Bus d'entrées/sorties


Bus d'entrées/sorties

Bus informatique

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Un bus informatique désigne l'ensemble des lignes de communication connectant différents composants d'un ordinateur.

On distingue deux types de bus :

Par extension, le terme bus est également employé dans les architectures de logiciels pour désigner un composant de connexion logicielle (voir ORB, EAI, Middleware, etc.) ; on parle alors de bus logiciel.

Sommaire

Description

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 331/3 mégahertz peut transmettre 32 × 33,33 × 106 bits par seconde soit 1,0666 × 109 bits par seconde, soit 1331/3 méga-octets (Mo) par seconde. 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 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. Lorsque l'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 de l'état du bus.

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. Deux bus distincts sont utilisés, un bus de données de 128 bit et un bus d'adresse (d'environ 36 bit sur un PC de 2008[réf. nécessaire]). 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. Ce type de bus est extrêmement rapide : un PC de 2008 permet ici des transferts à 6,4 giga-octets (Go) par seconde[réf. nécessaire].
  • 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.

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'éventuel 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 peu 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 anciens périphériques informatiques tels que les souris utilisent un port série. Les disques durs les plus récents utilisent un bus série (FC, SAS ou SATA). Les débits peuvent ici atteindre plusieurs Go/s.

Liaison série RS-232

Article détaillé : RS-232.

Le mot (octet) à transmettre est envoyé bit par bit (poids faible en premier) par l’émetteur, vers le récepteur qui le reconstitue.

La vitesse de transmission de l’émetteur doit être identique à la vitesse d’acquisition du récepteur. Cette vitesse est exprimée en bauds (un baud correspond à un bit / seconde, dans notre cas). Il existe différentes vitesses normalisées : 9600, 4800, 2400, 1200… bauds.

La communication peut se faire dans les deux sens (duplex), soit émission d’abord, puis réception ensuite (half-duplex), soit émission et réception simultanées (full-duplex).

La transmission étant du type asynchrone (pas d'horloge commune entre l’émetteur et le récepteur), des bits supplémentaires sont indispensables au fonctionnement : bit de début de mot (start), bit(s) de fin de mot (stop).

D’autre part, l’utilisation éventuelle d’un bit de parité, permet la détection d’erreurs dans la transmission.

Les liaisons du type EIA-422 et EIA-485 sont dérivées de la RS-232.

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. 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.

Voir aussi

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