バス｜エンベデッドシステムスペシャリスト試験

誰がバスを使い、遅い相手とどう歩調を合わせるか

バスはCPUとメモリや入出力装置を結ぶ共通の伝送路で、番地を送るアドレスバス、データを運ぶデータバス、読み書きの区別やタイミングを伝える制御バスから成ります。1回のアクセスで運べる量はデータバスの幅で決まり、転送速度はバス幅とアクセス1回に掛かる時間から求めます。

MPUより遅いメモリや入出力装置をつなぐときに使うのがウェイト機能とレディ機能です。相手が準備できたことをレディ信号で知らせるまで、MPUはウェイトのクロックを挟んで待ちます。1回のアクセス時間は、基本のクロック数にウェイト数を足した値をクロック周波数で割って求めるので、周波数が高くてもウェイトが多いと遅くなることがあります。

命令をどこから読むかでも速さが変わります。バス幅が狭いメモリでは4バイトの命令を何回かに分けて読む必要があり、その回数にアクセスサイクルのクロック数とクロック周期を掛けたものが読出し時間になります。バス幅とアクセスサイクルの両方を見比べて計算することが大切です。

一つのバスに複数の装置がつながり、それぞれが転送を始めようとする場合は、バスアービタが調停して使用権を与え、使用権を得た装置だけがバスを使います。最近のパソコンやサーバでは、高速シリアルのPCI Expressが拡張用の主なバスで、その上でSSDを扱うために作られた通信プロトコルがNVMeです。多数のキューで並行に命令を受け付けられるのが特徴です。