BUS – HỆ THỐNG GIAO THÔNG HUYẾT MẠCH

BUS – HỆ THỐNG GIAO THÔNG HUYẾT MẠCH

Là hệ giao thông huyết mạch của cả hệ thống máy tính, bus thường được giới công nghiệp đầu tư nâng cấp, mở

rộng để bắt kịp nhu cầu ứng dụng thực tiễn.

Hệ thống máy tính ngày nay vẫn được cấu thành từ 3 bộ phận cơ bản là bộ xử lý, bộ nhớ và thiết bị ngoại vi; không

thay đổi nhiều so với kiến trúc máy tính đầu tiên do IBM thiết kế. Để chuyển tải dữ liệu giữa các bộ phận, nhiều

tuyến mạch kết nối đã được lập ra. Do có chức năng tương đồng với tuyến xe buýt (bus) trong cuộc sống mà tuyến

mạch kết nối này cũng được đặt tên là bus.

Hệ thống máy tính hiện đại xây dựng và phát triển dựa trên hai hệ thống bus chủ đạo: System Bus (bus hệ thống) -

nối kết từ bộ xử lý đến bộ nhớ chính, bộ đệm cấp 2 (cache level 2) - và I/O Bus (bus ngoại vi) - nối kết thiết bị ngoại

vi với bộ xử lý thông qua cầu chipset. Trong hơn một thập kỷ qua, bus hệ thống được đặt cho khá nhiều tên mới

như bus chính (main bus), bus bộ xử lý (processor bus) hoặc bus cục bộ (local bus). Tương tự, bus ngoại vi (I/O bus)

cũng có thêm tên mới là bus mở rộng (expansion bus), bus ngoại vi (external bus) và bus chủ (host bus).

Trong kiến trúc Dual Independent Bus (DIB - hai tuyến bus độc lập), bus hệ thống dùng chung được tách thành

Frontside Bus (FSB - tuyến bus trước) và Backside Bus (BSB - tuyến bus sau). FSB là nhịp cầu quan trọng nối bộ xử lý

với bộ nhớ chính và tuyến bus ngoại vi. Trong khi BSB chỉ tập trung chuyển tải dữ liệu giữa bộ xử lý với bộ đệm thứ

cấp. Tách bus hệ thống thành 2 kênh độc lập góp phần tăng hiệu năng xử lý nhờ cho phép bộ xử lý truy xuất đồng

thời trên cả hai kênh giao tiếp quan trọng. Đôi lúc, thuật ngữ FSB và system bus được xem là một.

Bus ngoại vi có nhiều dạng khác nhau và dần dần chuyên biệt hóa theo yêu cầu của ứng dụng. ISA Bus thuộc loại

lâu đời nhất và đã bị thay thế hoàn toàn từ giữa năm 2000. PCI Bus được giới thiệu lần đầu trong hệ thống Pentium

vào năm 1993. AGP là chuẩn bus được thiết kế để đáp ứng yêu cầu băng thông của xử lý đồ họa. PCI Express mới

nhất có khá nhiều ưu điểm, đặc biệt là không gây xáo trộn lớn lên kiến trúc PCI hiện tại, đang được triển khai để kịp

ra mắt vào năm 2004.

ISA

Lần xuất hiện đầu tiên trên máy tính, bus ISA được thiết kế ở dạng 8bit, sử

dụng tần số 4,77MHz (bằng với xung bộ xử lý). Sau nhiều năm cải tiến, chuẩn

được chính thức công nhận và mang tên Industry Standard Architecture (ISA)

vào năm 1982. Trong hệ thống IBM PC/AT 80286, bus ISA được nâng lên

16bit. Vào lúc này, tốc độ bus hệ thống mới chỉ đạt 6MHz; sau đó không lâu

thì đạt 8MHz.

Bus ISA dùng giao tiếp 16bit, xung 8MHz (mức xung chuẩn của bộ xử lý) và

đạt tốc độ truyền dữ liệu trên lý thuyết là 16MBps. Tuy nhiên, tốc độ thực tế

bị giảm đi một nửa (còn 8MBps) vì cần dành 1 đường bus cho địa chỉ và một

đường bus khác cho dữ liệu 16bit. Thiết bị dùng khe mở rộng ISA phát triển

cho đến cuối thập niên 1990 bởi vì khả năng đáp ứng của thiết bị ngoại vi lúc

này mới chỉ ở mức 5MBps.

Nhưng khi bộ xử lý trở nên nhanh hơn và cần băng thông dữ liệu lớn hơn thì chuẩn ISA không đáp ứng nổi. Cuối

thập niên 90, hầu hết card ISA còn lại đều chỉ mang tính đại diện cho công nghệ 8bit. Các thiết bị dùng đường

truyền 16bit như bộ điều khiển đĩa cứng, bộ xử lý đồ họa và card mạng bắt đầu cảm thấy "chật chội" trong giới hạn

băng thông của ISA. Cái chết của ISA đã được chính thức văn bản hóa trong tài liệu PC99 System Design Guide do

Intel và Microsoft biên soạn vào năm 1999.

Có khá nhiều lĩnh vực cần đến tốc độ nhanh hơn ISA như hiển thị đồ họa độ phân giải cao, chiếu phim và hoạt ảnh;

ngoài ra, tốc độ đĩa cứng và giao tiếp mạng cũng đã vượt qua mức đáp ứng của ISA.

Chuẩn thay thế đầu tiên được đưa ra là Micro Channel Architecture (MCA), sản phẩm của IBM, có đặc tả gần giống

với Extended ISA (EISA) phát triển bởi các đối thủ của IBM. Cả hai hệ thống hoạt động với tần số tương ứng là

10MHz và 8MHz nhưng cùng hỗ trợ giao tiếp 32bit và đạt băng thông 20MBps. Tên gọi của chuẩn cũng phần nào

thể hiện bản chất của chúng: EISA chuyển đổi được với ISA trong khi MCA thì không tương thích.

Cuối cùng, cả hai chuẩn đều không có được cơ hội phát triển lớn mạnh như mục tiêu thiết kế vì chi phí chuyển đổi

quá cao. Phạm vi ứng dụng chủ yếu của chúng là máy chủ tập tin lớn.