Bus informatique

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Un bus informatique est un système de communication partagé entre plusieurs composants d'un système numérique, par opposition à une liaison point à point^[1],[2]. Le terme dérive du latin omnibus (à tous) ; c'est le sens, d'un usage plus ancien, du terme bus en électrotechnique.

Ce terme regroupe habituellement le matériel constituant le support de communication (nappe, câble, fibre optique, piste, etc.), des circuits d'interface et le logiciel. Ces deux aspects sont liés. Les caractéristiques du support matériel conditionnent en partie le type de communication ; le protocole de communication impose des types de matériel.

Par exemple, le front side bus relie le microprocesseur à la mémoire vive sur de nombreux ordinateurs, et le bus PCI relie soit le microprocesseur, soit un autre composant appelé chipset d'un ordinateur aux connecteurs d’extension du même nom, et aux cartes placées dans ces connecteurs.

Description

Vue logique de bus informatique

Les bus sont situés à l'intérieur d'un même ordinateur et permettent de connecter les différentes parties fonctionnelles de cet ordinateur entre elles.

Les informations transmises peuvent être les informations utiles à échanger entre les dispositifs ou des informations de contrôle permettant de gérer l'état du bus lui-même.

Un bus est souvent caractérisé par une fréquence et le nombre de bits d'informations qu'il peut transmettre simultanément. Lorsqu'un bus peut transmettre plus d'un bit d'information simultanément on parlera d'un bus parallèle, sinon d'un bus série. La fréquence donnée est tantôt la fréquence du signal électrique sur le bus, tantôt la cadence de transmission des informations, qui peut être un multiple de la fréquence du signal.

Ainsi un bus de 32 bits dont le signal a une fréquence de 33 ^1/3 mégahertz peut transmettre 32 × 33,33 × 10⁶ bits par seconde soit 1,0666×10⁹ bits par seconde, soit 133 Mo/s. Ce résultat doit encore être multiplié si la cadence des informations est un multiple du signal.

Les technologies utilisées pour fabriquer les bus sont variées, conducteurs électriques gravés sur un circuit imprimé, câble, fibre optique, etc.

Bus internes

Les bus internes, également connus sous le nom de bus de données, bus mémoire ou système de bus ou encore front-side-bus, relient tous les composants internes d'un ordinateur, tels que le processeur et la mémoire, à la carte mère. Le bus de données interne est également considéré comme un bus local, parce qu'il est destiné à se connecter à des périphériques locaux. Ce bus est généralement assez rapide et est indépendant du reste des opérations informatiques.

Bus pour PC

Habituellement les bus internes d'un microprocesseur de PC sont au nombre de deux :

• un premier contrôlé par la North Gate qui le relie aux périphériques rapides tels que la mémoire et les cartes graphiques PCI^[3] ;
• un second contrôlé par la South Gate qui le relie à tous les autres périphériques dont tous les externes (imprimante, webcam, etc.)^[3].

Bus externe

Le bus externe, également connu sous le nom de « bus d'expansion », est constitué des signaux électroniques qui relient l'ordinateur (la carte mère) à différents dispositifs externes, tels que l'imprimante, etc. Pour confondre les questions^[Quoi ?], il était courant dans le passé de classer les systèmes de bus selon le système de communication qu'ils utilisent, série ou parallèle. De nombreux systèmes modernes peuvent fonctionner en utilisant un mode ou l'autre, en fonction de l'application.

Bus parallèle

Matériel

D'un point de vue physique, ce type de bus est un ensemble de conducteurs électriques parallèles. À chaque cycle de temps, chaque conducteur transmet un bit.

Ces bus ont donc une taille en nombre de conducteurs, et une taille en bits. Les tailles les plus courantes (en bits) sont : 8, 16, 32, 64 ou plus. Lorsqu'on parle de la taille d'un bus, cela signifie qu'il s'agit du nombre d'informations (ou bits) que le bus peut transmettre en un cycle, sans compter les informations de contrôle.

Certains conducteurs supplémentaires sont affectés à la transmission des signaux de contrôles du bus et de validation des signaux de donnée.

Fonctionnement

Le bus sert à transmettre un entier informatique de la taille du bus. Les différents bits du bus ont chacun un poids différent numéroté de zéro à N-1 où N est la taille du bus. Par exemple pour un bus quatre bits on peut transmettre 16 valeurs différentes (2⁴ = 16).

L'émetteur positionne au même instant tous les bits du bus. Au moment adéquat le composant lecteur lira tous les bits en même temps. Cet instant adéquat peut être déterminé par un des signaux de contrôle qui changera de valeur pour signaler au dispositif lecteur qu'il est temps de lire les données sur le bus.

Ce type de bus souffre d'un défaut inhérent à son principe : bien que l'émetteur positionne au même instant tous les bits, les câbles qui les transportent jusqu'au récepteur peuvent ne pas avoir précisément les mêmes caractéristiques électriques (une nappe de conducteurs tordue par exemple) ou même ne pas avoir la même longueur : cela force l'émetteur à maintenir l'état de chaque groupe de bits à transmettre pendant un temps suffisant pour garantir une réception sans erreur à l'autre bout de la liaison, ce qui réduit le débit maximal d'information.

Cas d'utilisation

• Lecture et écriture de la mémoire vive par un processeur. Quatre bus distincts sont utilisés, un bus de données de 128 bits, un bus d'adresse (d'environ 36 bit sur un PC de 2008^{[réf. nécessaire]}), un bus de contrôle et le bus d'horloge. Le bus d'adresse est utilisé pour sélectionner les cellules mémoires qui doivent être lues ou écrites, le bus de données servant à transmettre le contenu de la mémoire elle-même, le bus de contrôle indiquant s'il s'agit d'une lecture ou d'une écriture. Les bus changent d'état sur une transition du bus d'horloge, le transfert se fait sur une transition inverse. Ce type de bus est extrêmement rapide : un PC de 2008 permet ici des transferts à 6,4 gigaoctets (Go) par seconde^{[réf. nécessaire]}. Ces bus sont des bus au sens de l'électrotechnique, avec leur limitation de longueur. Plus le transfert est rapide, plus ils doivent être courts.

• Interconnexion de disques durs SCSI. Une nappe à 68 conducteurs relie chaque disque à l'adaptateur et transporte tour à tour les signaux de commandes et de données sur 16 bits. Ce type de bus est très rapide quand la nappe est de haute qualité, il peut atteindre 320 Mo/s.

• Connecteurs PCI des cartes d'extension d'un ordinateur personnel, ils permettent des transferts à environ 130 Mo/s.

Bus série

Matériel

Un bus série permet de transmettre les informations bit par bit. Toutefois il comporte plus d'une ligne permettant de transmettre des informations par l'addition d'éventuels signaux de contrôle et généralement par l'utilisation de deux lignes distinctes permettant ainsi à ces bus d'être bidirectionnels afin de permettre la transmission d'information dans les deux directions simultanément.

Fonctionnement

Le bus série transmettant les données bit par bit, il est nécessaire lorsque l'on veut par exemple transmettre un mot de 32 bits de sérialiser l'information pour sa transmission. Le lecteur devra effectuer l'opération inverse pour reconstruire le mot de 32 bits à partir des bits reçus.

L'intérêt principal de ce type de bus (outre un câblage simplifié par rapport à un bus parallèle) est que pour un coût moindre (grâce au faible nombre de conducteurs de données) il permet - en faisant appel à des composants électroniques de haute qualité - de dépasser les débits atteints par des bus parallèles.

Cas d'utilisation

• Certains périphériques informatiques tels que les souris utilisent un port série;
• Une liaison USB peut être apparentée à un bus série;
• Les disques durs récents utilisent un bus série (FC, SAS ou SATA). Les débits peuvent ici atteindre plusieurs Go/s.

Bus série versus bus parallèle

Un bus série, transmettant les bits d'informations un par un, doit être plus rapide qu'un bus parallèle les transmettant 32 par 32 pour obtenir le même débit. Les bus parallèles sont limités en cadence par des difficultés techniques et physiques^{[Lesquelles ?]}. À des fréquences de fonctionnement élevées les bus parallèles produisent plus d'interférences électromagnétiques qu'un bus série ce qui perturbe la qualité des signaux électriques transmis^{[réf. nécessaire]}.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

• Description de l'interface série RS232
• Les signaux (animation Flash)

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