Eine Einführung in die Bus Datenverarbeitung

Zunächst einmal wird unter einem Bus ein System verstanden, welches der Übertragung von Daten zwischen den Teilnehmern einer Netzwerktopologie dienlich ist. Dabei sind die einen Teilnehmer jedoch nicht am Datentransfer der anderen Komponenten beteiligt, auch wenn alle über einen gemeinsamen Übertragungsweg kommunizieren. Bus ist die Abkürzung für das Binary Unit System. Geht es um die Architektur eines Computers, so muss der Begriff Bus als die Darstellung eines Untersystems angesehen werden, durch welches Daten oder Energie zwischen den jeweiligen Komponenten des Geräts oder auch zwischen zwei verschiedenen Computern übertragen wird. Anders als bei Geräte, die über eine Point-to-Point-Verbindung in Kontakt zueinander stehen, ermöglicht die Verwendung eines Busses den Peripheriegeräten eine Interaktion über ein und denselben Satz aus Leitungen. Zudem können moderne Busse, die sich bei Computern finden, parallel oder auch Bit-seriell verwenden lassen. In der herkömmlichen Netzwerkstruktur klassischer Bus-Leitungen findet sich eine Formatierung, bei welcher alle Teilnehmer an einem Bus, dem Übertragungsmedium, hängen. Durch entsprechenden Einsatz geeigneter Kontaktierungen lassen sich die Knotenpunkte jedoch auch in der kettenförmigen Topologie aneinander reihen. Darüber hinaus lässt sich ein Verhalten, das dem eines Busses gleicht, auch durch geeignete Implementierungen nachbilden, was in den höheren Schichten des ISO/OSI-Referenzmodells definiert wurde. Bei Computern finden sich im Normalfall zwei verschiedene Arten der Busse:

  • Interner Bus
    dieser schließt alle intern angebrachten Bestandteile des Computers an die Hauptplatine an, sodass er auch als lokaler Bus bezeichnet wird, da er lediglich der Verknüpfung der lokal vorhandenen Komponenten dient und keine Verbindung zu den Geräten anderer Systeme herstellen muss
  • Externer Bus
    diese Busvariante schließt alle externe Peripherie-Geräte an die Hauptplatine an

Die Struktur, die Terminierung und das Multiplexing eines Binary Unit Systems

Die Definition eines Busses ist unabhängig zur verwendeten Topologie. In der Regel werden auf Bussen nämlich hochfrequente elektrische Signale übertragen, sodass es an den Verzweigungen zu Reflexionen kommt, wodurch die Signale mittels Interferenz ausgelöscht werden können und es zu einer fehlerhaften Ausführung des Systems kommt. Auf dieser theoretischen Basis hat sich die Linien-Topologie als am effizientesten erwiesen, da sie signaltechnisch als überlegen gilt. Auch der Begriff der Terminierung ist innerhalb der Bus-Technologie ein wichtiger Aspekt. Die auftretenden Reflexionen an den Endpunkten der Leitung können durch das Auslösen einer Terminierung verhindert werden. Kommt es zur Terminierung eines Abschlusswiderstands so wird eine hohe Verlustleistung verursacht.

Aufwendiger gestaltet sich hierbei dann schon die aktive Terminierung, bei welcher der Ruhepegel durch einen Spannungsregler vorgegeben wird. Adress-und Datenbusse benötigen auf einer Leiterplatte eine Vielzahl an gleichartigen Leiterbahnen, was jedoch enorm viel Platz wegnimmt und entsprechend vieler Pins benötigt. Durch die Halbierung der Anzahl kann dieses Problem gelöst werden, indem während einer Busphase die jeweiligen Hälften über die gleiche Leitung geschickt werden, was auch als Multiplexing bezeichnet wird. Durch einen weiteren Steuer-Pin wird die jeweilige Busphase dann gekennzeichnet.

Die möglichen Adressierungsverfahren unter Verwendung eines Busses

Bussysteme sind stets so aufgebaut, dass es zu einem definierten Zeitpunkt nur möglich ist, durch einen Knoten Daten auf den Bus legen zu lassen, sodass in der Regel immer nur eine Übertragung im selben Moment stattfinden kann. Zudem müssen die Daten im Normalfall immer nur durch einen Endpunkt weiterverarbeitet werden, da es eher selten vorkommt, dass mehrere Knoten die empfangenen Informationen verwerten sollen. Damit eine Nachricht auch an den richtigen Teilnehmer gesendet wird, findet innerhalb des Netzwerks eine Kennung des jeweiligen Zielknotens statt, indem diese mit einer Adresse versehen wird. Meist gibt es hierfür einen separaten Adressbus. Busse unterscheiden sich nicht nur in der Art ihres Auftretens, sondern auch bei der Möglichkeit der Identifikation:

  • Adressierung in Parallelbussen 
    hier ist nur eine Komponente der Busmaster, wobei es sich in den meisten Fällen um den Prozessor handelt. Alle anderen Teilnehmer gelten als passiv. Wird nun durch den Master eine Adresse auf dem entsprechenden Bus angelegt, so kann diese durch den zentral positionierten Adress-Dekoder entschlüsselt werden. Dieser ermittelt demnach die adressierte Komponente und teilt dieser über eine Select-Leitung mit, dass zu ihr eine Kommunikation aufgebaut werden soll. Die Daten werden anschließend mittels des Datenbusses versandt. Besitzen die angeschlossenen Teilnehmer jeder einen eigenen Dekoder, so wird durch sie entschieden, welche Komponente im Netzwerk angesprochen ist.
  • Adressierung in seriellen Bussen
    diese übertragenen Daten treten in Form ganzer Pakete oder Telegramme auf, die sich in mehrere Felder unterteilen lassen. Ein herkömmliches Datenpaket besteht dabei aus einer Sender-Adresse und der Empfänger-Adresse. Die angeschlossenen Komponenten betrachten zunächst das Empfängerfeld und entscheiden anschließend, ob es zu einer Verarbeitung oder der Verwerfung des Datenpakets kommen soll. Serielle Busse lassen sich zwischen Komponenten als direkte Datenleitungen konzipieren, sodass die Sender-und Empfängerfelder keine Notwendigkeit mehr besitzen.