データバス:データ転送用の強力なサブシステム

データ転送の仕組みについて疑問に思ったことはありませんか?それとも、コンポーネント間でデータを転送するコンピュータの機能に興味がありますか?魔法を起こすのはデータバスです。

興味深いことに、さまざまなタイプのデータバスがあります。これらのバリアントには、さまざまなデータ転送機能が付属しています。ただし、ここで問題となるのは、データバスはどのように機能するのかということです。

この記事では、データバスとそのしくみに関するすべてを説明します。また、データベースとデータバスの違いについても学びます。

始めましょう!

データバスとは

データバスは、パーソナルコンピューターの黎明期から存在するサブシステムです。データバスは、マザーボードまたはシステムボード上のデータ転送を担当します。通常、これらのデータ転送は、CPU やメモリなど、あるコンポーネントから別のコンポーネントへのものです。

マザーボード

また、データバスは 2 台のコンピュータ間のデータ転送を開始できます。実際には、1 つのデータバスで多くのビット数のデータを処理できます。各データバスのデータ転送能力は、帯域幅と呼ばれるものです。

さらに、標準のデータバスサイズは通常 32 ビットです。つまり、データバスは 1 秒あたり最大 32 ビットのデータを転送できます。

しかし、より高度な技術により、現在では 64 ビットと 96 ビットのデータバスがあります。さらに、これらのデータバスのより高いビットレートを処理できるデバイスがあります。

バスコントローラが重要な理由

パソコンの初期のマザーボードには問題がありました。これらのマザーボードは、コンピュータのメモリと周辺機器を区別できないデータバスを使用していました。なんで？直接のつながりがあったからです。

直接接続は、さまざまな問題を引き起こしました。たとえば、点灯したデバイスは同じ動作速度を使用するように強制されました。その結果、頻繁にクラッシュする遅い PC が多数ありました。

遅い PC にイライラする男性

ただし、開発者はバスコントローラーを使用してこの問題を解決することができました。バスコントローラーは、コンピューターのメモリと CPU を周辺機器から分離するのに役立ちます。したがって、CPU とメモリは、周辺機器に影響を与えることなく、異なるより高速な速度で実行できます。

それがすべてではありません。バスコントローラを使用すると、拡張カードは相互に直接通信できます。また、CPU を経由する必要がなくなり、より高速なデータ転送が可能になりました。

さらに、バス速度が遅いと、コンピューターシステムが遅くなります。

CPU

データベースとデータバスの違い

データバスにデータベースがあると考えるのは珍しいことではありません。この誤解はもっともらしく思えますが、データバスとデータベースは 2 つの異なる概念です。簡単に言えば、データバスは移動中のデータを処理し、データベースはアイドルデータを処理します。

実際、データベースはストレージユニットのようなものです。つまり、後でアクセスまたは検索できる情報が保存されます。したがって、データ中心のストレージに焦点を当てています。

ストレージユニット

反対に、データバスは転送指向です。したがって、コンポーネント間の通信に焦点を当て、受信データと送信データを処理します。また、データ中心の相互作用を処理します。

間違いなく、データバスにはデータベースがありません。データベースの概念はストレージに関連しています。一方、データバスは仮想グローバルデータ空間を使用し、データ転送を意味します。

データバスの種類

データバスのタイプを、パラレルデータとシリアルデータ、および内部と外部のデータバスの 2 つのカテゴリに分類しました。これらのタイプを詳しく見てみましょう。

パラレルおよびシリアルデータバス

最近のコンピュータには、シリアルデータバスとパラレルデータバスの両方があります。どちらのデータバスも機能が異なりますが、コンピューター上で連携して、より高速で信頼性の高いデータ転送を実現します。

パラレルデータバスは、多くのパスで同時にデータを転送できます。ただし、各パスは 1 ビットのデータしか伝送しません。パラレルデータバスの良い例には、PC カード (パーソナルコンピューターカード)、SCSI (小型コンピューターシステムインターフェイス)、および ATA (Advanced Technology Attachment) があります。

一方、シリアルデータバスにはパスが 1 つしかありません。ただし、このパスはすべてのビットを個別に運ぶことができます。現在見られるシリアルデータバスの例には、シリアル接続 SCSI、FireWire、シリアル ATA、およびよく知られているユニバーサルシリアルバス (USB) があります。

USB

内部および外部データバス

内部および外部データバスのないコンピュータはほとんどありません。内部データバスまたはローカルバスは、マザーボード上のすべてのコンポーネント間の接続を作成します。

興味深いことに、外部データバスはマザーボード上のすべての周辺機器を処理します。ほとんどのコンピュータには、さまざまな外部バスが付属しています。ただし、問題の外部デバイスによって、HDMI や VGA 接続などの外部ケーブルの種類が決まります。

HDMI

制御およびアドレスバス

コンピュータシステムバス

制御バスとアドレスバスは、別の種類のコンピュータバスです。データバスがデータを送信するときは常に、制御バスがデータを実行できるようにする前に、アドレスバスが最初にデータを受信します。これら 2 つのコンピューターバスがどのように機能するかを詳しく見てみましょう。

コントロールバス

CPU は制御バスを使用して、マザーボード上の他のコンポーネントと通信します。ただし、この通信を行うために使用できるのは、ケーブル接続とプリント基板のみです。さらに、制御バスはコンピューターにとって不可欠な要素の 1 つです。

制御バスも双方向で、コンポーネント間の双方向データ転送が可能です。また、これらのバスは、CPU が外部機能と内部ツールの制御信号を調整するのに役立ちます。

さらに、複数のラインが制御バスを構成します。これらのラインには、バイトイネーブル、ステータス、割り込み、および読み取り/書き込み信号ラインが含まれます。

さらに重要なことに、制御バスは CPU の頭脳のようなものです。 CPU は、システムが独立してデータを送受信するタイミングを検出しません。したがって、コンピュータシステムが正しく機能するには、制御バスが必要です。

アドレスバス

アドレスバスは、コンピュータシステムにとっても不可欠です。データバスがデータを送受信し、コントロールバスがそれを実行している間に、アドレスバスが受信して送信を決定します.

CPU は、読み取り/書き込みコマンドの送信先を知るためにアドレスバスも必要とします。また、CPU はすべてのアドレスバスをビット形式で読み書きできます。

興味深いことに、32 ビットアドレスバスを備えたシステムは、最大 4 ギビバイトのメモリ空間しかアドレス指定できません。逆に、64 ビットアドレスバスを備えたシステムは、最大 16,384 ペビバイトまでのより大きなメモリ空間にアクセスできます。ただし、オペレーティングシステムはそのようなアドレスバスを処理できる必要があります。

一部の開発者は、アドレスバスは、I/O デバイス (オンとオフ) またはコンピューターメモリのアドレスを送信できるワイヤの集まりであると考えています。したがって、アドレスバスが無指向性であることを意味します。

例として、16 ビットアドレスバスを備えた Intel 88085 マイクロプロセッサを使用できます。プロセッサは 16 ビットアドレスバスを使用するため、最大 665,5536 のメモリ位置をアドレス指定できます。また、さまざまな信号を 1 つの 8 ビットデータバスに結合します。

したがって、すべての重要なアドレスビットはアドレスバスを介して送信されますが、LSB は多重化されたデータバスを介して移動します。