höhere Datenübertragungsrate. Über PCIe können sowohl Grafikkarten, die besonders hohe Datenübertragungsraten benötigen, als auch andere interne Komponenten wie Soundkarten, Modems etc. angebunden werden. Meist sind auf einem Mainboard mehrere PCIe-Steckplätze vorhanden, die sich in der Übertragungsgeschwindigkeit unterscheiden. Die Grafikkarte wird dann in den schnellsten PCIe-Steckplatz eingesteckt.

Trotz dieses sehr anderen physischen Aufbaus ist PCIe softwareseitig voll kompatibel zu PCI, sodass weder Betriebssysteme, Treiber, noch Anwendungsprogramme angepasst werden müssen.