3. IO-Bausteine / Systembus - Reimann Online

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3. IO-Bausteine / SystembusFachMikroprozessorAutorUrs ReimannDozentUrs ReimannVersion 1.2 Elektrotechniker HFHöhere technischeFachschule HFSystembus und AdressverwaltungBussaufbauIn einem Rechnersystem werden intern fast pausenlos Daten zwischen Bausteinen übertragen. Dazuwandelt man die abstrakten Daten (0/1) in elektrische Pegel (LOW/HIGH) um und leitet sie über elektrischeLeitungen. Allerdings gibt es einige Faktoren, die die Situation ziemlich kompliziert machen. Zunächst soll injedem Schritt mehr als nur ein Bit übertragen werden, man benutzt daher mehrere Leitungen parallel. So gibtes nicht nur einen Sender und einen Empfänger, sondern viele Bausteine, die sowohl Sender als auchEmpfänger sein können: Prozessor, Speicher, E/A-Bausteine.Man könnte nun jeden Baustein mit jedem anderen durch ein eigenes Bündel von Leitungen verbinden, undzwar getrennt für jede Richtung. Das Ergebnis wäre eine hoch komplizierte (und teure) Hauptplatine, dietrotzdem keinen Platz für Erweiterungskarten bietet. Man geht also einen anderen Weg: Es gibt nur einBündel von Leitungen, an das alle Teilnehmer parallel angeschlossen sind, den Bus (lat. omnibus =alle). An diesem Bus fliessen nun die Daten von wechselnden Sendern zu wechselnden Empfängern inwechselnden Richtungen. Dies alles stellt bestimmte Anforderungen an die Ein- und Ausgänge derangeschlossenen Bausteine und ihre Ansteuerung:• Am Bus darf immer nur maximal ein Baustein als Ausgang d.h. Sender aktiv sein.• Nicht aktive Ausgänge dürfen die Busleitungen nicht beeinflussen.• Es muss für alle Operationen einen streng definierten Ablauf geben, das Busprotokoll.• Der Eingangslastfaktor der Empfangerbausteine darf nicht zu gross und der Ausgangslastfaktor derSenderbausteine nicht zu klein sein.Die Buskonstruktion hat den grossen Vorteil, offen zu sein, so dass weitere Teilnehmer angeschlossenwerden können. Man unterscheidet die Busleitungen nach der Art der übertragenen Daten in Datenbus,Adressbus und Steuerbus.Ein typisches Beispiel:Der Bus eines Mikroprozessorsystems mit 32 Datenleitungen, 32 Adressleitungen und 29 Steuerleitungen.Die 32 Datenleitungen sind alle gleich beschaltet und übertragen bidirektional die 32 Datenbits D0 - D31.Der Adressbus ist unidirektional und überträgt die 32 Adressbits A0 - A31.Die Leitungen des Steuerbusses sind heterogen, jede Leitung hat eine andere Aufgabe.Beispiele für Bussysteme sind PCI, ISA- und EISA-Bus der PCs. Die Idee des Busses hat sich aber auch inanderen Umgebungen bewährt. Chipinterne Busse verbinden Baugruppen innerhalb eines Chips.Der 1 2 C-Bus (Inter Intergrated Circuits) verbindet integrierte Schaltungen auf Platinen und in Geräten.Gerätebusse wie IEC-Bus, SCSI-Bus und USB verbinden Geräte untereinander, Feldbusse wie Profi-Bus, INTERBUSS und CAN-Bus können sich über ganze Gebäudekomplexe erstrecken, umSensoren und Aktoren anzusteuern. Ein Teil dieser Busse arbeitet allerdings bitseriell.Wie kann nun der Systembus eines Mikroprozessorsystems aufgebaut werden? Wenn mehrereAusgänge gleichzeitig aktiv sind kann es zu Pegelkonflikten, d.h. Kurzschlüssen kommen. Damit dienicht aktiven Bausteine den Bus nicht beeinflussen, müssen spezielle Schaltungen verwendet werden.Wir stellen die beiden wichtigsten Schaltungen vor. Den Open- Collector- Ausgang und den Tristate-Ausgang.Seite 9 von 25

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