Nếu bạn muốn tìm hiểu về một trong những thành phần quan trọng của máy tính, cũng chịu trách nhiệm truyền thông tin giữa các thiết bị khác nhau, thì bạn nên tiếp tục đọc bài viết này liên quan đến Bus dữ liệu, định nghĩa, tầm quan trọng, chức năng của nó và nhiều thứ khác hơn.
Bus dữ liệu là gì?
Nó là một công cụ có hệ thống quan trọng của máy tính hoặc thiết bị bao gồm một đầu nối hoặc một bộ dây cáp, những thứ này tạo thành kênh giao tiếp mà qua đó dữ liệu được gửi giữa hai hoặc nhiều phần tử. Theo thời gian, các loại bus dữ liệu khác nhau đã được phát triển với máy tính cá nhân và các bộ phận phần cứng khác. Theo một cách đặc biệt, nó nổi bật vì nó là bộ phận có thể vận chuyển dữ liệu đến và đi từ bộ nhớ của máy tính, hoặc đến hoặc từ bộ xử lý, là bộ vận hành thiết bị và cũng có thể truyền thông tin giữa hai máy tính.
Thông tin chuyển tiếp bus dữ liệu được liên kết với nơi dữ liệu bắt đầu hoặc sẽ được gửi. Mỗi dòng kênh mang các bit thông tin, do đó, có một mối quan hệ tỷ lệ có nghĩa là bạn mang càng nhiều dòng thì càng có nhiều dữ liệu mà bạn có thể tìm nạp hoặc định địa chỉ. Do đó, một trong những đặc điểm của nó là cái được gọi là kích thước hoặc chiều rộng của xe buýt, đã đi từ 1, 4, 8, 16, 32, hiện đạt 64 dây dẫn, điều này xác nhận rằng một xe buýt lớn hơn và rộng hơn cung cấp nhiều không gian hơn cho dữ liệu. để chảy qua một điểm trong một khoảng thời gian nhất định.
Điều này đã mang lại lợi ích cho các hệ thống máy tính ngày nay bằng cách làm cho chúng trở nên phức tạp hơn vì dữ liệu thường được truyền qua các bộ phận, thành phần bo mạch CPU và cấu trúc vật lý ngoại vi. Nhiều đến mức, với cấu trúc và thiết kế mạng mới, dữ liệu cũng được luân chuyển giữa các phần cứng khác nhau và một hệ thống được kết nối ảo hoặc có dây lớn hơn. Vì vậy các máy tính mới hơn có thể hỗ trợ các bus dữ liệu có thể xử lý các đường dẫn dữ liệu lớn hơn. Đồng thời, các thiết bị đang được tạo ra có thể xử lý các tốc độ bit cao hơn đó.
Bus dữ liệu để làm gì?
Một trong những khía cạnh liên quan của bus dữ liệu là nó cho phép phân phối và quản lý thông tin theo thời gian thực trong hệ thống, tức là nó cho phép các ứng dụng và thiết bị hoạt động cùng nhau như một hệ thống tích hợp. Điều này đơn giản hóa dữ liệu, bởi vì thay vì trao đổi thông điệp, các thành phần phần mềm giao tiếp thông qua các đối tượng dữ liệu được chia sẻ. Các ứng dụng trực tiếp đọc và ghi giá trị của các đối tượng này, được lưu vào bộ nhớ đệm trên mỗi người tham gia.
Theo quan điểm trên, bus dữ liệu tạo điều kiện cho các ứng dụng tương tác trực tiếp với dữ liệu, do đó cơ sở hạ tầng có thể chọn dữ liệu và áp đặt các quy tắc và đảm bảo về các tham số về chất lượng, độ tin cậy và bảo mật của luồng dữ liệu. Nó cũng quản lý thông tin trong tương lai, cho phép bạn lọc theo thuộc tính của dữ liệu đã nhận. Tính trung tâm của thông tin ngụ ý rằng giao diện là dữ liệu, vì vậy không có trình bao bọc hoặc trình chặn nhân tạo nào để tương tác với chẳng hạn như tin nhắn, đối tượng, tệp hoặc mẫu truy cập.
Mục đích của bus là kết nối một cách hợp lý các thành phần khác nhau của máy tính. Hầu hết các xe buýt bao gồm các dây dẫn kim loại mà qua đó các tín hiệu điện được truyền và gửi và nhận bởi các mạch tích hợp hỗ trợ giao thức cho phép chúng truyền dữ liệu tải trọng. Ngoài dữ liệu, các tín hiệu kỹ thuật số khác được mang theo, chẳng hạn như địa chỉ và tín hiệu điều khiển. Các bus xác định dung lượng của chúng theo tần số truyền tối đa và độ rộng của dữ liệu.
Các giá trị này thường tỷ lệ nghịch: nếu bạn có tần suất cao, độ rộng dữ liệu phải nhỏ. Điều này là do sự giao thoa giữa các tín hiệu (xuyên âm) và khó khăn trong việc đồng bộ hóa chúng tăng lên theo tần số, vì vậy một bus có ít tín hiệu ít nhạy cảm hơn với những vấn đề này và có thể hoạt động ở tốc độ cao. Tất cả các bus máy tính đều có các tính năng đặc biệt như ngắt và DMA cho phép thiết bị truy cập bộ xử lý hoặc bộ nhớ bằng cách sử dụng tài nguyên tối thiểu.
Có thể nói rằng bus dữ liệu rất quan trọng vì nó được sử dụng để trao đổi thông tin giữa bộ xử lý và phần còn lại của các đơn vị máy tính. Nó cũng được sử dụng để kiểm soát việc sử dụng và truy cập vào bus dữ liệu và bus địa chỉ. Ngoài ra, lượng dữ liệu có thể được gửi đi còn phụ thuộc vào tần suất và kích thước thông tin được gửi trong mỗi lần vận hành, ảnh hưởng đến tốc độ hoạt động của thiết bị.
Xe buýt dữ liệu nối tiếp và song song
Các thiết bị hiện tại sử dụng cả bus dữ liệu song song và nối tiếp. Những cái đầu tiên được sử dụng trong các kết nối phức tạp hơn yêu cầu vận chuyển dữ liệu bằng nhiều cáp cùng một lúc. Mỗi cáp, hoặc đường dẫn, mang một bit dữ liệu, các ví dụ phổ biến là ATA, Thẻ PC và Giao diện Hệ thống Máy tính Nhỏ (SCSI). Mặt khác, các bus nối tiếp sử dụng cáp hoặc đường dẫn và mang tất cả các bit giữa các thành phần, nối tiếp nhau. Về vấn đề này, điều đáng nói là chúng bao gồm USB, còn được gọi là Universal Serial Bus, cũng như FireWire, Serial ATA và Serial Attached SCSI.
Hơn nữa, có thể lưu ý rằng bus song song được đặc trưng bởi các kết nối vật lý rất phức tạp, nhưng logic của nó rất đơn giản, điều này làm cho nó rất hữu ích trong các hệ thống có khả năng tính toán thấp. Mặt khác, bus nối tiếp bao gồm ít kênh và băng thông của nó phụ thuộc vào tần số của dữ liệu được gửi bởi bộ xử lý. Mặc dù ban đầu chúng được sử dụng để kết nối một số thiết bị, nhưng giờ đây chúng được sử dụng để tạo kết nối cho các thiết bị như ổ cứng, ổ đĩa trạng thái rắn, thẻ mở rộng và thậm chí cả bus bộ xử lý tích hợp nhanh hơn nhiều.
Xe buýt dữ liệu bên trong và bên ngoài
Phần lớn phần cứng máy tính chứa một bus dữ liệu bên trong và một bus dữ liệu bên ngoài. Bus dữ liệu bên trong, còn được gọi là bus cục bộ, kết nối tất cả các thành phần được tìm thấy trên bo mạch chủ, chẳng hạn như CPU và bộ nhớ. Bus dữ liệu bên ngoài kết nối tất cả các thiết bị ngoại vi với bo mạch chủ. Có sẵn nhiều loại bus dữ liệu bên ngoài khác nhau, loại bus dữ liệu thích hợp phụ thuộc vào thiết bị ngoại vi được kết nối với máy tính.
Có một số kiến trúc được sử dụng cho một bus nội bộ đã dần phát triển khi công nghệ máy tính phát triển. Hầu hết các máy tính đều chứa nhiều bus để điều khiển đầu vào và đầu ra. Được biết, các máy tính thuộc các thế hệ khác có đặc điểm là chúng chứa một bus kiến trúc tiêu chuẩn (ISA), có hoặc không có các khe cắm thực trên bo mạch chủ. ISA là kiến trúc tiêu chuẩn đầu tiên và đôi khi vẫn được sử dụng để tương thích với các thiết bị cũ hơn hoặc chậm hơn như chuột và modem.
Khi các yêu cầu về hiệu suất của máy tính tăng lên và ngành công nghiệp chuyển từ hệ thống dựa trên ký tự sang hệ thống đồ họa, các kiến trúc bus mới đã được phát triển. Bus cục bộ của Hiệp hội Tiêu chuẩn Điện tử Video (VESA), còn được gọi là VLB, được giới thiệu vào năm 1992. Tiêu chuẩn này đã tăng tốc độ truyền thông và cải thiện hiệu suất video. Về phần mình, vào đầu những năm 1990, bus nội bộ kết nối thành phần ngoại vi (PCI) đã được triển khai với sự chấp nhận lớn.
Bus PCI cung cấp khả năng truyền thông tin được cải tiến và mạnh mẽ hơn trên miền bus. Chuẩn PCI cũng giúp sử dụng băng thông cao dễ dàng hơn. Tốc độ của loại bus cục bộ này có thể được cấu hình đồng bộ hoặc không đồng bộ để người dùng có thể ép xung hệ thống nhằm tăng quy trình. Tuy nhiên, do nhu cầu xử lý đồ họa ngày càng cao, những khe cắm này đã được thay thế bằng các khe cắm AGP (Accelerated Graphics Port), nhưng sau này Peri Ngoại vi Component Interconnect Express (PCI-E), đã trở thành một phiên bản mới phổ biến của tiêu chuẩn.
Mặt khác, bus dữ liệu bên ngoài bao gồm dữ liệu từ máy tính. Tất cả các thành phần định tuyến dữ liệu hoặc bất kỳ thiết bị dữ liệu tùy chọn nào đều được kết nối với nó. Do đó, tất cả thông tin được gửi qua xe buýt này đều có sẵn cho tất cả các thiết bị kết nối với máy tính. Bo mạch chủ, tức là bộ xử lý, là bảng mạch in chính của máy tính, có chứa bus dữ liệu bên ngoài, được kết nối với các thiết bị mở rộng không phải là một phần của bo mạch chính hoặc thiết kế.
Giờ đây, khi nói đến thẻ mở rộng, còn được gọi là thẻ con, các bảng mạch mini được lắp đặt trong các khe cắm bus mở rộng nằm trên bo mạch chủ. Các dạng khác là các khe chứa và giữ bộ nhớ của máy tính. Đặc biệt, có một số đầu nối trên bo mạch chủ cung cấp quyền truy cập vào bus dữ liệu cho các thiết bị ngoại vi, chẳng hạn như máy in, máy quét, modem, trong số những thiết bị khác, cũng như một số thiết bị bên ngoài như bàn phím và chuột.
bộ điều khiển xe buýt
Phiên bản đầu tiên của máy tính cá nhân có bo mạch chủ với bus dữ liệu được kết nối trực tiếp với bộ nhớ của máy tính và thiết bị ngoại vi, vì vậy chúng được thiết kế để hoạt động song song với nhau và có nhiều kết nối. Tuy nhiên, kết nối trực tiếp này gây ra rất nhiều vấn đề vì nhiều lý do khác nhau, nhưng đặc biệt là do tất cả các thiết bị đều chạy ở cùng một tốc độ.
Điều quan trọng cần lưu ý là các tiến bộ công nghệ đã khắc phục nhược điểm này với việc triển khai bộ điều khiển bus để tách CPU và bộ nhớ khỏi các thiết bị ngoại vi. Với sự bổ sung này, tốc độ của bộ xử lý đã được tăng lên mà không đòi hỏi phải tăng cùng tốc độ ngoại vi. Hệ thống này cũng cho phép các card mở rộng giao tiếp với nhau mà không cần thông qua CPU, giúp truyền dữ liệu nhanh hơn.
Hãy nhớ rằng tất cả các thiết bị phải giao tiếp với nhau ở cùng tốc độ, vì vậy tốc độ bus thấp có thể làm chậm toàn bộ hệ thống máy tính. Do đó, tốc độ thông tin được trao đổi giữa các thành phần được quy định bởi bộ điều khiển bus, mục đích của nó là đảm bảo rằng thông tin đến từ CPU, chẳng hạn, luôn truyền với tốc độ cao hơn nhiều so với các thiết bị dữ liệu từ Các thành phần khác.
Địa chỉ xe buýt
Như đã lưu ý, một bus truyền dữ liệu trong hệ thống máy tính, trong khi bus địa chỉ xác định nơi nó sẽ được truyền. Điều quan trọng cần hiểu là định địa chỉ thông tin là cấu trúc bus thiết bị được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các thiết bị được mô tả bằng địa chỉ phần cứng của bộ nhớ vật lý, ở dạng số nhị phân (tức là 0 và 1), để cho phép bus dữ liệu để truy cập bộ nhớ lưu trữ.
Khối xử lý trung tâm sử dụng bus địa chỉ hoặc một kiểu truy cập bộ nhớ khác được gọi là truy cập bộ nhớ trực tiếp, cho phép một số thiết bị định vị địa chỉ để truyền các lệnh đọc và ghi. CPU thực hiện quá trình này của tất cả các bus địa chỉ ở dạng bit. Bus địa chỉ đã được tích hợp vào bo mạch chủ của máy tính để làm cho nó tương thích, ít tốn kém hơn và cho phép nhiều thiết bị khác kết nối với máy tính.
Bus dữ liệu phân lớp
Trong các hệ thống Internet of Things (IIoT) trong công nghiệp, quản lý luồng dữ liệu là tối quan trọng, vì vậy có một mô hình kiến trúc mới được gọi là mô hình bus dữ liệu phân lớp, được tạo thành từ nhiều bus dữ liệu tùy thuộc vào nhu cầu của mô hình dữ liệu và chất lượng của dịch vụ thông tin liên lạc. Thông thường, các bus dữ liệu sẽ được thực hiện ở rìa của các máy thông minh hoặc các hệ thống con cấp thấp hơn, chẳng hạn như trong ô tô, giàn khoan dầu hoặc phòng bệnh.
Ngoài ra, sẽ có một hoặc nhiều bus dữ liệu sẽ tích hợp các máy hoặc hệ thống con thông minh này, do đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao tiếp dữ liệu giữa và với trung tâm điều khiển cấp cao hơn hoặc các hệ thống back-end. Trung tâm điều khiển hoặc lớp phụ trợ có thể là bus dữ liệu lớp cao nhất trong hệ thống, nhưng có thể có nhiều hơn ba lớp này. Các hệ thống IIoT điển hình yêu cầu chia sẻ dữ liệu qua nhiều mạng, từ rìa đến sương mù cho đến đám mây.
Ví dụ: trong một bệnh viện được kết nối, các thiết bị cần phải giao tiếp trong phòng mổ, với các trạm y tá và màn hình bên ngoài, với các ứng dụng phân tích thời gian thực để báo động thông minh và hỗ trợ quyết định lâm sàng, và với hồ sơ sức khỏe được vi tính hóa. Điều này là khó khăn vì một số lý do. Khối lượng dữ liệu tuyệt đối đến từ các thiết bị phát trực tuyến có thể dễ dàng lấn át các mạng cơ sở chăm sóc sức khỏe, vì dữ liệu bệnh nhân cần được theo dõi an toàn.
Hơn nữa, các thiết bị và ứng dụng phải tương tác với nhau, ngay cả khi được phát triển bởi các nhà sản xuất khác nhau. Kiến trúc bus dữ liệu phân lớp là khuôn khổ lý tưởng để giải quyết những thách thức này và phát triển các hệ thống đa cấp. Theo nghĩa này, sẽ là thuận lợi khi triển khai kiến trúc bus dữ liệu phân lớp, vì nó bao gồm tích hợp thiết bị với thiết bị nhanh chóng, với thời gian phân phối tính bằng micro giây.
Ngoài ra, nó đại diện cho việc khám phá tự động dữ liệu và ứng dụng, với và giữa các bus dữ liệu, tích hợp có thể mở rộng, nghĩa là, nó có thể liên quan đến hàng trăm nghìn máy móc, cảm biến và thiết bị truyền động. Đồng thời, nó kết hợp những gì được gọi là dự phòng tự nhiên, vì nó cho phép khả năng sẵn sàng và khả năng chống chịu cực cao. Đồng thời, nó cũng đề cập đến sự cô lập thứ bậc của các hệ thống con bằng cách tạo điều kiện phát triển các thiết kế hệ thống phức tạp.
Nếu bạn thích bài viết này về Data Bus, chúng tôi mời bạn đọc các chủ đề quan tâm sau: