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システムバス - Wikipedia
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システムバス

（Dual Independent Busから転送てんそう）
曖昧さ回避 この項目こうもくでは、コンピュータの部品ぶひんの一ひとつについて説明せつめいしています。浴室よくしつについては「ユニットバス」をご覧らんください。

システムバス（英語えいご: system bus）は、情報じょうほうを運はこぶためのデータバス（英語えいご版ばん）、送信そうしん先さきを決定けっていするためのアドレスバス、動作どうさを決定けっていするためのコントロールバス（英語えいご版ばん）の3種類しゅるいのバスの機能きのうを単一たんいつのバスで実現じつげんしたものである。この技術ぎじゅつは、コスト削減さくげんとモジュール性せいの向上こうじょうのために開発かいはつされ、1970年代ねんだいから1980年代ねんだいかけて主流しゅりゅうとなったが、現代げんだいのコンピュータでは用途ようとごとに別べつのバスを使用しようしている。

システムバスの概念がいねん図ず

背景はいけい

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現代げんだいのコンピュータのほとんどは、1945年ねんに発表はっぴょうされたEDVACに関かんする報告ほうこく書しょの第だい一いち草稿そうこうに基もとづいて設計せっけいされている。この報告ほうこく書しょに基もとづくコンピュータ（一般いっぱんにノイマン型がたと呼よばれる）は、中央ちゅうおう制御せいぎょ装置そうちと演算えんざん論理ろんり装置そうち（ALU。報告ほうこく書しょでは中央ちゅうおう演算えんざん部ぶ〈central arithmetic part〉と呼よばれる）をメモリや入出力にゅうしゅつりょく装置そうちと組くみ合あわせて、プログラム内蔵ないぞう型がたコンピュータを構成こうせいする[1]。この報告ほうこく書しょでは、コンピュータの一般いっぱん的てきな構成こうせいと理論りろんモデルは示しめされたが、そのモデルの実装じっそうは示しめされなかった[2]。やがて、制御せいぎょ装置そうちとALUが統合とうごうされて、中央ちゅうおう処理しょり装置そうち（CPU）となった。

1950年代ねんだいから1960年代ねんだいにかけてのコンピュータは、一般いっぱん的てきにアドホックな方法ほうほうで構築こうちくされていた。例たとえば、当時とうじのコンピュータにおけるCPU、メモリ、入出力にゅうしゅつりょく装置そうちは、それぞれが1つまたは複数個ふくすうこに別わかれた筐体きょうたいに格納かくのうされており、ケーブルで接続せつぞくされていた。当時とうじのエンジニアは、プリント基板きばんを相互そうご接続せつぞくするためのバックプレーンの概念がいねんを拡張かくちょうする形かたちで、このケーブルの束たばの規格きかくを標準ひょうじゅん化かした。「バス」(bus)という名称めいしょうは、初期しょきの機械きかい式しき計算けいさん機きを含ふくむ電気でんき機械きかいの各部かくぶに電力でんりょくを運はこぶ「バスバー」(bus bar)としてすでに使用しようされていた[3]。集積しゅうせき回路かいろ(IC)の出現しゅつげんにより、コンピュータの各かくユニットが大幅おおはばに小ちいさくなり、バスはさらに標準ひょうじゅん化かされた[4]。標準ひょうじゅん化かされたモジュールは、より均一きんいつな方法ほうほうで相互そうご接続せつぞくすることができ、開発かいはつや保守ほしゅが容易よういになった。

概要がいよう

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低ていコスト化かとモジュール性せいのために、メモリバス（英語えいご版ばん）、入出力にゅうしゅつりょくバス、コントロールバス（英語えいご版ばん）、電源でんげんバスが1つの統一とういつされた「システムバス」にまとめられるようになった[5]。コンピュータが単一たんいつの筐体きょうたいに収おさまるほど小ちいさくなるにつれ、モジュール性せいと低ていコスト化かが重要じゅうようになってきた（そして、顧客こきゃくも低てい価格かかく化かを期待きたいしていた）。デジタル・イクイップメント・コーポレーション(DEC)は、大量たいりょう生産せいさんによりミニコンピュータのコストをさらに削減さくげんし、メモリバスにメモリマップドI/Oを搭載とうさいして、入出力にゅうしゅつりょく装置そうちとメモリが同一どういつのアドレス空間くうかん上うえに見みえるようにした。これは1969年ねん頃ころのPDP-11のUnibusとして実装じっそうされたもので、I/Oバスを別べつに用意よういする必要ひつようがなくなった[6]。PDP-8のようなメモリマップドI/Oを持もたないコンピュータでも、すぐにシステムバスが実装じっそうされ、モジュールを任意にんいのスロットに差さし込こむことができるようになった[7]。一部いちぶの著者ちょしゃは、これをコンピュータアーキテクチャの新あたらしい合理ごうり化かされたモデルと呼よんだ[8]。

一般いっぱん的てきに単一たんいつの集積しゅうせき回路かいろ上うえにCPUを搭載とうさいしている初期しょきのマイクロコンピュータの多おおくは、1975年ねん頃ころのAltair 8800のS-100バスを皮切かわきりに、単一たんいつのシステムバスを使用しようして構築こうちくされた[9]。IBM PCは、1981年ねんにIndustry Standard Architecture(ISA)バスをシステムバスとして使用しようした。初期しょきモデルにおけるパッシブバックプレーンは、CPUとRAMをマザーボード上うえに配置はいちし、システムバススロットにオプションの拡張かくちょうカードのみを配置はいちするという標準ひょうじゅんに置おき換かえられた。

 
システムバスを使用しようした単純たんじゅんな対称たいしょう型がたマルチプロセッシング

1983年ねんにマルチバスがIEEE 796として規格きかく化かされた[10]。サン・マイクロシステムズは1989年ねんに、より小型こがたの拡張かくちょうカードに対応たいおうするSBusを開発かいはつした[11]。対称たいしょう型がたマルチプロセッシングを実装じっそうする最もっとも簡単かんたんな方法ほうほうは、2つ以上いじょうのCPUを共有きょうゆうシステムバスに接続せつぞくすることであり、1980年代ねんだいまで使用しようされていた。しかし、共有きょうゆうバスはすぐにボトルネックとなり、より洗練せんれんされた接続せつぞく技術ぎじゅつが模索もさくされた[12]。

デュアルインディペンデントバス

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CPU設計せっけいが、より高速こうそくな内部ないぶバスとより低速ていそくなペリフェラルバスを使用しようするように進化しんかしたことにより、インテルは、メインシステムメモリとの間あいだの外部がいぶフロントサイドバスと、1つまたは複数ふくすうのCPUとCPUキャッシュとの間あいだの内部ないぶバックサイドバス（英語えいご版ばん）を使用しようする、デュアルインディペンデントバス (Dual Independent Bus, DIB) という言葉ことばを使用しようするようになった。これは、1990年代ねんだい半なかばから後半こうはんにかけてPentium ProやPentium IIに導入どうにゅうされた[13]。CPUがメインメモリや入出力にゅうしゅつりょく装置そうちとの間あいだでデータ通信つうしんするためのプライマリバスをフロントサイドバスと呼よび、バックサイドバスは2次じキャッシュにアクセスする。

現代げんだいのPCやサーバでは、HyperTransportやインテル QuickPath インターコネクトなどの高性能こうせいのうな相互そうご接続せつぞく技術ぎじゅつが使用しようされているが、よりシンプルな組くみ込こみマイクロプロセッサではシステムバス・アーキテクチャが使用しようされ続つづけている。システムバスを単一たんいつの集積しゅうせき回路かいろの内部ないぶに内蔵ないぞうすることにより、System-on-a-chipを実現じつげんすることもできる。その例れいとして、AMBA（英語えいご版ばん）、CoreConnect（英語えいご版ばん）、Wishbone（英語えいご版ばん）などがある[14]。

脚注きゃくちゅう

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  1. ^ John von Neumann (June 30, 1945). “First Draft of a Report on the EDVAC”. March 14, 2013時じ点てんのオリジナルよりアーカイブ。May 27, 2011閲覧えつらん。 Introduction and editing by Michael D. Godfrey, Stanford University, November 1992.
  2. ^ Michael D. Godfrey; D. F. Hendry (1993). “The Computer as von Neumann Planned It”. IEEE Annals of the History of Computing 15 (1): 11–21. doi:10.1109/85.194088. オリジナルの2011-08-25時点じてんにおけるアーカイブ。. https://web.archive.org/web/20110825104605/http://qss.stanford.edu/~godfrey/vonNeumann/edv-an.pdf. 
  3. ^ アメリカ合衆国あめりかがっしゅうこく特許とっきょ第だい 3,470,421号ごう "Continuous Bus Bar for Connector Plate Back Panel Machine Wiring" Donald L. Shore et al., Filed August 30, 1967, issued September 30, 1969.
  4. ^ アメリカ合衆国あめりかがっしゅうこく特許とっきょ第だい 3,462,742号ごう "Computer System Adapted to be Constructed of Large Integrated Circuit Arrays" Henry S. Miller et al., Filed December 21, 1966, issued August 19, 1969.
  5. ^ Linda Null; Julia Lobur (2010). The essentials of computer organization and architecture (3rd ed.). Jones & Bartlett Learning. pp. 36,199–203. ISBN 978-1-4496-0006-8. https://books.google.com/books?id=f83XxoBC_8MC&pg=PA36 
  6. ^ C. Gordon Bell; R. Cady; H. McFarland; B. Delagi; J. O'Laughlin; R. Noonan; W. Wulf (1970). “A New Architecture for Mini-Computers—The DEC PDP-11”. Spring Joint Computer Conference: 657–675. http://research.microsoft.com/en-us/um/people/gbell/CGB%20Files/New%20Architecture%20PDP11%20SJCC%201970%20c.pdf. 
  7. ^ Small Computer Handbook. Digital Equipment Corporation. (1973). pp. 2–9. http://www.bitsavers.org/pdf/dec/pdp8/handbooks/Small_Computer_Handbook_1973.pdf 
  8. ^ Miles J. Murdocca; Vincent P. Heuring (2007). Computer architecture and organization: an integrated approach. John Wiley & Sons. p. 11. ISBN 978-0-471-73388-1 
  9. ^ Herbert R. Johnson. “Origins of S-100 computers”. 2020年ねん4月がつ9日にち閲覧えつらん。
  10. ^ “796-1983 — IEEE Standard Microcomputer System Bus”. Institute of Electrical and Electronics Engineers (1983年ねん). May 25, 2011閲覧えつらん。
  11. ^ Frank, E.H. (1990). “The SBus: Sun's high performance system bus for RISC workstations”. Digest of Papers Compcon Spring '90. Thirty-Fifth IEEE Computer Society International Conference on Intellectual Leverage. pp. 189–194. doi:10.1109/CMPCON.1990.63672. ISBN 0-8186-2028-5 
  12. ^ Donald Charles Winsor (1989). Bus and Cache Memory Organization for Multiprocessors. University of Michigan Electrical Engineering department. http://www.eecs.umich.edu/~tnm/trev_test/dissertationsPDF/donw.pdf  Ph.D. dissertation.
  13. ^ Todd Langley and Rob Kowalczyk (January 2009). “Introduction to Intel Architecture: The Basics”. White paper. Intel Corporation. June 7, 2011時じ点てんのオリジナルよりアーカイブ。May 25, 2011閲覧えつらん。
  14. ^ Rudolf Usselmann (January 9, 2001). “OpenCores SoC Bus Review”. May 30, 2011閲覧えつらん。

関連かんれん項目こうもく

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