Das Bussystem und die Funktion des Busmastering

Bei einem Bus handelt es sich nicht nur um das „Binary unit system“, welches der Übertragung von Daten bei einer Kommunikation zwischen Teilnehmern eines oder mehreren Netzwerke dient, sondern auch um eine wichtige technische Anwendung, ohne welche die heutige Kommunikationstechnik nicht mehr denkbar wäre. Der Sinn der Informationstechnik besteht zunächst einmal in der Notwendigkeit in der heutigen modernen und wettbewerbsorientierten Industrie dafür zu sorgen, dass Prozesse automatisiert werden können, um wesentliche Ziele wie die Steigerung der systeminternen Sicherheit und des Schutzes gegenüber Störfällen, sowie die Senkung von Kosten durch einen geringeren Einrichtungsaufwand zu erreichen.

Der Bus hat sich hierbei als eine äußerst effiziente Lösung herausgestellt, sodass er entsprechend der Anwendungen in unterschiedlichen Ausführungen vorhanden ist. Bei der eigentlichen Übertragung von Daten, durch welche es zur Automatisierung von Vorgängen im Netzwerk einer Anlage oder Maschine kommen kann, lässt sich zudem der Zugriff auf den Bus regeln, sodass sich dieses Zugriffsrecht entsprechend des Bedarfs und der Art und Weise, wie die Übertragung initialisiert werden soll, weiterreichen lässt.

Ein Überblick zum Bus-Mastering

Der Begriff des Busmastering stammt aus dem englischen Wortschatz und steht dafür, dass der Prozessor in einem Computersystem für eine kurzweilige Zeit an die Adapterkarte den Busmaster und somit die Kontrolle über den Bus abgibt. Dieser Busmaster nimmt in der Folge hierauf dann eine selbständige Adressierung des Speichers und der I/O-Bereiche vor. Der Vorgang erfolgt zum Zwecke des Datentransfers. Die Funktionsweise beim Busmasterin sieht vor, dass der Busmaster als eine Art Brücke oder wie eine eigenständige CPU operiert. Wenn nun ein sekundärer Prozessor dieser Art den peripheren Bus kontrolliert, so ist die CPU dazu befähigt andere Arbeiten die innerhalb des Systems anfallen abzuarbeiten, vorausgesetzt die hierfür notwendigen Ressourcen fallen in den Zugriffsbereich. Meist ist der Bus zum Speicher hin noch teilweise verwendbar, wobei es sich dann um eine Situation des Time-Sharings handelt.

Ein positiver Einfluss auf die Reaktionsfähigkeit macht sich hierbei vor allem bei modernen Multitasking-Betriebssystemen bemerkbar, wobei die Aktivität des Busmasters in den meisten Fällen dabei über ein Interrupt-Signal mit dem Betriebssystem verbunden ist. Die Funktion der Adapterkarte liegt beim Busmasterin darin, spezielle Aufgaben asynchron zu anderen Tasks zu bedienen, sodass es zum Beispiel PCI-Busmaster oder AGP-Busmaster gibt.

Varianten des Busmasterings

Der Begriff des Busmasterings muss nicht zwangsläufig in Bezug zu den Bussen an einer CPU eines Computers gesehen werden, da es im Bereich der Rechnernetze noch einige andere Methoden gibt, um die Kontrolle über den Bus zu regeln:

  • Token-Passing-Verfahren– hierbei hält der jeweils als aktiv angesehene Busmaster das sogenannte Token, bei welchem es sich um das Buszugriffsrecht handelt. Ist eine Übertragung von Daten, Nachrichten, Signalen, Telegrammen oder Botschaften beendet, wo wird das Token von einem Teilnehmer an die nächstliegende Komponente im Rechnernetz weitergereicht. Dies findet sich vor allem bei Ringbussen. Liegt solch eine Struktur jedoch nicht vor, muss durch entsprechende Software festgelegt werden, in welcher Reihenfolge die Teilnehmer angeordnet werden sollen, sodass auch deutlich wird, wer an wen das Token weiterreicht. 
  • Verwendung anderer Busse – Nutzt man beispielsweise das CAN und Ethernet, so steht bereits im Voraus fest, dass es zu Kollisionen zwischen den Teilnehmern einer Netzwerktopologie kommen kann, da Versuche einer gleichzeitig ablaufenden Übertragung initialisiert werden. Dabei müssen die verwendeten Bussysteme dann mögliche Zusammenstöße erkennen, damit hierauf logisch reagiert werden kann. Deshalb zählt die Festlegung einer solchen Strategie zur Definition des entsprechenden Busses oder Rechnernetzes. Diese Methode eignet sich auch für Verbindungen die mittels eines Funksignals arbeiten.

Der Bus bei der Computerarchitektur

Wenn ein Bus bei der Strukturierung eines Computernetzes zum Tragen kommt, so wird er hierbei als ein Untersystem angesehen, welches dazu in der Lage ist, Daten oder auch Energie zwischen den Bestandteilen des Computers oder zwischen zwei unterschiedlichen Systemen zu übertragen. Im Gegensatz zu einem Anschluss, bei welchem Geräte mit einer Direktverbindung über eine oder mehrere Leitungen verbunden ist, können bei einem Bus mehrere Peripheriegeräte über denselben Satz an Leitungen miteinander verknüpft werden.

Bei heutigen Computersystemen können Busse sowohl parallel, als auch Bit-seriell eingesetzt werden. Liegt eine herkömmliche Netztopologie vor, so hängen alle Teilnehmer nebeneinander angeordnet direkt am Übertragungsmedium, dem Bus. Durch geeignete Kontaktierungen lassen sich Knoten allerdings auch in einer Ketten-Struktur hintereinander schalten. Darüber hinaus lässt sich ein busähnliches Verhalten erreichen, wenn dieses durch die notwendigen Implementierungen nachgebildet wird. In der Regel besitzen moderne Computer zwei verschiedene Arten von Bussen. Der interne Bus sorgt hierbei für den Anschluss der internen Bestandteile an die Hauptplatine, weswegen er auch als lokaler Bus bezeichnet wird. Der externe Bus ermöglicht eine Verbindungen zwischen den Geräten verschiedener Computer, sodass er die externe Peripherie an die Hauptplatine koppelt.