Systembus
Englisch: system bus
Ein einzelner Computerbus, der die Hauptkomponenten eines Computersystems verbindet und die Funktionen eines Datenbusses, eines Adressbusses und eines Steuerbusses vereinigt.
Systembus: die Datenautobahn zwischen den Kernkomponenten eines Computers
Ein Systembus ist eine einzelne physikalische Verbindung aus mehreren parallelen Leiterbahnen oder Spuren, die elektrische Signale zwischen dem Prozessor, dem Speicher und den Ein-/Ausgabe-Controllern eines Computers transportiert. Er fasst drei funktionale Kanäle zusammen: den Datenbus (für die eigentlichen Informationen), den Adressbus (gibt an, welcher Speicherplatz oder welches Gerät angesteuert wird) und den Steuerbus (sendet Zeit- und Steuersignale). In industriellen Steuerungssystemen, eingebetteten Computern und älteren Desktop-Maschinen ist der Systembus das Rückgrat, das Berechnung überhaupt erst möglich macht.
Die Breite eines Systembusses, gemessen in Bit, bestimmt, wie viele Daten gleichzeitig übertragen werden können. Ein 8-Bit-Bus transportiert ein Byte pro Taktzyklus, ein 16-Bit-Bus zwei Bytes, ein 32-Bit-Bus vier Bytes. Die Taktfrequenz, gemessen in Megahertz oder Gigahertz, legt fest, wie viele Übertragungen pro Sekunde stattfinden. Ein 486-Prozessor mit 66 MHz auf einem 32-Bit-Bus könnte theoretisch 66 Millionen mal 4 Bytes pro Sekunde übertragen. Der tatsächliche Durchsatz ist niedriger wegen Wartezyklen, Speicherverzögerungen und den elektrischen Eigenschaften der Leitungen.
Varianten und praktische Grenzen
Frühe Mikroprozessoren nutzten 8-Bit-Busse (Intel 8080, MOS 6502). Industrielle Steuerungsplatinen aus den 1980er und 1990er Jahren liefen üblicherweise mit 16-Bit- oder 32-Bit-Bussen. Moderne Systeme umgehen oft einen einzelnen Systembus völlig und nutzen stattdessen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (PCI Express, HyperTransport) oder mehrstufige Architekturen, bei denen der Prozessor mit einem Memory Controller verbunden ist, der wiederum zu I/O-Hubs führt. Der Begriff 'Systembus' bleibt aber bei Legacy-Geräten und im Unterricht üblich.
Signalintegrität ist die größte technische Herausforderung. Lange Leiterbahnen auf einer Leiterplatte erzeugen Reflexionen und Übersprechen; kapazitive Kopplung zwischen benachbarten Leitern kann Signale verfälschen. Abschluswiderstände, sorgfältiges Routing und Schirmung reduzieren diese Effekte. In rauen Industrieumgebungen beschleunigen Temperaturschwankungen und Vibrationen die Ermüdung der Leitermaterialien und Ausfallerscheinungen an Steckverbindern.
Der Systembus-Engpass ist der Grund, warum moderne Prozessoren ihn aufgegeben haben. Wenn CPU, Memory Controller und Grafikcontroller alle um eine einzige gemeinsame Leitung konkurrieren, wird die langsamste Komponente zum limitierenden Faktor für das ganze System. Die Aufteilung dieser Funktionen in separate, dedizierte Kanäle erhöhte die Bandbreite und reduzierte Konflikte. Das Verständnis des Systembusses ist unverzichtbar bei der Diagnose von Problemen in älteren Industriemaschinen, in Vintage-Testgeräten und in eingebetteten Systemen, die noch davon abhängig sind.