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 Systèmes de bus

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Date d'inscription : 17/02/2012

MessageSujet: Systèmes de bus   Sam 18 Fév - 14:47

Définition
Le bus est :

un ensemble de lignes électriques,
reliant le processeur à divers composants sur la carte mère (jeu de puces, périphérie etc.),
de façon parallèle
afin de permettre l'échange de données entre le processeur et ces composants.

Figure 1 : Schéma d'un bus

Composants

Le bus se compose de diverses parties ayant chacune une fonction spécifique :

Le bus d'adresses permet au processeur d'indiquer l'adresse du composant avec lequel il souhaite échanger des informations.
Le bus de commande permet au processeur de signaler au composant auquel il s'adresse (cf. bus d'adresses) si le composant doit se comporter comme expéditeur ou destinataire des informations à échanger.
Le bus de données permet au processeur de recevoir les informations expédiées par un composant ou d'envoyer des informations à destination d'un composant.

Hiérarchie

Comme tous les composants sur la carte mère ne travaillent pas à la même vitesse, un ordinateur contient généralement différents types de bus de vitesses divergentes. Le rôle des puces du jeu de puces (en anglais : chipset) compatible avec un processeur particulier consiste à réguler le flot des informations en fonction de ces vitesses divergentes.

Figure 2 : Le jeu de puces Intel X38 Express (source Intel)

On distingue habituellement les types de bus suivants :

Le bus frontal (en anglais : frontside bus) relie le processeur au pont nord (en anglais : north bidge) du jeu de puces et, à travers ce dernier, aux composants rapides que sont la mémoire centrale et la carte graphique.
Le bus mémoire (en anglais : memory bus) relie le pont nord du jeu de puces à la mémoire centrale. Sur beaucoup de systèmes, le bus mémoire et le bus frontal sont identiques.
Le bus AGP (en anglais : Advanced Graphics Port bus) relie le pont nord du jeu de puces à la carte graphique. Il ne s'agit pas à vrai dire d'un bus, dans la mesure où il ne relie que deux composants aux extrémités de la ligne de communication. Dans ce cas, on parle plutôt d'un port.
Le bus d'entrée/sortie relie le pont sud du jeu de puces aux périphériques d'entrée/sortie plus lents. Les ordinateurs actuels offrent plusieurs bus d'entrée/sortie différents, par exemple USB (Universal Serial Bus), PCI (Peripheral Component Interconnect) etc.


Figure 3 : L'architecture de bus Intel Core 2 Extreme (source Intel)

Largeur ou taille
La largeur ou taille du bus correspond au nombre de lignes de transmission du bus. Si le bus est plus large, on peut transmettre plus de bits en parallèle.

La largeur du bus d'adresses détermine la taille de l'espace d'adressage du processeur. Si le bus a une largeur n, la taille de l'espace d'adressage est de 2n. Comme une adresse permet de référencer un octet, un bus d'adresses d'une largeur n permet de référencer 2n octets. L'architecture Intel 64, implémentée entre autres dans les processeurs Intel Core 2 Extreme, étend les adresses des logiciels théoriquement à 64 bits. Toutefois, actuellement, elle ne supporte que des adresses physiques de 40 bits, dans le cas des processeurs Intel Xeon, voire seulement de 36 bits, dans le cas des processeurs Intel Core 2 Extreme. Ces processeurs peuvent donc adresser respectivement 240 octets (c'est-à-dire un espace d'adressage d'une taille de 1 TB) dans le cas des processeurs Xeon et 236 octets (c'est-à-dire un espace d'adressage d'une taille de 64 GB) dans le cas des processeurs Core 2 Extreme.

La largeur du bus de données détermine le nombre de valeurs différentes qui peuvent être échangées entre le processeur et les autres composants sur la carte mère. Si le bus a une largeur n, le nombre de valeurs est de 2n. Dans l'architecture Intel 64, la largeur du bus de données est de 64, le processeur peut donc échanger 264 (plus de 16 trillions) valeurs différentes. Habituellement, la largeur du bus de données est directement liée à la taille des registres de calcul du processeur et, par conséquent, elle détermine les valeurs minimale et maximale des nombres entiers avec lesquels le processeur peut calculer.

Vitesse
Deux grandeurs caractérisent la vitesse d'un bus

La fréquence du bus indique le nombre de transmissions d'informations qui ont lieu par seconde sur le bus. Elle est généralement exprimée en MHz. Ainsi, par exemple, la fréquence du bus frontal du processeur Intel Core 2 Extreme peut, selon le modèle varier de 800 à 1333 MHz.
La bande passante du bus donne une indication plus appropriée de la performance d'un bus. En effet, l'indication de la fréquence seule est incomplète car la nombre de bits transmis par période et par ligne peut varier selon les systèmes. Ainsi, par exemple, le bus frontal du processeur Intel Core 2 Extreme transmet 4 bits par période et par ligne (quad-pumped). La bande passante peut être calculée à partir de la largeur du bus, de la fréquence et du nombre de bits transmis par période. De ce fait, la bande passante du processeur cité ci-dessus peut atteindre 8,5 GB/s.

La bande passante BP (en octets par seconde) se calcule par la formule suivante :

BP = F x L x PpP

où :

F est la fréquence du bus (en Hz) ;
L est la largeur du bus (en octets) et
PpP est le nombre de paquets de données transmises par période (par exemple 4 dans le cas d'un bus « quad-pumped »).

Calculons, par exemple, la bande passante du bus frontal d'un Pentium avec les caractéristiques suivantes :

F vaut 100 MHz, donc 100.000.000 Hz ;
L vaut 8 octets et
PpP vaut 4.

BP = 100.000.000 x 8 x 4 B/s
= 3.200.000.000 B/s
≅ 2.98 GB/s

Systèmes actuels
Pour terminer, présentons encore deux systèmes de bus présents dans de nombreux ordinateurs de type PC actuels :

Le bus AGP qui, si on veut être prés, n'est pas à proprement parler un bus mais un port a une largeur de 32 bits et une fréquence de 66 MHz. Comme il peut transmettre jusqu'à 8 bits par période (AGP 8x), sa bande passante peut atteindre 2 GB/s.
Le bus PCI a été conçu pour relier le pont sud du jeu de puces aux périphériques plus lents. Il a une largeur de 32 bits (PCI) ou de 64 bits (PCI-X : PCI-Extended, à ne pas confondre avec PCI-Express) et une fréquence de 33,33 MHz (PCI) à 133 MHz (PCI-X). Les bandes passantes peuvent aller de 133 MB/s (PCI) à 1014 MB/s (PCI-X).
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