Busse und Tore

Was ist ein Bus? Was ist ein Tor?

Die Grundidee lässt sich an der alten Papiermühle in Amalfi verdeutlichen:

Kanäle an alter Papiermühle

Hier wird Wasser über dafür vorgesehene Leitungen von einem Ort zu einem anderen transportiert. Ein "Wasser-Bus" wäre in diesem Zusammenhang ein Bündel von mehreren Wasserleitungen.

Tore dienen dann dazu, Wasser kontrolliert über ausgewählte Leitungen fließen zu lassen.

Im Computer entsprechen den Wasserkanälen elektrische Leitungen. Statt Wasser fließen dort elektrische Ladungen. Das folgende Bild zeigt Busstrukturen auf einer Computerplatine.

Busstrukuren auf einem Motherboard

Ein Bus ist also - in der einfachsten Version - ein Bündel aus Datenleitungen.

Experimente mit dem Bonsai-Simulationsprogramm

Im Bonsai-Simulationsprogramm gibt es 2 Busse - einen Datenbus und einen Adressbus.

Busstrukuren - Bonsai

Führe jetzt selbst die folgenden Experimente mit diesen Bussen durch.

Aufgabe 1

Hintergrundwissen

Ein Bus ist - in der einfachsten Version - ein Bündel aus Datenleitungen.

In der folgenden Abbildung verbindet ein 8-Bit-Bus die Ein- bzw. Ausgänge von zwei 8-Bit-Registern.

8-Bit-Bus

Allgemeiner gefasst ist ein Bus ein System zur Datenübertragung zwischen mehreren Komponenten.

Die folgende Abbildung zeigt (in etwas abstrakterer Darstellung) einen Bus, an den 3 Register angebunden sind.

Bus mit Registern

Beachte, dass die Anbindung der Register an den Bus über sogenannte Tore erfolgt.

Ein Tor ist eine Art Schalter, den man öffnen und schließen kann. Nur bei geöffnetem Tor findet ein Datentransport vom Bus zum Register bzw. umgekehrt statt.

Das Bussystem, das wir im Folgenden benutzen werden, weist folgende Charakteristika auf:

Hinweise

Der unsichere Zustand '?????' wird auch hochohmig genannt, weil kein Bauteil Spannungen an die Leitungen legt. Der Widerstand zu Spannungsquellen ist sehr groß, eben hochohmig.

Was geschieht, wenn ein Register von einem hochohmigen Bus liest? Ein hochohmiger Eingang in der in der Bonsai-Hardware verwendeten Transistor-Transistor-Logik liest eine Eins. Die Simulation trägt dem Rechnung indem jede Stelle die höchste Ziffer (hier 9) anzeigt. Ein Eingang in der in modernen Computern verwendeten CMOS-Technik ist so empfindlich, dass schon geringe Ladungen ein Kippen bewirken können. Wollte man dieses Verhalten simulieren, so müsste man ein vom hochohmigen Bus lesendes Register mit zufälligen Werten belegen.

Beachte, dass ein sicherer Transfer es erfordert, dass das Lesesignal vor dem Schreibsignal weggenommen wird. In der Bonsai-Hardware werden Schreibsignale technisch leicht verzögert, so dass ein - scheinbar - gleichzeitiges Wegnehmen der Signale trotzdem einen sicheren Transfer bewirkt. Die Simulation hat ebenfalls dieses Verhalten.

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