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【応用情報】
・バスの種類,特徴,制御方式,標準規格を修得し,応用する。

【基本情報】
・バスの種類,特徴,構成のあらましを理解する。

バス(概要)

情報処理技術者試験での学習内容

【応用情報】
・バスの種類,特徴,制御方式,標準規格を修得し,応用する。

【基本情報】
・バスの種類,特徴,構成のあらましを理解する。

(1)バスの種類と特徴 基本情報 応用情報

コンピュータ内部でデータをやり取りするための伝送路であるバスの種類,特徴,内部バス(CPU 内部バス),外部バス,拡張バスなどの分類,転送方式を理解する。

用語例:アドレスバス,データバス,コントロールバス(制御バス),システムバス,メモリバス,入出力バス,シリアルバス,パラレルバス

(2)バスのシステムの構成 基本情報 応用情報

バスのシステムの構成には,命令の読込みとデータのアクセスを分離したハーバードアーキテクチャ,両者を分離せず同一のバスでアクセスするプリンストンアーキテクチャがあること,アーキテクチャごとの特徴を理解する。

(3)バスの制御方式 応用情報

複数の装置がバスを共有している場合に,どの装置がバスを使用するかを決めるバスの制御方式や,具体的な動作を理解する。

用語例:バスアービタ,バスマスタ,集中制御方式,割込み方式,ポーリング方式

(4)バスのアクセスモード 応用情報

外部データバス幅を制御するモードであるバスのアクセスモード,その動作,モードを指定することによって,バス幅を指定できることを理解する。

(5)バスの容量と性能 基本情報 応用情報

バス幅を意味するバスの容量,クロック周波数を意味するバスの性能,バスのスループットの計算方法を理解する。

(6)バスの標準規格  応用情報

バスの標準規格の種類と特徴を理解する。

用語例:PCI(Peripheral Component Interconnect)バス,PCI Express,IEEE 1394,ANSI-X3.131(SCSI),USB(Universal Serial Bus)

バスの種類と特徴

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

コンピュータ内部でデータをやり取りするための伝送路であるバスの種類,特徴,内部バス(CPU 内部バス),外部バス,拡張バスなどの分類,転送方式を理解する。

用語例:アドレスバス,データバス,コントロールバス(制御バス),システムバス,メモリバス,入出力バス,シリアルバス,パラレルバス

バス

CPUや主記憶装置などの内部装置は、データをやり取りするための伝送路で結ばれています。この伝送路をバスといいます。

バスが一度に送信できるビット数をバス幅といいます。

CPUが内部でデータを伝送するバスを内部バスといいます。内部バスには16ビット、32ビット、64ビットなどのバス幅があり、パソコンでは32ビットバスが主流でしたが、近年は64ビットバスもかなり普及しています。

内部バスに対し、主記憶装置などマザーボード上の各装置を結ぶバスを、外部バス(システムバス)といいます。

アドレスバス

アドレスバスは、CPUがアクセスしたいデータのアドレスを主記憶装置に伝えるためのバスです。アドレスバスのバス幅が広いほど、大きなサイズの主記憶装置のアドレスを扱えます。

16ビットなら 216 = 65536のアドレス、32ビットなら232 = 4,294,967,296(約4G)のアドレス、64ビットなら 264≒約1,800京(約16E)のアドレスを扱うことが出来ます。

但し、64ビットの場合、理論上は16エクサのアドレスを扱うことが出来るが、あまりにも膨大すぎるので、パソコンなどでは数テラバイトまでとしている事が多い、(1エクサ=10億ギガ)

データバス

データバスはCPUが主記憶装置とデータをやり取りするためのバスです。データバスのバス幅が広いほど、一度に多くのビット数のデータをやり取りできます。

コントロールバス

コントロールバスは制御バスともいい、CPUと周辺機器などの間に、タイミング調整などの信号をやり取りするためのバスです。

バスのシステムの構成

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

バスのシステムの構成には,命令の読込みとデータのアクセスを分離したハーバードアーキテクチャ,両者を分離せず同一のバスでアクセスするプリンストンアーキテクチャがあること,アーキテクチャごとの特徴を理解する。

バスのシステムの構成

バスは3つ以上の装置が、バス(交通)の停留所を用いて乗り合いするように接続する伝送路です。他の結線方法に比べて単純なのが特徴です。

速度の遅い入出力装置のバスを、高速な装置用のバスと階層構造にする方法もあります。

ノイマンアーキテクチャとハーバードアーキテクチャ

ノイマンアーキテクチャは主記憶に命令もデータも格納する方式です。Pentiumなどの多くのCPUはこの方式です。

プログラムを記憶するメモリとデータを記憶するメモリを別にした構成をハーバードアーキテクチャといい、マイコンなどで使われる方式です。命令とデータに同時にアクセスできるので、高速化に向いています。

最近の高性能CPUチップでは両方の長所を活かした設計が利用されているものもあります。

バスの容量と性能

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

バス幅を意味するバスの容量,クロック周波数を意味するバスの性能,バスのスループットの計算方法を理解する。

バス幅とクロック周波数

バスが1クロックで送信できるビット数をバス幅といいます。バス幅には8ビット、16ビット、32ビット、64ビットなどがあります。バス幅が大きいほど性能が良くなります。
また、バスのクロック周波数が高いほど性能が良くなります。

これらのバスの性能と、CPUの性能(MIPS値やFLOPS値)によって、CPUとバスを接続した時の性能が決まります。

バスのアクセスモード

1ビットずつ順番に伝送するバスを、シリアルバスといいます。
対して、複数ビットを1度に伝送するバスをパラレルパスといいます。(伝送路の本数の違いではないので注意)

一見、パラレルバスのほうが高性能に思えますが、パラレルバスの場合、並行する通信路の干渉などの問題があり、そういった問題のないシリアルバスのほうが高性能であることが多いです。

特に通信路同士の干渉は、伝送距離が長くなるほど影響を受けやすくなります。そのため、物理的に距離の短いPCI等のコンピュータ内部のバスにはパラレルバスがよく用いられ、外部との接続に使うLANやUSBなどにはシリアルバスが採用されている。

なお、シリアルバスだからといって伝送路が1本というわけではなく、複数の伝送路で並行して別々の情報を伝送するタイプのシリアルバスもあります。

  • 並列で個別の異なる情報を流す:シリアルバス
  • 複数の伝送路でまとめて一つのデータを流す:パラレルバス