Bus bộ xuwr4 lý hoạt động cùng cơ số xung như CPU hoạt động ngoài. Điều này có thể sai lạc bởi vì phần lớn CPU ngày nay có xung bên trong cao hơn CPU hoạt động ngoài. Cho ví dụ, hệ thống AMD Athlon 64 3800+ có bộ xử lý chạy bên trong 2.4GHz nhưng chỉ 400MHz thể hiện ngoài, trong khi Pentium 4 3.4GHz chay bên trong 3.4GHz nhưng chỉ 800MHz thể hiện ngoài.

Trong những hệ thống mới hơn, tốc độ bộ xử lý thực sự là một số bội (2x, 2.5x, 3x và cao hơn) của bus bộ xử lý.

Bus bộ xử lý được ràng buộc với những kết nối chân chốt bộ xử lý ngoài và có thể truyền 1 bit dữ liệu cho mỗi đường dữ liệu ở mỗi chu kỳ. Phần lớn bộ xử lý hiện đại truyền được 64 bit (8 byte) dữ liệu cùng thời điểm.

Để quyết định tốc độ truyền của bus bộ xử lý. Bạn tăng lên nhiều lần dung lượng dữ liệu (64 bit hoặc 8 byte cho Celeron/Pentium III/4 hoặc Athlon/Duron/Athlon XP/Athlon 64) theo tốc độ xung của bus (tương tự như tốc độ xong cơ bản hoặc không tăng của CPU).

Cho thí dụ, nếu đang dùng bộ xử lý Pentium 4 3.6GHz chạy bus bộ xử lý 800MHz, bạn có tốc độ truyền tức thời tối đa đại để chừng 6400MBps. Bạn có kết quả này bằng cách dùng công thức dưới đây:

800MHz x 8bytes (64bits) = 6400MBps

Với phiên bản chậm hơn của Pentium 4, bạn có công thức này

533.33MHz x 8 bytes (64bits) = 4266MBps

400MHz x 8 bytes (64 bits) =3200MBps

Với Socket A (Athlon XP), bạn có

333.33MHz x 8 bytes (64 bits) = 2667MBps

200MHz x 8 bytes (64 bits) = 1600MBps

Với Socket 370 (Pentium III), bạn có

133.33MHz x 8 bytes (64bits) = 1066MBps

100MHz x 8 bytes (64 bits) = 800MBps

Tốc độ truyền này, thường được gọi là băng thông của bus bộ xử lý, tương ứng với tốc độ tối đa mà dữ liệu có thể di chuyển. Tham khảo bảng 4.17 cho danh sách khá đầy đủ những băng thông bus bộ xử lý đa dạng.

Từ lần giới thiệu PC lần đầu tiên, nhiều bus I/O được ra đời. Lý do đơn giản là: những tốc độ I/O nhanh hơn cần thiết cho sự thực thi hệ thống tốt hơn. Điều cần thiết này liên quan đến ba lãnh vực:

•Những CPU nhanh hơn

•Gia tăng những yêu cầu về phần mềm.

•Những yêu cầu đa phương tiện nhiều hơn.

•Mỗi lãnh vực này đòi hỏi bus I/O càng nhanh càng tốt.

Một trong những lý do đầu tiên kiến trúc bus I/O mới chậm chạp ra mắt là tính tương hợp mà con người luôn khát khao mà không đạt được nhiều kỹ nghệ PC trong quá khứ. Một trong những dấu hiệu chất lượng thành công của PC là sự chuẩn hóa của nó. Sự chuẩn hóa này sinh ra hàng ngàn card I/O của bên thứ ba, mỗi cái cơ bản xây dựng cho những đặ điểm kỹ thuật bus đầu của PC. Nếu một hệ thống bus thực thi cao mới được giới thiệu, nó thường phải tương thích với những hệ thống bux cũ hơn nên những card I/O cũ hơn không lỗi thời. Do vậy, những công nghệ bus dường như liên quan với nhau hơn là làm ra định lượng đáp ứng.

Có thể xác định nhiều loại khác nhau của bus I/O bằng kiến trúc của chúng. Các loại chính của bus I/O được chi tiết trong đầu chương này.

Những sự khác biệt chính trong số những bus bao gồm đầu tiên là số lượng dữ liệ mà chúng có thể truyền trong cùng thời điểm và những tốc độ mà chúng có thể đạt được. Những phần dưới đây mô tả những loại khác nhau của các bus PC.

Kiến trúc tiêu chuẩn công nghiệp (ISA: Industry Standard Architecture) là kiến trúc bus được giới thiệu như bus 8 bit với IBM PC đầu tiên năm 1981; sau đó nó được mở rộng đến 16 bit với IBM PC/AT năm 1984. ISA là cơ sở của máy tính cá nhân hiện đại và là kiến trúc đầu tiên được dùng trong đại đa số những hệ thống PC cho đến cuối những năm 1990. Đáng kinh ngạc có lẽ một kiến trúc lỗi thời được sử dụng quá lâu, nhưng nó cho độ tin cậy, khả năng chi trả và tính tương hợp, công thêm bus cũ này vẫn chạy nhanh hơn nhiều thiết bị ngoại vi mà chúng ta kết nối vào nó!

Hai phiên bản của bus ISA tồn tại, dựa trên số bit dữ liệu được truyền đi trên bus cùng một thời. Những phien bản cũ hơn là bus 8 bit; phiên bản mới hơn là bus 16 bit. Phiên bản 8 bit cơ bản chạy 4.77MHz ở PC và XT, phiên bản 16 bit dùng trong AT chạy ở 6MHz và kế tiếp 8MHz. Sau đó, kỹ nghệ đạt đến tốc độ tiêu chuẩn tối đa 8.33MHz cho những phiên bản 8/16 bit của bus ISA cho tính tương hợp ngược (backward-compatibility). Một số hệ thống có khả năng chạy bus ÍA nhanh hơn tốc độ này, nhưng mốt số card tiếp hợp không hoạt động chính xác ở những tốc độ cao hơn. những dịch chuyển dữ liệu ISA đòi hỏi bất kỳ chỗ nào từ hai đến tám chu kỳ. Do vậy, tốc độ dữ liệu tối đa theo lý thuyết của bus ISA khoảng 8MBps, như công thức dưới đây thể hiện:

8.33MHz x 2bytes (16bits) /  2 cycles cho mỗi lần truyền = 8.33MBps

Băng thông của bus 8 bit sẽ bằng nửa con số (4.17MBps). Nên nhớ rằng, tuy nhiên, những số liệu này là tối đa theo lý thuyết. do những giao thức I/O, băng thông hữu hiệu thì khá chậm hơn đặc trưng hầu như một nửa. Tuy vậy, tại khoảng 8MBps, bus ISA vẫn nhanh hơn nhiều thiết bị ngoại vi vì kết nối vào nó, như là các cổng serial, các cổng Parallel, những bộ điều khiển ổ mềm, những bộ điều khiển bàn phím à những thiết bị khác.

Kiến trúc bus này được sử dụng trong những máy tính IBM đầu tiên và được giữ lại trong nhiều năm trung những hệ thông sau này. Mặc đàu thực sự không tồn tại trong những hệ thống mới hiện nay, kiến trúc này vẫn tồn tại trong hàng trăng ngàn hệ thống PC, bao gồm những hệ thống với bộ xử lý 286 và 386.

Về mặt vật lý, Slot mở rông ISA 8 bit ISA giống hệ thống lưỡi rãnh (tongue-and-groove) mà những nhà sản xuất đồ gỗ một khi sử dụng để giữ lại hai miếng gỗ găn với nhau. Nó được gọi đặc thù là đầu nối card/edge. Một card tiếp hợp với 62 điểm tiếp xúc trên cạnh đáy cắm vào mọt khe cắm trên bo mạch chủ cũng có 62 điểm tiếp xú phù hợp, về mặt điện tử, Slot này cung cấp 8 đường dữ liệu và 20 đường định đị chỉ, cho phép Slot điều khiển 1MB bộ nhớ.

Mặc dầu thiết kế bus đơn giản, IBM chờ đến năm 1987 mới công bố toàn bộ được điểm kỹ thuật cho những sự tính toán thời gian của dữ liệ và những đường địa chỉ, nên trong những ngày đầu của PC tương thích, những nhà sản xuất đã làm hết sức dể tính toán cách làm ra những bo mạch chủ tiếp hợp. Vấn đề này được giai quyết, tuy nhiên, ngay khi những máy tính cá nhân tương thích trở nên được chấp nhận rộng rãi như tiêu chuẩn công nghiệp và những nhà sản xuất đã mất nhiều thời gian và sự khích lệ để xây dựng những bo mạch chủ tiếp hợp hoạt động chính xác với bus.

Các chiều của card tiếp hợp ISA 8 bit như sau:

4.2’’ (106.68mm) cao

13.13’’ (333.5mm) dài

0.5’’ (12.7mm) rộng

IBM đã ném một quả bom vào thế giới PC khi giới thiệu AT với bộ xử lý 286 năm 1984. Bộ xử lý này có bus dữ liệu 16 bit , nghĩa là những truyền thông giữa bộ xử lý và bo mạch chủ chũng như bộ nhớ nay là 16 bit rông thay vì chỉ 8 bit. Mặc dầu bộ xử lý này lắp đặt trên bo mạch chủ chỉ với I/O 8 bit, nghĩa là một sự từ bỏ to lớn về tốc độ của bất kỳ những card tiếp hợp nào hay những thiết bị khác được lắp đặt trên bus.

Hơn là tạo ra bus I/O mới, tại thời điểm đó IBM tiến đến hệ thống hỗ trợ được cả hai card 8 bit và 16 bit tùy chọn. điều này đầu tiên xuất hiện trên PC/AT vào tháng tám năm 1984, là lý do chúng tôi caoi bus ISA như là bus AT.

Đầu nối mở rộng trên mỗi slot mở rộng 16 bit thêm 36 chân chốt đầu nối (cho tổng cộng 98 tín hiệu) để mạng những tín hiệu thêm cần thiết để thực thi đường đẫn dữ liệu rông hơn. Thêm nữa, hai trong những chân chốt trong phần 8 bit đầu nối bị thay đổi. Hai thay đổi nhỏ này không làm biến đổi chức năng của những card 8 bit.

Hình 4.45 mô tả hệ thống chân ra cho Slot mở rộng ISA 16 bit và hình 4.46 thể hiện cách những chân thêm được định hướng trong Slot mở rộng.

Do sự can thiệp vật lý với một số thiết kế card 8 bit cũ, IBM dời những đầu nối mở rộng 16 bit khỏi hai trong những Slot trên AT. Điều này không là sự cố cho những hệ thống mới hơn, nên bất kỳ hệ thống với những Slot ISA có tất cả đầu nối như những phiên bản 16 bit.

Các chiều của bo mạch chủ mở rộng AT tiêu biểu như sau:

4.8’’ (121.92mm) cao

13.13’’ (333.5mm) dài

0.5’’ (12.7mm) rộng

Hai chiều cao thực sự thích hợp cho nhưng card thường được sủ dụng trong những hệ thống AT: 4.8’’ và 4.2’’(chiều cao của những card PC-XT cũ hơn). Những card ngắn hơn trở nên một vấn đề khi IBM giới thiệu kiểu XT 286. Bởi vì kiểu này có một bo mạch chủ AT trong thùng máy XT, nó cần bo mach chủ loại AT với chiều cao tối đa 4.2’’. phân lớn những nhà sản xuất vẫn sản xuất card ISA với bo mạch chủ cao 4.2’’ (hoặc ít hơn) nên chúng sẽ hoạt động trong hệ thống với bất cứ hiện trạng nào.

Sau khi những CPU 32 bit CPU trở nên sãn sàng, mất một khoảng thời gian chuẩn bị trước những tiêu chuẩn bus 32 bit ra đời. Trước khi đặc điểm kỹ thuật MCA và EISA được công bố, một số nhà kinh doanh bắt đầu sản xuất những bus 32 bit có đăng ký độc quyền của chính họ, là những phần mở rộng của bus ISA. May mắn thay, những bus độc quyền này thì ít và không thường xuyên.

Những phần được mở rộng của bus đặc trưng được dùng cho sự mở rộng bộ nhớ độc quyền hay những card video. Bởi vì những hệ thống này độc quyền (nghĩa là chúng không nằm trong tiêu chuẩn), hệ thống đầu ra chân chốt và đặc điểm kỹ thuât không có sẵn.

Sự ra mắt những chip 32 bit mang ý nghĩ bus ISA không thể chi phối thế hệ mới khác của CPU. Những chíp có thể truyền 32 bit dữ liệu ở cùng thời điểm, nhưng bus ISA có khả năng tối đa chỉ 16 bit. Hơn là mở rộng bus ISA lần nữa, IBM quyết định xây dựng bus mới; kết quả là có bus MCA. MCA (viết tắt của kiến trúc vi kênh/mcrochannel architecture) thì khác hoàn toàn với bus ISA và cao hơn hẳn về mặt kỹ thuật.

IBM muốn không chỉ thay thế tiêu chuẩn ISA cũ mà còn yêu cầu các nhà kinh doanh cấp giấy phép cho những phần công nghệ chắc chắn. Nhiều nhà kinh doanh làm chủ những giấy phép công nghệ bus ISA do IBM tạo ra, nhưng IBM không công kích sự được cấp phép ISA của họ, nhiều người cũng chẳng có bất kỳ giấy phép nào. Những vấn đề về cấp phép và kiểm soát dẫn đến sự phát triển cúa bus EISA cạnh tranh và gây trở ngại cho sự chấp nhận bus MCA.

Những hệ thống MCA sản xuất đạt mức độ mới của sự dễ dàng sử dụng: chúng cắm vào là chạy trước khi đặc điểm kỹ thuật cắm vào là chạy chính thức hiện hữu. Một hệ thống MCA không có những cầu nhảy và những chuyển mạch trên bo mạch chủ hoặc trên bất kỳ card tiếp hợp mở rộng nào. Thay vào đó một đĩa Reference đặc biệt được sử dụng đi với hệ thống riêng biệt và những đĩa tùy chọn đi với mồi card được lắp đặt trong hệ thống. Sau khi một card được cài đặt, bạn tải những tệp tin của đĩa tùy chọn vào đĩa Reference; sau đó bạn không cần những đĩa tùy chọn này nữa. Đĩa Reference chứa BIOS đặc biệt và chương trình cài đặt hệ thống cần thiết cho hệ thống MCA, hệ thống không thể được cấu hình mà không có nó.

Tiêu chuẩn kiến trúc tiêu chuẩn công nghiệp được mở rộng (EISA: Extended Industry Standard Architecture) được thông báo vào tháng 9 năm 1988 như một sự hồi đáp đối với sự giới thiệu của IBM về bus MCA khá cụ thể, đối với cách IBM muốn điều khiển cấp phép bus MCA. Những nhà kinh doanh không bị bắt buộc trả tiền sở hữu bán quyền hiệu lực hồi tố cho bus ISA. nên họ quay lưng lại IBM và tạo ra bus của chính họ.

Tiêu chuẩn EISA được phát triển đầu tiên bởi Compaq và được dự định trở thành phương cách tiếp quản sự phát triển tương lai của bus PC từ IBM. Compaq hiểu rằng không ai nhái theo bus của họ nếu họ là công ty duy nhất có nó, nên họ về cơ bản đưa thiết kế cho những nhà sản xuất hàng đầu khác. Compaq hình thành ủy ban EISA, một tổ chức phi lợi nhuận điều hành sự phát triển bus EISA. Rất ít thiết bị tiếp hợp EISA phát triển. Những thiết bị này được phát triển trọng tâm chủ yếu quanh những bộ điều khiển màng đĩa và những card mạng loại máy chủ.

Bus EISA cơ bản là phiên bản 32 bit cùa ISA. Không giống bus MCA của IBM, bạn vẫn có thể sử dụng những card ISA cũ hơn 8 bit hay 16 bit ISA trong những Slot EISA 32 bit, cung cấp sự tương thích ngược 

Bus EISA thêm 90 kết nối mới (55 tín hiệu mới bổ sung vào những tín hiệu cơ bản) không tăng thêm kích cỡ đầu nối vật lý của bus ISA 16 bit. Thoáng nhìn, Slot EISA 32 bit EISA giống như Slot ISA 16 bit. Thiết bị tiếp hợp EISA, tuy nhiên, có hai dòng tiếp xúc xếp chồng. Dòng thứ nhất cùng loại được sử dụng trong card ISA 16 bit; dòng kia mảnh hơn mở rộng từ dầu nối 16 bit. Do vậy card ISA vẫn dùng được Slot bus EISA, nó là tính năng được mang sang tiêu chuẩn VL-Bus tiếp theo. Đặc điểm kỹ thuật vật lý của card EISA như sau:

■5" (l27mm)cao

■13.13" (333.5mm) dài

■0.5" (12.7mm) rộng

Bus EISA điều khiển lên 32 bit dữ liệu ở tốc độ chu kỳ 8.33MHz. Phần lớn truyền dữ liệu đòi hỏi tối đa hai chu kỳ, mặc dầu chu kỳ nhanh hơn có tốc độ có thể thực hiện được nếu card tiếp hợp cung cấp những đặc điểm kỹ thuật tính toán thời gian chặt chẽ. Băng thông tối đa trên bus là 33MBps. như công thức sau thể hiện:

S.33MHZ X 4 bytes (32 bits) = 33MBps