Ein Bussystem (englisch bus, Plural buses) ist ein gemeinsames Übertragungssystem, über das Prozessor, Arbeitsspeicher und Peripheriegeräte Daten und Steuersignale austauschen. Es ist das Rückgrat jeder Computerplattform — seine Breite und sein Takt bestimmen maßgeblich die Gesamtleistung.
Adress-, Daten- und Steuerbus
Klassisch besteht der Systembus aus drei parallelen Leitungsgruppen:
- Adressbus: überträgt die Speicheradresse, die angesprochen wird (16 Leitungen adressieren 64 KiB, 32 Leitungen 4 GiB).
- Datenbus: transportiert die eigentlichen Daten zwischen CPU und Arbeitsspeicher.
- Steuerbus: signalisiert Lese- oder Schreibzugriff, Takt und Interrupts.
Diese Trennung von Befehlen und Daten auf getrennten Pfaden ist ein Merkmal der Von-Neumann-Architektur; der gemeinsame Bus zwischen CPU und Speicher wirkt dabei als Engpass (Von-Neumann-Flaschenhals).
Kenngrößen: Breite, Takt, Bandbreite
Die Übertragungsrate eines Busses ergibt sich aus Busbreite und Bustakt. DDR-Speicher (Double Data Rate) überträgt bei steigender und fallender Taktflanke, wodurch die effektive Datenrate doppelt so hoch ist wie der Takt (DDR4-3200 läuft mit 1600 MHz und überträgt 3200 MT/s). Moderne Prozessoren tragen den Speichercontroller direkt im Chip und binden den Arbeitsspeicher über eigene Speicherkanäle an (Taktfrequenz als Bezugsgröße).
Historische Entwicklung
Frühe PCs nutzten breite parallele Busse wie ISA, PCI und AGP. Intel verband die CPU über den Front Side Bus mit dem Chipsatz. Ab etwa 2008 lösten schnelle Punkt-zu-Punkt-Verbindungen den gemeinsamen Parallelbus ab: QPI und UPI bei Intel, HyperTransport und heute Infinity Fabric bei AMD. Für Erweiterungskarten ist PCIe (PCI Express) der Standard: serielle Lanes (x1 bis x16) mit wachsenden Datenraten pro Generation (PCIe 3.0 bis 5.0 verdoppeln jeweils die Rate).
DMA und Cache-Kohärenz
Peripheriegeräte schreiben über Direct Memory Access (DMA) direkt in den Arbeitsspeicher, ohne die CPU zu belasten. Bei Mehrkernprozessoren überwacht das Bussystem die Cache-Kohärenz (Bus-Snooping), damit alle Kerne konsistente Daten sehen. Die Leiterbahnen des Bussystems verlaufen auf dem Mainboard und werden über den CPU-Sockel in den Prozessor geführt — die Architektur des x86-64-Systems hängt damit direkt am Bussystem.