Rechnerarchitektur

Von-Neumann-Rechner – Kommunikation

In diesem Beitrag erklären wir dir, wie die einzelnen Komponenten eines PCs miteinander kommunizieren.

Inhaltsübersicht

Das Buskonzept zur Verknüpfung der Netzwerke

Damit die verschiedenen Komponenten eines „von-Neumann-Rechners“ richtig funktionieren können, brauchen sie ein Netzwerk, das sie verbindet. Dafür haben sich ein paar schlaue Köpfe im 20. Jahrhundert etwas ausgedacht. Um die räumlich getrennten Teile eines PCs zu verknüpfen, erfanden sie das sogenannte Buskonzept. Dieses Konzept ermöglicht die Übertragung von Bitwerten über Leitungen, indem die binäre null als geringe Spannung und die binäre eins als hohe Spannung codiert wird.

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Das Buskonzept

Arten der Vernetzung

Nun stellt sich nur noch die Frage, in welcher Anordnung wir unsere Verbindungen am besten einrichten. Zum einen gibt es da die Möglichkeit, Komponenten direkt zu vernetzen. Dabei handelt es sich allerdings um eine sehr unordentliche Angelegenheit, da es eine Unmenge an Kabeln erfordert. Heute wird diese Variante deswegen nur noch für spezielle Verknüpfungen wie z.B. SLI für Grafikkarten verwendet.

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Direkte Vernetzung der Komponenten

Um diesem Chaos aus dem Weg zu gehen, kann man statt der direkten Vernetzung auch sogenannte Busse nutzen. Bei ihnen handelt es sich um einfache Datensammelwege, die du dir wie eine mehrspurige Straße vorstellen kannst. Dabei legt die Anzahl der Spuren dieser Straße die Bandbreite und damit auch die maximale Anzahl parallel übertragbarer Bits fest.

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Busse als Datensammelwege

Der Vorteil dieser Art der Anbindung liegt darin, dass alle Komponenten an einem Bus angeschlossen werden können. Dabei teilen sie sich die Bandbreite und jede Komponente nimmt sich, was für sie bestimmt ist.

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Die Daten haben einen Abreiseort und ein Ziel

Du kannst dir die Daten also wirklich wie Charter-Busse vorstellen, die einen Abreiseort und ein Ziel haben. Je breiter die Straße, desto mehr Busse können gleichzeitig darauf fahren. Allerdings gibt es nicht nur eine Art von Bus. Unsere mehrspurige Autobahn reserviert sogar eigens Spuren für diese verschiedenen Busse. Das heißt für uns, dass die Bandbreite unserer Verbindung in einzelne Unterbusse eingeteilt wird. Diese kannst du dir wie folgt vorstellen:

Der Datenbus

Als erstes gibt es den Datenbus, der den Inhalt einer Speicherzelle transportiert. Die Bandbreite dieser Busse wird durch die Art des Prozessors festgelegt. Dementsprechend kann es sich je nach Bauart der CPU um einen Achtsitzer oder aber auch um einen Bus mit 16, 32 oder gar 64 Passagier-Sitzplätzen handeln. Damit die „Touristenbits“ in den Datenbussen auch ihr Ziel erreichen, fahren ihnen sogenannte Adressbusse voraus. In ihnen sitzen die Quell- und Zielkomponenten – eine Gruppe von Bits, die als Fremdenführer agiert und weiß, wo die Gruppe herkommt und auch wo sie hinmuss.

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Der Datenbus folgt dem Adressbus

Der Reiseleiterbus

Außerdem gibt es noch den Bus, der die Reiseleiter transportiert. Dessen Passagiere sorgen dafür, dass alle wissen, was sie zu tun haben, denn bei ihnen handelt es sich um die Steuerbefehle.

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Den Bussen werden Steuerbefehle vorgegeben

Wenn alle Bits korrekt zusteigen und alle Busse an ihrem Ziel ankommen, entsteht damit ein stetiger Fluss an Informationen und Daten, der die Kommunikation zwischen den Komponenten ermöglicht – zumindest, bis es einmal zu einem Stau kommt.

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Beim Informationsfluss kann es auch zu einem Stau kommen

Jetzt kennst du auch das Buskonzept und weißt wie die Rechenwerkkomponenten miteinander kommunizieren.

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