บทที่ 3 ระบบบัส(Bus System)

    ระบบบัส (BUS System) คือเส้นทางที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการติดต่อสื่อสารกับอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกันเป็นระบบเดียวกัน ทั้งภายในแผงวงจรหลัก และอุปกรณ์ที่อยู่บน Slot ของระบบบัสส่วนเชื่อมโยงต่างๆ ส่วนประกอบภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ จะถูกเชื่อมโยงเข้าด้วยกันโดยวงจรทางไฟฟ้า ที่เรียกว่าระบบบัส

บัสที่ใช้ในระบบคอมพิวเตอร์คือ ชุดของการเชื่อมต่อแบบขนานอย่างง่าย ซึ่งมีอยู่บนแผงวงจรหลักของระบบคอมพิวเตอร์ ชิ้นส่วนการควบคุมต่างๆ เช่น CPU Chip Peripheral ต่างๆ และระบบของหน่วยความจำ เมื่อใดก็ตามที่มีการส่ง หรืออ่านข้อมูลจากหน่วยความจำหรือ พอร์ท อินพุทเอ้าท์พุทต่างๆ ตำแหน่งที่อยู่ของหน่วยความจำ หรือพอร์ท จะถูกกำหนดโดยค่าของตัวเลข หรือหมายเลข แอดเดรส ที่ใช้บ่งชี้เป็นกรณีพิเศษ เมื่อมีการถ่ายโอนข้อมูล แอดเดรสจะถูกส่งผ่านตามส่วนของบัสที่เรียกว่า แอดเดรสบัส (Address Bus) เมื่อแอดเดรสได้ถูกกำหนดแล้ว ข้อมูลจะถูกส่งไปยังส่วนของบัสที่แยกออกไปซึ่งเรียกว่า ดาต้าบัส (Data Bus) นอกจากนี้ยังมีส่วนที่ใช้ควบคุมกิจกรรมต่างๆ ในระบบ ซึ่งแยกออกมาเฉพาะเรียกว่าบัสควบคุม (Control Bus) การควบคุม การเขียน อ่านข้อมูล เป็นต้น

ส่วนประกอบของระบบบัส

ระบบบัสนั้นประกอบด้วย

- เส้นทางหมายถึง เส้นทางที่ข้อมูลเดินผ่าน ส่วนใหญ่จะสังเกตเป็นเส้นบนเมนบอร์ด

- ชิปควบคุมทำหน้าที่บริหารการเข้าใช้บัสของชิ้นส่วนต่าง ๆ และทำ หน้าที่ป้องกันปัญหาขัดแย้ง เนื่องจากการแย่งใช้บัสในเวลาเดียวกัน

- สล็อตต่อขยาย อย่างที่กล่าวไว้แล้วว่าระบบบัสไม่ใช่แค่สื่อสารระหว่างชิ้นส่วนภายในเครื่องพีซีเท่านั้น ยังสื่อสารกับการ์ดเสริม

ต่าง ๆ ในคอมพิวเตอร์เช่น ไมโครโปรเซสเซอร์กับแรม แรมกับฮาร์ดดิสก์ แรมกับการ์ดต่าง ๆ เป็นต้น ดังนั้นความเร็วของบัสก็มีผลกับความเร็ว โดยรวมของไมโครคอมพิวเตอ

ต่าง ๆ อีกด้วย โดยสื่อสารกับการ์ดเหล่านั้นผ่านช่องสล็อตต่อขยาย สล็อตต่อขยายจะถูกออกแบบมาให้ตรงกับระบบบัสนั้น เช่น ระบบบัส PCI ก็จะมีสล็อตPCI ซึ่งใช้เสียบการ์ดแบบ PCI

ผลของความเร็วบัส

เนื่องจากบัสเป็นสื่อกลางในการติดต่อสื่อสารระหว่างชิ้นส่วนร์ ยิ่งบัสมีความเร็วสูงเท่าใดและมีจำนวนบิตมากขึ้นเท่าใด ก็จะทำ ให้เครื่องคอมพิวเตอร์เร็วขึ้น (แต่ไม่ได้เป็นแบบเชิงเส้น) แต่ทั้งนี้ข้อจำกัดของความเร็วบัสยังขึ้นอยู่กับสัญญาณรบกวน (Noise) เพราะยิ่งบัสใช้ความเร็ว (ความถี่ของสัญญาณนาฬิกาของบัส) สูงขึ้นเท่าใดสัญญาณรบกวนก็จะเพิ่มขึ้นเท่านั้น ซึ่งหากสัญญาณรบกวนมากขึ้นก็จะทำ ให้โอกาสที่ข้อมูลที่ผ่านบัสจะผิดพลาดมากขึ้นเท่านั้น แต่อาจจะสงสัยว่าทำ ไมความเร็วหรือสัญญาณนาฬิกาของไมโครคอมพิวเตอร์จึงสูงกว่าของบัสมาก ก็เนื่องมาจากเส้นทางบัสบนเมนบอร์ดมีระยะยาวมาก เมื่อเทียบกับระยะห่างระหว่างแต่ละหน่วยของไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งก็ทำ ให้เกิดสัญญาณมากกว่านั่นเอง

อุปกรณ์ที่ได้รับผลจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วบัส

♦หน่วยความจำ หลัก (RAM)

♦External Static RAM (แคชบนเมนบอร์ด)

♦การ์ดควบคุมการแสดงผล (VGA Card)

♦การ์ดเพิ่มขยาย

♦ฮาร์ดดิสก์ (Harddisk)

♦ชิปเซต (Chipset)

ประเภทของบัส

โดยทั่วไป ระบบบัส ในเครื่องคอมพิวเตอร์ ถูกแบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือบัสรองรับข้อมูล (address bus) , บัสควบคุม(Control bus) , และ บัสข้อมูล (Data bus)

บัสรองรับข้อมูล(Address bus)

ในระบบที่ใช้ซีพียูรุ่น 8088 หรือ 8086 จะมีแอดเดรสบัสขนาด 20 เส้นเท่ากับ แอดเดรสบัสของ ซีพียู ซึ่งสามารถอ้างตำแหน่งได้เท่ากับ 220 ตำแหน่ง (บัสแต่ละเส้นมีข้อมูลที่เป็นไปได้คือ 0 และ 1) หรือ 1 MB ความสามารถในการอ้างถึงตำแหน่งในหน่วยความจำของซีพียูขึ้นอยู่กับตัว ซีพียู ตัวนั้นๆเช่น 80286 มีแอดเดรสบัส 24 เส้น สามารถอ้างได้ 16 MB หรือ 80386DX,80486 มีแอดเดรสบัสขนาด 32 เส้นทำให้อ้างได้ถึง 4 GB และในรุ่น Pentium จะมี Address Bus เป็น 36 เส้น ซึ่งอ้างอิงตำแหน่งได้เท่ากับ 236 ตำแหน่ง

บัสข้อมูล(Data bus)

เป็นส่วนที่นำข้อมูลส่งไปยังที่ต่างๆ ภายในระบบคอมพิวเตอร์ ความเร็วในการส่งถ่ายข้อมูล จะเร็วมากน้อยเพียงใด ขึ้นอยู่กับความกว้างของเส้นทางส่งข้อมูลเช่นกัน สำหรับระบบที่ใช้ ซีพียู 8088 มีความกว้างของดาต้าบัสเพียง 8 บิท8086 มีดาต้าบัสขนาด 16 บิทPentium จะมีความกว้างของดาต้าบัสขนาด 64 บิท เป็นต้น

บัสควบคุม(Control bus)

เป็นส่วนที่นำคำสั่งควบคุม และ คำสั่งสำหรับติดต่อกับอุปกรณ์ต่างๆ โดย บัสควบคุมนี้ จะทำหน้าที่ควบคุมการทำงาน และกิจกรรมที่เกิดขึ้น ในส่วนต่างๆ ของระบบคอมพิวเตอร์

ตัวอย่างการทำงานของระบบบัส

การทำงานของบัส

เมื่อ BUS เป็นเส้นทางการส่งข้อมูลที่เป็นสัญญานไฟฟ้าในระบบคอมพิวเตอร์ของเรา ดังนั้นก็จะมี วงจร สำหรับควบคุมการทำงานของระบบ BUS เรียกว่า BUS Controller ซึ่งในอดีต มี Chip IC ที่ทำหน้าที่นี้โดยตรงแยกออกไป ในปัจจุบัน ได้มีการ รวมวงจรควบคุม BUS นี้เข้าไว้ใน North Bridge Chip โดยที่วงจรควบคุมระบบ BUS นี้จะทำหน้าที่ จัดช่องสัญญานประเภทต่างๆให้ทำงานร่วมกันอย่างเป็นระบบ บนเมนบอร์ดให้กับอุปกรณ์ที่ร้องขอใช้งาน เช่น CPU , อุปกรณ์ I/O , Port ต่างๆ เป็นต้นอีกนัยหนึ่งของ BUS มีเรียกขานกันในเรื่องเกี่ยวกับเครื่อข่ายคอมพิวเตอร์ ( Computer Network ) โดยมีความหมายว่า เป็นสถาปัตยกรรมการต่อเชื่อมเครื่อข่ายคอมพิวเตอร์รูปแบบหนึ่ง โดยมีแนวเส้นหลัก ทำหน้าที่เสมือนหนึ่งเป็น " ถนนสายหลัก " ที่ใช้สำหรับ " เดินทาง " หรือ " ขนส่งข้อมูล " และ เครื่องคอมพิวเตอร์ที่ต่ออยู่กับระบบ BUS Network นี้ เป็นเสมือนหนึ่ง " บ้าน " ที่อยู่ใน " ถนนย่อย " ที่แยกออกจากถนนหลัก โดยที่ " ถนนย่อย " ที่แยกแต่ละถนนนั้น จะมี " เครื่องคอมพิวเตอร์ หรือ บ้าน " เพียงหลังเดียวอยู่ที่ปลายถนนย่อยแต่ละเส้น นั่นเอง โดยที่จุดแยกเข้าถนนย่อยนั้น จะมีอุปกรณ์ตัวหนึ่งที่ทำหน้าที่ " แยกสัญญาน " หรือ " พ่วงสัญญาน " ที่เรียกว่า MAC ( Media Access Connector ) เป็นตัวเชื่อมต่อและแยกสัญญานให้

โครงสร้างการทำงานของระบบบัสภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลในปัจจุบันนั้น โดยทั่วไปได้มีการแบ่งการทำงานออกเป็น 3 ระดับ ได้แก่

ระดับที่ 1Host Bus

ระดับที่ 2PCI Bus

ระดับที่ 3ISA Bus

        

Host Busคือ  จะทำหน้าที่ควบคุมการสื่อสาร การส่งถ่ายข้อมูล และควบคุมการทรานแอกชั่นข้อมูล การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างโปรเซสเซอร์ (CPU) ของระบบ และ ตัวควบคุม PCI ในส่วนที่ทำหน้าที่เป็น North Bridge ซึ่งมีอัตราการทรานแอกชั่นข้อมูลที่มีความเร็วสูงมาก ซึ่งอุปกรณ์ที่ทำงานร่วมกับโปรเซสเซอร์ใน North Bridge คือหน่วยความจำ Cache และหน่วยความจำหลักของระบบ ซึ่งควบคุมการแลกเปลี่ยนข้อมูลจะเกิดขึ้นภายใน Chip Set ทำหน้าที่ควบคุม North Bridge 

Fibre Channel Host Bus Adapter (64-bit PCI-Xcard)

SCSI Host Bus Adapter (16-bit ISA card)

PCI Bus 

(Peripheral Component Interconnect)

คือทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ I/O ต่างๆ ที่มีการเชื่อมต่อตามมาตรฐานการเชื่อมต่อแบบ PCI ซึ่งอุปกรณ์ในระบบ PCI เมื่อจะทำการติดต่อกับ Processor หรือระบบหน่วยความจำที่อยู่ภายใต้การควบคุมของ North Bridge ซึ่งจะควบคุมการส่งผ่านข้อมูล และ จำนวนทรานแอกชั่นของข้อมูลให้มีความเร็วที่เหมาะสมเพื่อให้สามารถสื่อสารกันได้ โดย Chip Set จะทำหน้าที่ควบคุมในส่วนนี้เช่นกัน เนื่องจากความช้าเร็วในการส่งข้อมูลและ ทรานแอกชั่นระหว่าง Host Bus และ PCI Bus จะไม่เท่ากันจึงต้องมีการจัดข้อมูลดีๆ 

A typical 32-bit, 5 V-only PCI card, in this case, a SCSI adapter from Adaptec.

A motherboard with two 32-bit PCI slots and two sizes of PCI Express slot

ISA Bus(Industry Standard Architecture)

หน้าที่เชื่อมต่อกับ I/O ต่างๆ ที่มีการเชื่อมต่อมาตรฐาน ISA ซึ่งอุปกรณ์ที่มีการต่อแบบ ISA ยังคงมีการใช้งานอยู่ในปัจจุบัน อีกหลายชนิด และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อแบบ ISA จะมีความเร็วต่ำที่สุดของภายในระบบ ดังนั้นการแลกเปลี่ยนข้อมูล หรือ การทำทรานแอกชั่นของข้อมูลจะช้า และ ต้องติดต่อกับ Chip Set ที่ทำหน้าที่ควบคุมในส่วนนี้ ซึ่งถูกเรียกว่า South Bridge เพื่อควบคุมไม่ให้เกิดการเสียหายของข้อมูลในขณะที่มีการแลกเปลี่ยนข้อมูลกับ I/O ที่ความเร็วสูงกว่า และนอกจาก South Bridge ยังมีหน่วยวบคุมอุปกรณ์อื่นๆ ในระบบด้วย เช่น ระบบอุปกรณ์ที่มีการเชื่อมต่อแบบ IDE หรือระบบมัลติมีเดีย เป็นต้น

One 8-bit and five 16-bit ISA slots on amotherboard

• บัส (bus)จากที่เคยได้กล่าวว่า คอมพิวเตอร์ทำการประมวลผลและเก็บข้อมูลเป็นชุดของบิท (มีค่า 0 กับ 1) นั้น ชุดของบิทจะถูกส่งไปในวงจรไฟฟ้าตามช่องทางต่างๆ ซึ่งแต่ละช่องทางนั้น เราเรียกว่า บัส ซึ่งเป็นเส้นทางที่ทำให้อุปกรณ์ต่างๆ ทั้งภายนอก ภายใน สามารถติดต่อสื่อสารข้อมูลกันได้ คล้ายกับเป็นถนนให้รถวิ่งจากจุดหนึ่งไปยังเป้าหมายได้ นั่นก็คือ บิทวิ่งไปตามบัสนั่นเอง บัสจะส่งข้อมูลจากอุปกรณ์รับเข้าไปยังหน่วยความจำ จากห่วยความจำไปยังหน่วยประมวลผล จากหย่วนประมวลผลไปยังหน่วยความจำ และจากหน่วยความจำไปยังอุปกรณ์ส่งออก หรือ หน่วยความจำสำรอง เช่น ฮาร์ดดิสก์

บัสประกอบด้วย 2 ส่วน คือ บัสข้อมูลและบัสที่อยู่ บัสข้อมูลจะส่งข้อมูลจริงๆ ส่วนบัสที่อยู่จะส่งข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งที่ข้อมูลควรจะอยู่ในหน่วยความจำ

• ขนาดของบัส สามารถวัดได้เป็นความกว้างบัส ซึ่งเป็นตัวระบุจำนวนบิทที่คอมพิวเตอร์สามารถส่งได้ในแต่ละครั้ง เช่น บัสที่มีขนาด 32 บิท (32-bit bus) จะสามารถส่งข้อมูลได้ 32 บิท หรือ 4 ไบท์ในแต่ละครั้ง ถ้าเราต้องการส่งข้อมูล 8 บิท โดยใช้บัสขนาดนี้ ก็จะต้องแบ่งส่ง 2 ครั้งด้วยกัน แต่ถ้าเราใช้บัสที่มีขนาด 64 บิท ก็จะสามารถส่งข้อมูลได้ทั้งหมดภายในครั้งเดียว

• บัสจะมีสัญญาณนาฬิกาเช่นเดียวกับหน่วยประมวลผล ซึ่งผู้ผลิตกำหนดให้ีสัญญาณนาฬิกามีความถี่เป็นเฮิร์ต (hertz หรือ Hz) คำว่าเมกะเฮิร์ต (MHz) คือสัญญาณนาฬิกา (ติ๊ก) 1 ล้านครั้งใน 1 วินาที ในปัจจุบันส่วนใหญ่ หน่วยประมวลจะมีสัญญาณนาฬิกา ประมาณ 400, 533, 800 MHz ยิ่งค่าสัญญาณนาฬิกาสูงเท่าไหร่ ความเร็วในการส่งข็อมูลก็มากเท่านั้น

คอมพิวเตอร์มีบัสอยู่ 2 ชนิดคือ บัสระบบ (system bus) และ บัสเสริม (expansion bus)

•บัสระบบ (system bus) เป็นส่วนหนึ่งเมนบอร์ด หรือแผงวงจรหลัก บัสระบบทำหน้าที่เป็นเส้นทางต่อระหว่างหน่วยประมวลผลกับหน่วยความจำ ส่วนบัสเสริมเป็นบัสที่ทำให้หน่วยประมวลสามารถติดต่อสื่อสารกับอุปกรณ์ต่อพ่วงอื่นๆ ได้ ส่วนใหญ่ที่มีการอ้างถึง บัส เฉยๆ จะหมายถึง บัสระบบ

•บัสเสริม (expansion bus) จะทำให้อุปกรณ์ภายนอกระบบสามารถติดต่อกับหน่วยประมวลผลได้ อุปกรณ์ต่อพ่วงจะต่อเข้ากับพอร์ต ซึ่งพอร์ตจะต่ออยู่บน ช่องเสริม (expansion slot) ซึ่งช่องเสริมนี้จะต่อกับ บัสเสริมเพื่อส่งข้อมูลไปยังหน่วยประมวลผล รูปข้างล่างนี้เป็นรูปของการส่งข้อมูลระหว่างหน่วยประมวลผล หน่วยความจำ อุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ ผ่านทางบัสระบบ และบัสเสริม บัสเสริมบนเมนบอร์ดมีหลายชนิด แต่ละชนิดบ่งบอกถึงชนิดของการ์ดที่ต่างๆ ที่ต่ออย่บนคอมพิวเตอร์ ได้แก่ บัส ISA, บัส PCI, บัส AGP, บัส USB และบัสไฟร์ไวร์

•บัสท้องถิ่น (local bus) เป็นบัสเสริมที่มีความเร็วสูง จะต่อกับอุปกรณ์ที่มีการทำงานเร็วๆ เช่น ฮาร์ดดิสก์ บัสท้องถิ่นที่ควรรู้จักได้แก่ VESA local bus (Video Electronics Standards Association local bus) ซึ่งส่วนใหญ่ใช้กับการ์ดวิดีโอเท่านั้น และบัส PCI เป็นบัสที่ใช้กับอุปกรณ์ต่างๆ ได้หลากหลายกว่า VESA lacal bus มาก และมีความเร็วในการส่งข้อมูลเป็น 4 เท่าของบัส ISA

สายบัสแบ่งได้เป็น 4 ส่วนใหญ่ๆ ดังนี้

1.สายไฟฟ้า (POWER LINE)จะให้พลังไฟฟ้ากับการ์ดขยายต่างๆ

2.สายควบคุม (CONTROL LINE)ใช้สำหรับส่งผ่านสัญญาณเวลา (TIMING SIGNS) จาก นาฬิกาขอระบบ และส่งสัญญาณอินเตอร์รัพต์

3.สายแอดเดรส (ADDRESS LINE)ข้อมูลใดๆที่จะถูกส่งผ่านไป แอดเดรสเป้าหมายจะถูกส่งมาตามสายข้อมูลและบอกให้ตำแหน่งรับข้อมูล (แอดเดรส) รู้ว่าจะมีข้อมูลบางอย่างพร้อมที่จะส่งมาให้

4. สายข้อมูล (DATA LINE)ไมโครเมตรจะตรวจสอบว่ามีสัญญาณแสดงความพร้อมหรือยัง (บนสาย I/O CHANNEL READY) เมื่อทุกอย่างเป็นไปด้วยดี ข้อมูลก็จะถูกส่งผ่านไปตามสายข้อมูล จำนวนสายที่ระบุถึงแอดเดรสของบัส หมายถึง จำนวนของหน่วยความจำที่อ้างแอดเดรสได้ทั้งหมด เช่น สายแอดเดรส 20 สาย สามารถใช้หน่วยความจำได้ 1 เมกะไบต์ จำนวนของสายบัสจะหมายถึงบัสข้อมูล ซึ่งก็คือข้อมูลทั้งหมดที่ส่งผ่านไปในบัสตามกฎที่ตั้งไว้ ความเร็วในการทำงานที่เหมาะสมจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อ จำนวนสายข้อมูลเพียงพอกับจำนวนสายส่งข้อมูลของไมโครโพรเซสเซอร์ จำนวนสายส่งข้อมูลมักจะระบุถึงคุณสมบัติของบัสในเครื่องพีซีนั้นๆ เช่น บัส 16 บิต หมายถึง บัสที่ใช้สายข้อมูล 16 สายนั่นเอง

ระบบบัสแบบต่างๆ

เป็นสถาปัตยกรรมที่ทำให้ข้อมูลไหลได้อย่างรวดเร็ว คล่องแคล้ว ระหว่างจุดหมายปลายทางทั้งสอง การเปรียบเทียบ บัสข้อมูลกับไฮเวย์จะเห็นภาพได้ชัดในขณะที่ไฮเวย์มีช่องทางมากก็จะให้รถไปได้มาก ดังนั้นบัสที่กว้างกว่าก็สามารถรับข้อมูลได้มากกว่า เมื่อช่องทางของไฮเวย์วัดเป็นช่องทาง บัสอุปกรณ์พ่วงต่อของพีซีก็วัดเป็นบิต เช่น พีซีเก่า หรือ XT จะใช้บัสแบบ 8 บิต ก็คือข้อมูลจะเคลื่อนจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง ภายในเครื่องพีซี รุ่นเก่าได้ 8 บิตต่อครั้ง

ในช่วงเวลาของเครื่อง AT และโพรเซสเซอร์ 286 ผู้ใช้พีซีต้องการสิ่งที่เร็วกว่า ดังนั้นจึงเกิดสิ่งที่เราเรียกกันในทุกวันนี้ว่า บัส ISA บัสที่ธรรมดา และจะสามารถเคลื่อนข้อมูลไปจากอุปกรณ์พ่วงต่อ แบบเดียวกับบัส 8 บิต แต่มันจะเคลื่อนจากที่ข้อมูลเป็น 16 บิตต่อครั้ง ดังนั้นบัสนี้จึงถูกเรียกว่า บัสแบบ 16 บิต

การเคลื่อนที่ของบัสข้อมูลที่บัสไม่สามารถรับเพิ่มได้อีก และไม่สามารถเคลื่อนที่ข้อมูลได้เร็วขึ้น จะเกิดเงื่อนไขที่รู้จักกันในชื่อว่า การอิ่มตัว (ASTURATION) และมักจะเกิดขึ้นในพีซีด้วย ถ้าพยายามที่จะเคลื่อนข้อมูลมากเกินไป จากที่หนึ่งไปที่อื่น (จากแรมไปซีพียู จากดิสก์ไปแรม จากซีพียูไปการแสดงผล หรือ อื่นๆ) มีอีกคำหนึ่งคือแบนวิดซ์ (BANDWIDTH) หรือช่วงกว้างแถบความถี่ ที่จริงก็คือ ค่าวัดของจำนวนข้อมูลที่สามารถส่งไปตามบัสที่เวลาใดๆเปรียบเหมือนการวัดปริมาณน้ำ ที่ผ่านไปยังหัวฉีดรดน้ำ ถ้าจะเพิ่มขนาดของหัวฉีดรดน้ำ เช่น จาก 8 บิต เป็น 16 บิต หรือ แรงดันในท่อฉีด จาก 8 MHz เป็น 33 MHz ก็ไม่สามารถจะเคลื่อนน้ำให้ผ่านไปมากขึ้นได้

คุณสมบัติชนิดต่างๆ

PC BUS

เมื่อ IBM ได้ทำการเปิดตัว IBM PC(XT) ตัวแรกซึ่งใช้ CPU 8088 เป็น CPU ขนาด 8 BIT ดังนั้นเครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องนี้ จึงมีเส้นทางข้อมูลเพียง 8 เส้นทาง (8 DATA LINE) และเส้นทางที่อยู่ 20 เส้นทาง (20 ADDRESS LINE) เพื่อใช้ในการอ้างตำแหน่งของหน่วยความจำ

CARD ที่นำมาต่อกับ PC BUS นั้นจะเป็น CARD แบบ 62 PIN ซึ่ง 8 PIN ใช้สำหรับส่งข้อมูลอีก 20 PIN ไว้สำหรับอ้างตำแหน่งของหน่วยความจำ ซึ่ง CPU 8088 นั้น สามารถอ้างอิงหน่วยความจำได้เพียง 1 เมกะไบต์ซึ่งในแต่ละ PIN นั้นสามารถส่งข้อมูลได้เพียง 2 ค่า คือ 0 กับ 1 (หรือ LOW กับ HIGH) ดังนั้นเมื่อใช้ 20 PIN ก็จะอ้างอิงตำแหน่งได้ที่ 2 คูณกัน 20 ครั้ง (หรือ 2 ยกกำลัง 20) ซึ่งก็จะได้เท่ากับ 1 MEGABYTE พอดี ส่วน PIN ที่เหลือก็ใช้เป็นตัวกำหนดการอ่านค่า ว่าอ่านจากตำแหน่งของหน่วยความจำ หรือตำแหน่งของ INPUT/OUTPUT หรือบางส่วน PIN ก็ใช้สำหรับจ่ายไฟ +5ม -5ม +12 และสาย GROUND สายดิน) เพื่อจ่ายไฟให้กับ CARD ที่ต่อพ่วงบน SLOT ของ PC BUS นั่นเอง และยังมี PIN บางตัวที่ทำหน้าที่เป็นตัว RESET หรือเป็นตัว REFRESH หรือแม้กระทั่ว CLOCKหรือสัญญาณของระบบนั่นเอง

ระบบ BUS แบบ PC BUS นี้มีความกว้างของ BUS เป็น 4.77 MHz และยังสามารถส่งถ่ายข้อมูลด้วยความเร็วสูงสุดที่ 2.38 MB ต่อวินาที

VISA BUS

ในยุดของ PC AT หรือตั้งแต่ CPU รุ่น 980286 เป็นต้นมาได้มีการเปลี่ยนขนาดของ เส้นทางข้อมูลจาก 8 BIT เป็น 16 BIT ทำให้ IBM ต้องมาทำการออกแบบระบบ BUS ใหม่เพื่อให้สามารถส่งผ่านข้อมูลที่ละ 16 BIT ได้แน่นอนว่า การออกแบบใหม่นั้นก็ต้องทำให้เกิดความเข้ากันได้ย้อนหลังด้วย (COMPATBLE) กล่าวคือ ต้องสามารถใช้งานกับ PC บัส ได้ด้วย เพราะถ้าหากไม่เช่นนั้นแล้ว ก็คงจะขายออกยาก ลองคิดดูว่า ถ้าหากออก PC AT ที่ใช้ระบบบัสใหม่ทั้งหมด และไม่เข้ากันกับ PC XT ที่ออกมาก่อนหน้านั้นได้ เครื่อง PC AT นั้นๆอนาคตก็คงขายไม่ได้

ปัญหานี้ทาง IBM ทำการแก้ไขได้ดีทีเดียว กล่าวคือได้ทำ SLOT มาต่อเพิ่มจาก PC BUS เดิมอีก 36 PIN โดยที่เพิ่มเส้นทางข้อมูลอีก 8 PIN รวมแล้วก็จะเป็น 16 PIN สำหรับส่งข้อมูลครั้งละ 16 BIT พอดี และเพิ่ม 4 PIN สำหรับทำหน้าที่อ้างตำแหน่งจากหน่วยความจำ ซึ่งก็จะรวมเป็น 24 PIN และจะอ้างได้มากถึง 16 Meg. ซึ่งก็เป็นขนาดของหน่วยความจำสูงสุดที่ CPU 80286 นั้นสามารถที่จะอ้างได้ แต่อย่างไรก็ตามการอ้างตำแหน่งของ I/O PORT นั้นก็ยังถูกกำหนดไว้ที่ 1024 อยู่ดี เนื่องจากปัญหาการเข้ากันได้กับ PC BUS
นอกจากนี้ PIN ที่เข้ามายังช่วยเพิ่มการอ้างตำแหน่ง DMA และค่าของ IRQ

SLOT แบบใหม่นี้เรียกว่าเป็น SLOT แบบ 16-BIT ซึ่งต่อมาก็เรียกกันว่าเป็น AT BUS แต่เราจะรู้จักกันในนาม ISA BUS มากกว่าโดยคำว่า ISA มาจากคำเต็มว่า INDUSTRY STANDARD ARCHITECTURE

เราสามารถนำ CARD แบบ 8 BIT มาเสียบลงช่อง 16 BIT ได้ เพราะใช้สถาปัตยกรรมเหมือนๆกัน จะต่างกันก็ตรงที่เพิ่มมา สำหรับ 16 BIT เท่านั้นซึ่งจะใช้ (ในกรณีที่ใช้ CARD 16 BIT) หรือ ไม่ใช้ (ในกรณีที่ใช้ CARD 8 BIT) ก็ได้

ระบบบัส แบบ ISA BUS นี้มีความกว้างของ BUS เป็น 8 MHz และสามารถส่งถ่ายข้อมูลด้วยความเร็วสูงสุดที่ 8 MB ต่อวินาที

ในปี 1985 ทาง COMPAG ได้ประกาศเปิดตัว COMPUTER ของตน ในรุ่น 286/12 โดย 12 นั้น หมายถึงความเร็วคือ 12 MHz ซึ่งขณะนั้น IBM มีแค่ 286 ที่ทำงานด้วยความเร็ว 8 MHz

ในขณะนั้น ความเร็วจาก 8 MHz ไป 12 MHz นับว่าสูงมากๆเลย เพราะเพิ่มขึ้นมาอีก ครั้งหนึ่งเลยทีเดียว (ถ้าเทียบกับสมัยนี้ก็เหมือนๆกับจาก PENTIUM II 300 ไปเป็น PENTIUM II 450นั่นเอง) ซึ่งแน่นอน BUS ของระบบ ก็ต้องทำงานที่ 12 MHz ตามไปด้วย แล้วปัญหาก็เกิดขึ้น

ISA BUS นั้นเราทราบแล้วว่ามันทำงานที่ 8 MHz ถ้านำมันมาทำงานที่ 12 MHz จะทำให้เกิดปัญหาที่สำคัญขึ้น เพราะหากว่า CPU ทำงานได้เร็วจริง แต่ไม่สามารถใช้ CPU ไม่ได้ ก็แยกการใช้นาฬิกา ของระบบบัสออกจาก CPU ไปเลย โดยที่ CPU และอุปกรณ์อื่นๆ บน MAINBOARD จะทำงานที่ความเร็ว 12 MHz แต่ที่ตัว BUS เองจะทำงานคงที่ที่ 8 MHz เพราะใช้สัญญาณนาฬิกาแยกจากกัน ซึ่งวิธีการนี้ก็เป็นวิธีแก้ซึ่งก็ใช้กันจวบจนปัจจุบันนี้

แต่ในสมัยนั้น หน่วยความจำหลักหรือ RAM จะอยู่บน EXPANSION CARD ที่อยู่กับ IAS BUS ด้วยเพราะฉะนั้น มันก็เลยทำงานด้วยความเร็วเพียง 8 MHz เท่านั้น และต่อๆมายิ่งมี CPUขนาด 16 MHz หรือ 24 MHz ในยุดของ 386 ด้วยแล้ว RAM ก็จะทำงานด้วยความเร็วเพียงแค่ 8 MHz เท่านั้น

ทาง COMPAQ จึงได้ทำการแก้ไขอีกครั้ง ซึ่งในต้นปี 1987 ทาง COMPAQ ก็ได้วางตลาด COMPAQ DESKPRO 386 ที่ความเร็ว 16 MHz โดยคราวนี้ก็แยกสัญญาณนาฬิกาของ RAM ออกไปด้วย ซึ่งก็เป็นต้นแบบสำคัญที่ใช้กันต่อมาในปัจจุบันนี้โดยให้ ISA BUS ทำงานที่ความเร็วค่าหนึ่ง RAM อีกค่าหนึ่ง และ CPU อีกค่าหนึ่ง

MCA BUS

ทั้ง IBM และ COMPAQ นั้นเป็นคู่แข่งทางการค้ากัน ดังนั้นเรื่องที่จะให้ COMPAQ อยู่เหนือตนเองสำหรับ IBM นั้นเป็นไปไม่ได้ ทาง IBM จึงได้ออกมาตรฐานระบบบัสของตนใหม่ เรียกว่าMICRO CHANNEL AECHITECTURE หรือ MCA

เมื่อระบบบัสได้มีการแข่งกันกันขึ้น แน่นอน ระบบที่ถูกนำมาเปรียบเทียบ คือ ISA ซึ่งก็มีการจับตามองว่าทาง IBM นั้นจะหาแก้ไขจุดอ่อนของ ISA BUS ของตนอย่างไร ซึ่งวิศวการของทางIBM นั้นมองในมุมที่แตกต่างจากคนอื่นๆ

เมื่อ INTEL ได้เปิด CPU ของตนรุ่น 80386 ซึ่งเป็น CPU ขนาด 32 BIT สามารถอ้างตำแหน่งหน่วยความจำได้มากถึง 4 GIGABYTE โดยมีความเร็วเริ่มต้นที่ 16 MHz ซึ่ง ISA BUS ดูจะไม่เหมาะแล้วกับ CPU ระดับนี้ บรรดาผู้ใช้ PC ต่างก็มองกันว่าทางออกที่ดี คือควรจะมีระบบบัสใหม่ที่สามารถรองรับในจุดนี้ได้

จากการที่วิศวกรของ IBM มองในจุดที่แตกต่างจากคนอื่นๆ ทั่วไป เพราะแต่เดิมนั้น IBM จับตลาด MAINFRAME มาก่อน ทำให้วิศวกร IBM ถนัดกับ MAINFRAME มากกว่า ทำให้วิศวกรเหล่านั้นมองว่า PC ก็ควรจะทำงานแบบหลายๆ TASK พร้อมๆกันได้ (MULTIPLE TASK) ประกอบกับ IBM ต้องการที่จะให้ภาพพจน์ MAINFRAME ของตน ดูมีประสิทธิภาพสูงกว่า PCจึงไม่ค่อยได้เพิ่มหรือเปลี่ยนแปลงขีดความสามารถให้กับระบบบัสใหม่ให้เด่นกว่าเดิมมากนัก

จุดเด่นของ MCA

- MCA นั้นใช้ตัวควบคุม BUS ของตัวเองแยกจาก CPU เรียกว่า CENTRAL ARBITRATION POINT และการส่งผ่านข้อมูลทำโดยผ่านระบบที่เรียกว่า BUS MASTER ซึ่งช่วยให้การส่งผ่านข้อมูลระหว่าง CARD ต่างๆกับหน่วยความจำหลักได้อย่างรวดเร็ว และยังช่วยในการส่งผ่านข้อมูลระหว่าง CARD อีกด้วย

- สามารถกำหนดค่าต่างๆ ทั้ง IRO, DMA, PORT ผ่านทาง SOFTWARE ได้ โดยไม่ต้องไปยุ่งเกี่ยวกับ JUMPER หรือ DIRSWITCH บน CARD เลยโดยค่าต่างๆ สามารถ SET ผ่านทางPROGRAM เพียงตัวเดียวก็สามารถ SET ได้กับทุกๆ CARD ที่ใช้กับ MCA

- สามารถแชร์ IRQ ร่วมกันได้ ซึ่งนี่เป็นปัญหาสำคัญเรื่องหนึ่ง เพราะ IRQ มีจำนวนจำกัด แต่ก็อยากมี CARD เพิ่มมากๆ IRQ ก็อาจไม่เพียงพอ MCA สามารถแชร์การใช้งาน IRQ ร่วมกันระหว่าง CARD อื่นๆได้

- ทำงานที่ 10 MHz สนับสนุนเส้นทางข้อมูลทั้ง 16 BIT และ 32 BIT ซึ่งสามารถให้อัตราการส่งถ่ายข้อมูลได้สูงสุดถึง 20 MEG. ต่อวินาที และด้วยความกว้างของเส้นทางตำแหน่งของ 32 BITก็สามารถอ้างตำแหน่งบนหน่วยความจำได้ถึง 4 GIGABYTE

จุดด้อยของ MCA

- ความไม่เข้ากันกับ ISA BUS เพราะ IBM นั้นได้ออกแบบ MCA มาใหม่ทั้งหมด ทำให้ไม่เข้ากันกับ ISA เลยแม้แต่น้อย แน่นอนระบบบัสแบบ MCA นี้ได้นำมาใช้บน IBM PS/2 ของ IBMเอง ดังนั้นในเครื่อง PS/2 นี้ก็จะไม่มี ISA และ CARD ISA ก็ไม่สามารถนำมาใช้กับ PS/2 ได้นี่เป็นปัญหาสำคัญ

- และปัญหาที่หนักสุดคือ ทาง IBM นั้นได้จดลิขสิทธิ์ในเรื่อง ของ MCA เอาไว้ด้วย ดังนั้นผู้ที่จะผลิต CARD แบบ MCA เพื่อมาใช้กับ BUS แบบ MCA ของตนก็ต้องเสียค่าลิขสิทธิ์ให้ด้วย (เป็นเงิน 5%ของรายได้จากการขาย CARD นั้น) ต่อมาภายหลังได้มีการเพิ่มขีดความสามารถเข้าไปอีก คือเรื่องของ STREAMING DATA MODE ซึ่งทำให้ใช้เส้นทางข้อมูลได้ถึง 64 บิต และสามารถเพิ่มอัตราการส่งผ่านข้อมูลได้ถึง 80 M/s และยังได้เพิ่มสัญญาณนาฬิกาไปเป็น 20 MHz ซึ่งจะสามารถทำใหัอัตราส่งถ่ายข้อมูลสูงสุดที่ 160 M/s ด้วย




อ้างอิง //

• http://kanjanapanich-piyanoot.blogspot.com/2009/08/blog-post_7966.html .

• http://www3.ipst.ac.th/research/assets/web/mahidol/computer(10)/system/bus.htm 

• http://www.sl.ac.th/html_edu/cgi-bin/sl/main_php/print_informed.php?id_count_inform=4462 

• https://sites.google.com/site/yingyingyim/home/rabb-tawlekh/wngcr-dicitxl-phun-than/hnwy-pramwl-phlk-lang/hnwy-pramwl-phlk-lang/hnwy-khwam-ca/rabb-bas