บทที่ 3 ระบบบัส

บทที่ 3 ระบบบัส Bus System

     บัส เป็นลายวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทำหน้าที่ในการรับส่งข้อมูลระหว่างไมโครโปรเซสเซอร์กับส่วนอื่น ๆ ของคอมพิวเตอร์ผ่านระบบชุดของสายนำสัญญาณให้ เช่น การส่งผ่านข้อมูลระหว่าง Lan Card กับ CPU เพื่อให้เครืองคอมพิวเตอร์ของเราสามารถติดต่อกับเครื่องอื่นในเครือข่ายได้  อย่างไรก็ตามการส่งข้อมูลระหว่างซีพียูกับแผ่นวงจรเหล่านี้ ถ้าหาก Band Width ต่างกัน เช่น  ซีพียูมีขนาด  32 บิต แต่การ์ดมีขนาด 16 บิต ก็จะทำให้ทำงานได้ช้าลงเนื่องจากเกิดคอขวดในการส่งผ่านข้อมูล

    นอกจากนั้นระบบบัสยังทำการโอนย้ายข้อมูลจากอุปกรณ์หนึ่งไปอีกอุปกรณ์หนึ่ง เช่น การ Copy ข้อมูลจาก Hard Disk ลง Floppy Disk หรือการนำข้อมูลจาก Hard Disk ไปสู่หน่วยความจำ RAM ก็ต้องทำผ่านระบบบัสทั้งสิ้น

3.1 ส่วนประกอบของระบบบัส

               ระบบบัส จะประกอบด้วย

1.          เส้นทาง หมายถึง เส้นทางที่ข้อมูลเดินทางผ่าน ส่วนใหญ่จะสังเกตเป็นเส้นบนเมนบอร์ด

2.          ชิปควบคุม ทำหน้าที่ บริหารการเข้าใช้บัสของชิ้นส่วนต่าง ๆ  และทำหน้าที่ป้องกันปัญหาขัดแย้งกันเนื่องจากการแย่งใช้บัสในเวลาเดียวกัน

3.          สล๊อตต่อขยาย เป็นตัวกลางที่ใช้ติดต่อสื่อสารระหว่างเมนบอร์ดกับการ์ดเสริมต่าง ๆ ซึ่งจะถูกออกแบบมาให้ตรงกับระบบบัสนั้น ๆ เช่น  ระบบบัส  PCI ก็จะมีสล๊อต PCI ซึ่งใช้เสียบการ์ดแบบ PCI

3.2 ผลของความเร็วบัส

               จะมีผลกับความเร็วโดยรวมของคอมพิวเตอร์ ยิ่งบัสมีความเร็วสูงเท่าไร และมีจำนวนบิตมากขึ้นเท่าใด ก็จะทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์ทำงานเร็วขึ้น (แต่ไม่ได้เป็นแบบเชิงเส้น)  แต่ก็ขึ้นอยู่กับ Noise ด้วย เพราะยิ่งบัสใช้ความเร็ว (ความถี่ของสัญญาณนาฬิกาของบัส) มากขึ้นท่าใด สัญญาณรบกวนก็จะเพิ่มขึ้นเท่านั้น ซึ่งหากสัญญาณรบกวนมากขึ้นก็จะทำให้โอกาสที่ข้อมูลผ่านผ่านบัสผิดพลาดก็จะเพิ่มมากขึ้น  อุปกรณ์ที่ได้รับผลจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วของบัส เช่น หน่วยความจำหลัก แคชบนเมนบอร์ด VGA card การ์ดเพิ่มขยาย Hard Disk   เป็นต้น

3.3 ชนิดเส้นทางบัส 

ชนิดเส้นทางบัสแบ่งตามสัญญาณที่ส่ง

-        Power Bus  เส้นทางบัสสำหรับจ่ายไฟฟ้า

-         Data Bus  เส้นทางบัสสำหรับระบบข้อมูล

-         Ground Bus  เส้นทางบัสสำรหับสายดิน

ชนิดเส้นทางบัสแบ่งตามข้อมูลที่ส่ง

-             Data Bus  มีทั้งหมด 24 เส้น ใช้สำหรับส่งข้อมูลในรูปของสัญญาณไฟฟ้าเปิดปิด (0,1) โดยสายเหล่านี้จะถูกต่อเข้ากับ

อุปกรณ์ เช่น หน่วยความจำ อแดปเตอร์การ์ด ดังนั้นเมื่อมีการส่งข้อมูล ๆ นั้นก็จะผ่านอุปกรณ์เหล่านั้นทั้งหมด แต่อุปกรณ์ที่รับข้อมูลนี้ต้องมี Address ตรงกับค่าที่กำหนดใน Address Bus

-             Address Bus  มีทั้งหมด 20-32 เส้น ใข้สำหรับส่งข้อมูลเป็นสัญญาณ บอกตำแหน่งที่อยู่หรือแอดเดรสในหน่วยความจำจำนวนเส้นของ  Address Bus จะบอกถึงความสามารถในการอ้างถึงหน่วยความจำ ซึ่งจะแตกต่างกันไปตามซีพียูแต่ละรุ่น เช่น  8088  มี Address Bus 20 เส้น ดังนั้นจะอ้างถึงหน่วยความจำได้ขนาด 2²⁰  หรือ  1 เมกะไบต์  ส่วน  80286  มี 24 เส้น  จะอ้างถึงหน่วยความจำได้ขนาด 2²⁴  หรือ  16 เมกะไบต์  เป็นต้น

               -      Control Bus  ใช้สำหรับส่งสัญญาณควบคุมพื้นฐาน เพื่อระบุว่าให้อุปกรณ์ที่จะได้รับข้อมูล                     ใน Data Bus นั้นจัดการอย่างไรกับข้อมูลที่ได้รับ

3.4 ประเภทของระบบบัสแบ่งตามจำนวนสายนำสัญญาณและเทคโนโลยี

-    บัส 8 บิต  ข้อมูลจะถูกส่งไปยัง Adapter Card  และอุปกรณ์ต่าง ๆ ทางบัส ผ่านชุดสายนำสัญญาณชนิด     8 เส้น

-   สไอซา (ISA)  ย่อมาจาก  Industry Standard Architecture  คือเทคโนโลยีที่เป็นมาตรฐานเกี่ยวกับบัสทีใช้ในเครื่องคอมพิวเตอร์ของ IBM  จะมีความเร็วตั้งแต่ 8-12 เมกะเฮิรตซ์  ใช้ได้กับชิปความเร็ว 12 MHz  หรือชิปรุ่น  386SX  ความเร็ว  16 MHz  แต่หลังจากชิป 386DX  ซึ่งระบบบัสข้อมูลเป็น 32 บิต มาตรฐานบัสชนิด ISA ก็เริ่มไม่เหมาะแล้วเพราะต้องส่งถึง 2 ครั้งเพื่อให้ได้ข้อมูล 32 บิต

- บัสไมโครแชแนล (MCA)  ย่อมาจาก  Micro Channel Architecture  ซึ่งเป็นเทคโนโลยีเฉพาะของไอบีเอ็ม สิ่งที่เหนือกว่า ISA  คือความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลภายในคอมพิวเตอร์ และมีระดับการรบกวนของสัญญาณลดลง นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดค่าได้ด้วยซอฟต์แวร์ ด้วยการรันโปรแกรมซึ่งสะดวกมาก ข้อดีของมันคือ ทำให้อุปกรณ์ต่าง ๆ หรือการ์ดเสริมต่าง ๆ สามารถพูดคุยกันได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านซีพียู เช่น ขณะที่ซีพียูกำลังคำนวณอยู่ หน่วยความจำกับฮาร์ดดิสก์อาจติดต่อสื่อสารส่งข้อมูลกันเองได้โดยตรง

-  บัสอีซา (EISA)  ย่อมาจาก  Extended Industry Standard Architecture  ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนามาเพื่อสู้กับMCA ของ ไอบีเอ็ม ซึ่งประสิทธิภาพพยายามจะให้เทียบเท่ากับของไอบีเอ็ม แต่ข้อเสียของมันคือ มีความเร็วแต่ 20MHz   ทำให้ CPU ที่มีความเร็วสูงกว่ามาก ต้องเข้าถึงหน่วยความจำด้วยความเร็วต่ำไปด้วย (เพราะการเข้าถึงหน่วยความจำของซีพียูต้องผ่านบัส) จึงทำให้บัสประเภทนี้ไม่ค่อยได้รับความนิยม

-  บัสวีซา (VESA Local Bus)  เรียกย่อ ๆ ว่า VL BUS  ซึ่งจะมีข้อดีเรื่องความเร็ว แต่ยังไม่มีมาตรฐานแน่นอน ผู้ผลิตบางรายออกแบบสล็อตความเร็วสูงให้กับเมนบอร์ดเพื่อใช้สำหรับการ์ดหน่วยความจำเท่านั้น นั่นก็ถือเป็นโลคอลบัสหรือบัสเฉพาะที่ด้วย ทำให้เกิดปัญหาเรื่องความไม่เข้ากัน 

VL BUS มีขนาดของบัสข้อมูล 32  บิต  การติดต่อระหว่างซีพียูจะติดต่อโดยตรงไม่ผ่านคอนโทรลเลอร์ ดังนั้นจึงมีความเร็วค่อนข้างสูงถึง  133-148  เมกะไบต์ต่อวินาที  แม้ว่าแต่แรกจะเน้นไปที่ต้องเป็นการ์ดแสดงผล แต่ก็สามารถใช้ได้กับการ์ดเพิ่มขยายอื่น ๆที่ตรงตามมาตรฐานได้ เช่น Lan Card  หรือ การ์ดควบคุม Disk Controller  

-     บัสพีซีไอ (PCI : Peripheral Component Interconnect)  ของ Intel  เป็นบัสชนิด 64 บิต สืบเนื่องจากข้อเสียของVESA  ซึ่ง มีสล็อตสำหรับใส่การ์ดเพียง 3 สล็อต  ทำให้มีข้อจำกับในการใส่การ์ดเพิ่มขยาย  ยิ่งไปกว่านั้นไม่สามารถรองรับ CPU แบบ Pentium  ซึ่งต้องการบัสแบบ 64 บิต  Intel จึงได้ออก PCI  บัสออกมา ซึ่งสามารถรับส่งข้อมูลได้ทั้ง 32 และ 64 บิต  บัสพีซีไอ จะสนับสนุนการทำงานแบบ Plug and Play  หรือเสียบการ์ดเพิ่มขยายแล้วใช้งานได้เลยโดยไม่ต้องกำหนดค่าหรือติดตั้งไดรเวอร์อีก

-     PCMIA   สร้างขึ้นตามมาตรฐานของ  PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) เพื่อใช้กับเครื่อง Notebook  จะรองรับบัสข้อมูลชนิด 16 บิต ความเร็วบัสไม่เกิน 33 MHz  ขณะที่แอดเดรสบัสสำหรับอ้างอิงตำแหน่งหน่วยความจำทั้งหมดเป็นชนิด 26 บิต ดังนั้นจึงอ้างอิงหน่วยความจำได้สูงสุดเพียง 64 เมกะไบต์  ข้อดีของการ์ดเหล่านี้คือ มีขนาดเล็กเท่ากับบัตรเครดิต ใช้กับการ์ดแบบต่าง ๆ เช่น การ์ดเครือข่าย การ์ดบางรุ่นจะติดตั้งระบบการทำงานให้โดยอัตโนมัติเมื่อมีการเสียบการ์ดเข้าหรือดึงออก