시스템 버스(System Bus)란?

System Bus는 간단하게 digital data를 이동시키기 위한 통로이다.

Bus에는 3가지 종류가 있다. Control Bus, Address Bus, Data Bus 이다. 이 3가지가 System Bus를 구성한다.

시스템버스는 internal bus로서 프로세서와 내부 internal 하드웨어 장치들과 연결하도록 고안된 버스이다. 시스템버스는 메인보드에 존재한다.

Bus의 종류를 하나씩 보자.

Control Bus

Control Bus는 CPU가 다른 internal device들과 통신하는데 사용된다. Control Bus는 이름부터 알 수 있듯이 CPU의 command를 전달하고 device의 status signal을 반환한다. Control Bus 안에는 line 이라는 것이 있는데, control bus마다 line의 개수와 종류가 각각 다르지만 공통으로 가지고 있는 line이 있다.

• READ line: device가 CPU에게 읽히면 active된다.
• WRITE line: device가 CPU에게 쓰여지고 있으면 active된다.

메모리에 읽고 쓸때에는 Control Bus의 Read, Write line이 활성화된다.
Control Bus는 양방향으로 작동한다.

Address Bus

Address Bus는 memory에 읽고 쓸때 memory의 physical address를 전달하는데 사용한다. Memory에 read, write를 할때 address bus에는 memory location이 담긴다. read, write 할 메모리 값 그 자체는 밑에서 볼 data bus에 실린다.
Address Bus는 Memory Address Register와 연결되어 있으며, 단방향이다.
Address bus는 중요한게 bus width(폭)가 시스템이 다룰 수 있는 address를 결정한다. 예를들어, 32bit address bus라면 시스템은 최대 2³²가지의 주소공간을 다룰 수 있겠다. Byte-addressable이면 가능한 memory space는 4GB가 되겠다.
다만 모든 경우에 address bus의 width가 꼭 시스템이 사용하는 address와 동일하게 매칭되는 것은 아니다.
CPU 칩에서 pin수는 엄청난 비용이다. 따라서 예전 시스템들에서는 16 bit address bus를 사용하지만 32 bit address space를 사용할 수 있다. 다만 이 경우 16bit로 주소를 나누어 두번에 걸쳐 전송해야한다.

Data Bus

Data Bus는 데이터를 전송하는데 사용하는 버스이다. Data Bus는 당연히 읽고 쓸수 있어야 하므로 양방향이다.

32bit, 64bit CPU

32bit 운영체제, 64bit 운영체제를 결정하는 것은 무엇일까? 이는 data bus가 결정하지 않는다. 이를 결정하는것은 프로세서의 정수 register 크기이다. Data bus의 폭은 정수 register와 다를수도 있다. 예전 컴퓨터 머신들의 초기설계에는 data bus의 폭과 정수 register의 크기는 같았으나 꼭 그럴 필요는 없다.

실제로 8080 IBM PC는 16bit CPU이나 data bus는 8bit width이다. 그러므로 프로세서의 register에서 RAM으로 전송하려면 8bit씩 두번을 전송해야 했다.

그리고 프로세서의 정수 register와 address bus의 폭도 다를 수 있다. address bus의 폭은 이보다 더 클수도 작을 수도 있다.

실제로 original AMD Operaton은 64bit 시스템이지만 address bus는 memory subsystem을 단순화하기위해 40bit로 설계되었다. 64bit가 주소로 전부 활용되기는 현실적으로 힘들기 때문이다.
지금 현재의 대부분의 64bit AMD CPU도 48bit의 address bus를 가지고있다.

Modern designs

현재의 디자인들은 우리가 잘 알고있는 bit 기반의 paradigm과는 맞지않는 더 복잡한 bus들을 사용한다. Modern CPU들은 매우 복잡하게 설계되어 있으며 이들은 memory 및 다른 CPU들과의 통신을 위해 특수한 bus들을 사용하기도 한다. 더이상의 단일로 존재하는 address bus나 data bus는 없으며 우리가 알고있는 bit-width 기반으로 처리하는 방식이 아닌 다른 signaling 방식으로 작동할 수도 있다.

References

• https://en.wikipedia.org/wiki/Control_bus
• https://superuser.com/questions/446395/is-it-the-address-bus-size-or-the-data-bus-size-that-determines-8-bit-16-bit