บทที่ 3 ระบบบัส

       ระบบบัส  เป็นเส้นทางที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการติดต่อสื่อสารกับอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกันเป็นระบบเดียวกัน ทั้งภายในแผงวงจรหลัก และอุปกรณ์ที่อยู่บน Slot ของระบบบัสส่วนเชื่อมโยงต่างๆ            ส่วนประกอบภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ จะถูกเชื่อมโยงเข้าด้วยกันโดยวงจรทางไฟฟ้า ที่เรียกว่าระบบบัส บัสที่ใช้ในระบบคอมพิวเตอร์คือ ชุดของการเชื่อมต่อแบบขนานอย่างง่าย ซึ่งมีอยู่บนแผงวงจรหลักของระบบคอมพิวเตอร์ ชิ้นส่วนการควบคุมต่างๆ เช่น CPU Chip Peripheralต่างๆ และระบบของหน่วยความจำ เมื่อใดก็ตามที่มีการส่ง หรืออ่านข้อมูลจากหน่วยความจำหรือ พอร์ท อินพุทเอ้าท์พุทต่างๆ ตำแหน่งที่อยู่ของหน่วยความจำ หรือพอร์ท จะถูกกำหนดโดยค่าของตัวเลข หรือหมายเลข แอดเดรส     ที่ใช้บ่งชี้เป็นกรณีพิเศษ เมื่อมีการถ่ายโอนข้อมูล แอดเดรสจะถูกส่งผ่านตามส่วนของบัสที่เรียกว่า แอดเดรสบัส (Address Bus)เมื่อแอดเดรสได้ถูกกำหนดแล้ว ข้อมูลจะถูกส่งไปยังส่วนของบัสที่แยกออกไปซึ่งเรียกว่า ดาต้าบัส (Data Bus) นอกจากนี้ยังมีส่วนที่ใช้ควบคุมกิจกรรมต่างๆ ในระบบ ซึ่งแยกออกมาเฉพาะเรียกว่าบัสควบคุม (Control Bus) การควบคุม การเขียน อ่านข้อมูล เป็นต้น

แอดเดรสบัส 

     ในระบบที่ใช้ซีพียูรุ่น 8088 หรือ 8086 จะมีแอดเดรสบัสขนาด 20 เส้นเท่ากับ แอดเดรสบัสของ ซีพียู ซึ่งสามารถอ้างตำแหน่งได้เท่ากับ 220 ตำแหน่ง (บัสแต่ละเส้นมีข้อมูลที่เป็นไปได้คือ 0และ 1) หรือ 1 MB ความสามารถในการอ้างถึงตำแหน่งในหน่วยความจำของซีพียูขึ้นอยู่กับตัว ซีพียู ตัวนั้นๆเช่น 80286 มีแอดเดรสบัส 24 เส้น สามารถอ้างได้ 16 MBหรือ 80386DX,80486 มีแอดเดรสบัสขนาด 32 เส้นทำให้อ้างได้ถึง 4GB และในรุ่น Pentium จะมี Address Bus เป็น 36เส้น ซึ่งอ้างอิงตำแหน่งได้เท่ากับ 236 ตำแหน่ง

ด้าต้าบัส

     เป็นส่วนที่นำข้อมูลส่งไปยังที่ต่างๆ ภายในระบบคอมพิวเตอร์ ความเร็วในการส่งถ่ายข้อมูล       จะเร็วมากน้อยเพียงใด ขึ้นอยู่กับความกว้างของเส้นทางส่งข้อมูลเช่นกัน สำหรับระบบที่ใช้ ซีพียู 8088     มีความกว้างของดาต้าบัสเพียง 8 บิท 8086 มีดาต้าบัสขนาด 16 บิท Pentium จะมีความกว้างของดาต้าบัสขนาด 64 บิท เป็นต้น

บัสควบคุม

 เป็นส่วนที่นำคำสั่งควบคุมและคำสั่งสำหรับติดต่อกับอุปกรณ์ต่างๆโดยบัสควบคุมนี้จะทำหน้าที่ควบคุมการทำงาน และกิจกรรมที่เกิดขึ้น ในส่วนต่างๆ ของระบบคอมพิวเตอร์

                      โครงสร้างการทำงานของระบบบัส   

       ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลในปัจจุบันนั้น โดยทั่วไปได้มีการแบ่งการทำงานออกเป็น 3ระดับได้แก่

        ระดับที่ 1 Host Bus   จะทำหน้าที่ควบคุมการสื่อสาร การส่งถ่ายข้อมูล และควบคุม                         การทรานแอกชั่น ข้อมูล การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างโปรเซสเซอร์ (CPU) ของระบบ และตัวควบคุม PCI ในส่วนที่ ทำหน้าที่เป็น North Bridge ซึ่งมีอัตราการทรานแอกชั่นข้อมูลที่มีความเร็วสูงมากซึ่งอุปกรณ์ที่ทำงานร่วมกับโปรเซสเซอร์ใน North Bridge คือหน่วยความจำ Cache และหน่วยความจำหลักของระบบซึ่งควบคุมการแลกเปลี่ยนข้อมูลจะเกิดขึ้นภายใน Chip Set ทำหน้าที่ควบคุม North Bridge 

        ระดับที่ 2 PCI Bus   ทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ I/O ต่างๆ ที่มีการเชื่อมต่อตามมาตรฐานการเชื่อมต่อแบบ PCI ซึ่งอุปกรณ์ในระบบ PCI เมื่อจะทำการติดต่อกับ Processor หรือระบบหน่วยความจำที่อยู่ภายใต้การควบคุมของ North Bridge ซึ่งจะควบคุมการส่งผ่านข้อมูล และ จำนวนทรานแอกชั่นของข้อมูลให้มีความเร็วที่เหมาะสมเพื่อให้สามารถสื่อสารกันได้ โดย Chip Set จะทำหน้าที่ควบคุมในส่วนนี้เช่นกัน เนื่องจากความช้าเร็วในการส่งข้อมูลและ ทรานแอกชั่นระหว่าง Host Bus และ PCI Bus จะไม่เท่ากันจึงต้องมีการจัดข้อมูลดีๆ 

        ระดับที่ 3 ISA Bus   ทำหน้าที่เชื่อมต่อกับ I/O ต่างๆ ที่มีการเชื่อมต่อมาตรฐาน ISA ซึ่งอุปกรณ์ที่มีการต่อแบบ ISA ยังคงมีการใช้งานอยู่ในปัจจุบัน อีกหลายชนิด และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อแบบ ISA จะมีความเร็วต่ำที่สุดของภายในระบบ ดังนั้นการแลกเปลี่ยนข้อมูล หรือ การทำทรานแอกชั่นของข้อมูลจะช้า และ ต้องติดต่อกับ Chip Set ที่ทำหน้าที่ควบคุมในส่วนนี้ ซึ่งถูกเรียกว่า South Bridge เพื่อควบคุมไม่ให้เกิดการเสียหายของข้อมูลในขณะที่มีการแลกเปลี่ยนข้อมูลกับ I/O ที่ความเร็วสูงกว่า และนอกจาก South Bridge ยังมีหน่วยวบคุมอุปกรณ์อื่นๆ ในระบบด้วย เช่น ระบบอุปกรณ์ที่มีการเชื่อมต่อแบบ IDE หรือระบบมัลติมีเดีย เป็นต้น


     บทบาทของระบบบัส

       บัสเป็นเส้นทางหลักของคอมพิวเตอร์ในการเชื่อมโยงการ์ดขยายทุกชนิด ไปยังไมโครโพรเซสเซอร์ บัสความจริงก็คือ ชุดของเส้นลวดที่วางขนานกันเป็นเส้นทางวงจรไฟฟ้าเปรียบเทียบเหมือนถนนที่มีหลายช่องทางจราจร ยิ่งมีช่องทางจราจรมาก ก็ยิ่งระบายรถได้มากและหมดเร็ว เมื่อเราเสียบการ์ดลงช่องเสียบบนแผงวงจรหลัก (สล๊อต) ก็เท่ากับว่าได้เชื่อมต่อการ์ดนั้นเข้ากับวงจรบัสโดยตรง จุดประสงค์หลักของบัสก็คือ การส่งผ่านข้อมูลไปและกลับ จากไมโครโพรเซสเซอร์หรือจากอุปกรณ์หนึ่ง โดยทางคอนโทรลเลอร์ DMA การ์ดทุกตัวที่เสียบอยู่บนสล็อตของแผงวงจรหลักจะใช้เส้นทางเดินของบัสอันเดียวกัน ดังนั้นข้อมูลต่างๆจึงถูกจัดระบบและควบคุมการส่งผ่านในระบบ จะพบว่าบัสแบ่งได้เป็น 4 ส่วนใหญ่ๆดังนี้

     1. สายไฟฟ้า (POWER LINE)
           จะให้พลังไฟฟ้ากับการ์ดขยายต่างๆ
     2. สายควบคุม (CONTROL LINE)
           ใช้สำหรับส่งผ่านสัญญาณเวลา (TIMING SIGNS) จากนาฬิกาของระบบ และส่งสัญญาณอินเตอร์รัพต์
     3. สายแอดเดรส (ADDRESS LINE)
          ข้อมูลใดๆที่จะถูกส่งผ่านไป แอดเดรสเป้าหมายจะถูกส่งมาตามสายข้อมูลและบอกให้ตำแหน่งรับข้อมูล (แอดเดรส) รู้ว่าจะมีข้อมูลบางอย่างพร้อมที่จะส่งมาให้
     4. สายข้อมูล (DATA LINE)
           ไมโครเมตรจะตรวจสอบว่ามีสัญญาณแสดงความพร้อมหรือยัง (บนสาย I/O CHANNEL READY) เมื่อทุกอย่างเป็นไปด้วยดี ข้อมูลก็จะถูกส่งผ่านไปตามสายข้อมูล
จำนวนสายที่ระบุถึงแอดเดรสของบัส หมายถึง จำนวนของหน่วยความจำที่อ้างแอดเดรสได้ทั้งหมด เช่น สายแอดเดรส 20 สาย สามารถใช้หน่วยความจำได้ 1 เมกะไบต์ จำนวนของสายบัสจะหมายถึงบัสข้อมูล ซึ่งก็คือข้อมูลทั้งหมดที่ส่งผ่านไปในบัสตามกฎที่ตั้งไว้ ความเร็วในการทำงานที่เหมาะสมจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อ จำนวนสายข้อมูลเพียงพอกับจำนวนสายส่งข้อมูลของไมโครโพรเซสเซอร์ จำนวนสายส่งข้อมูลมักจะระบุถึงคุณสมบัติของบัสในเครื่องพีซีนั้นๆ เช่น บัส 16 บิต หมายถึง บัสที่ใช้สายข้อมูล16 สายนั่นเอง