« Fonctionnement d'un ordinateur/Les bus et liaisons point à point (généralités) » : différence entre les versions
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La communication sur un bus est légèrement différente de ce qu'on a vu dans les chapitres précédents. Auparavant, quand deux composants devaient communiquer, on se contentait de relier les deux par un fil, et faire en sorte que de nouvelles données soient envoyées à chaque cycle. Mais sur un bus, ce n'est pas toujours le cas : il arrive que le bus soit inutilisé durant un certain temps, sans données transmises. Les composants qui veulent communiquer doivent donc déterminer quand le bus est inutilisé afin de ne pas confondre l'état de repos du bus avec des données. Pour cela, on peut certes ajouter un bit au bus de commande, qui indique si une transmission démarre sur le bus. Mais il y a moyen de se passer de ce genre d'artifice sur les bus série avec des méthodes plus ingénieuses.
Pour les bus série, il faut aussi que le récepteur puisse extraire des informations utiles du flux de bits transmis : quelle est l'adresse du récepteur, quand la transmission se termine-t-elle, et bien d'autres. Pour résoudre ces problèmes, les transmissions sur le bus sont standardisées de manière à rendre l'interprétation du flux de bit claire et sans ambiguïté. Deux composants électroniques communiquent entre eux en s'envoyant des '''trames''', des flux de bits où chaque information nécessaire à la transmission est à une place précise.
===Les codes en ligne : le codage des bits sur un bus===▼
Chaque fil d'un bus transmet un signal, qui peut être codé de diverses manières. Il existe des méthodes relativement nombreuses pour coder un bit de données pour le transmettre sur un bus : ces méthodes sont appelées des codages en ligne. Toutes codent celui-ci avec une tension, qui peut prendre un état haut (tension forte) ou un état bas (tension faible, le plus souvent proche de 0 volts). Outre le codage des données, il faut prendre aussi en compte le codage des commandes. En effet, certains bus série utilisent des fils dédiés pour la transmission des bits de données et de commande. Cela permet d'éviter d'utiliser trop de fils pour un même procédé.▼
====Les codes non-différentiels====▼
La plupart des méthodes se contentent d'une seule tension, d'un seul fil, pour coder les bits.▼
* La première de ces méthodes, le '''codage NRZ-L''', utilise l'état haut pour coder un 1 et l'état bas pour le zéro (ou l'inverse).▼
* Le codage '''NRZ-M''' fonction ne différemment : un état haut signifie que le bit envoyé est l'inverse du précédent, tandis que l'état bas indique que le bit envoyé est identique au précédent.▼
* Le codage '''NRZ-S''' est identique au codage NRZ-M si ce n'est que l'état haut et bas sont inversés.▼
* Le '''codage RZ''' est similaire au codage NRZ, si ce n'est que la tension retourne systématiquement à l'état bas après la moitié d'un cycle d'horloge. Celui-ci permet une meilleure synchronisation avec le signal d'horloge, notamment dans les environnements bruités.▼
* Le '''codage Manchester''', aussi appelé codage biphasé, code un 1 par un front descendant, alors qu'un 0 est codé par un front montant (ou l'inverse, dans certaines variantes). Ce codage s'obtient en faisant un OU logique entre l'horloge et le flux de bits à envoyer (codé en NRZ-L).▼
D'autres variantes existent, qui codent un 1 ou un 0 avec un front, tandis que l'autre bit est codé comme en NRZ-L. Ces différentes méthodes se distinguent par des caractéristiques électriques qui sont à l’avantage ou au désavantage de l'un ou l'autre suivant la situation : meilleur spectre de bande passante, composante continue nulle/non-nulle, etc.▼
[[File:Binary Line Code Waveforms.png|centre|Illustration des différents codes en ligne.]]▼
====Les codes différentiels====▼
Pour plus de fiabilité, il est possible d'utiliser deux fils pour envoyer un bit (sur un bus série). Ces deux fils ont un contenu qui est inversé électriquement. Dans le détail, le premier utilise une tension positive pour l'état haut et le second une tension négative. Ce faisant, on utilise la différence de tension pour coder le bit. C'est plus fiable que d'utiliser des tensions deux fois plus élevées, pour des raisons que nous passerons sous silence. Un tel codage est appelé un '''codage différentiel'''. Il est notamment utilisé sur le protocole USB. Sur ce protocole, deux fils sont utilisés pour transmettre un bit, via codage différentiel. Dans chaque fil, le bit est codé par un codage NRZ-L.▼
[[File:USB signal example.svg|centre|Signal USB : exemple.]]▼
===La gestion des trames===
Sur les bus série, ces trames sont transmises bit par bit grâce à des circuits spécialisés : la trame est mémorisée dans un registre à décalage, qui envoie celle-ci bit par bit sur sa sortie (reliée au bus). Pour les bus parallèles, les choses peuvent être plus variables. Il est possible d'envoyer des trames plus grosses que la largeur du bus : la trame est envoyée par paquets de données, octet par octet ou byte par byte. Mais sur certains bus, toute la trame est envoyée d'un coup sur le bus : cela simplifie fortement le codage de la trame, vu qu'il n'y a pas besoin de coder la longueur de la trame ou de préciser quand sa transmission est terminée. Ce cas correspond à celui qu'on a vu dans les premiers chapitres, quand on reliait la sortie d'un composant sur l'entrée d'un autre. Par exemple, reprenons le bus d'une mémoire RAM, qui est un exemple de bus parallèle. On a surtout vu le cas où la RAM était connectée à un bus d'adresse, un bus de données et de commande : dans ce cas, la trame proprement dite est composée de l'adresse, des bits de commande et de la donnée, et il est évident que la trame est envoyée en une seule fois. Mais on a aussi vu le cas, plus rare, où les données sont envoyées l'une après l'autre : on envoie l'adresse, puis la donnée, par exemple. Ou encore, on envoie l'adresse haute, puis l'adresse basse, et enfin la donnée. Dans ce cas, la trame complète est la même, mais elle est envoyée en plusieurs fois, par paquets de la taille du bus (ou presque). La même chose est possible avec d'autres bus que le bus mémoire, ainsi qu'avec d'autres formes de données/trames. Si la mémoire avait un bus série, on pourrait lui envoyer la trame bit par bit.
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Les deux problèmes précédents peuvent être résolu en utilisant ce qu'on appelle une '''fenêtre glissante'''. Avec cette méthode, les trames sont envoyées les unes après les autres, sans attendre la réception des ACKs. Chaque trame est numérotée de manière à ce que l'émetteur et le récepteur puisse l’identifier. Lorsque le récepteur envoie les ACK, il précise le numéro de la trame dont il accuse la réception. Ce faisant, l'émetteur sait quelles sont les trames qui ont étés reçues et celles à renvoyer (modulo les time-out de chaque trame). On peut remarquer qu'avec cette méthode, les trames sont parfois recues dans le désordre, alors qu'elles ont été envoyées dans le désordre. Ce mécanisme permet donc de conserver l'ordre des données envoyées, tout en garantissant le fait que les données sont effectivement transmises sans problèmes. Avec cette méthode, l'émetteur va accumuler les trames à envoyer/déjà envoyées dans une mémoire. L'émetteur devra gérer deux choses : où se situe la première trame pour laquelle il n'a pas d'ACK, et la dernière trame envoyée. La raison est simple : la prochaine trame à envoyer est l'une de ces deux trames. Tout dépend si la première trame pour laquelle il n'a pas d'ACK est validée ou non. Si son ACK n'est pas envoyé, elle doit être renvoyée, ce qui demande de savoir quelle est cette trame. Si elle est validée, l'émetteur pourra envoyer une nouvelle trame, ce qui demande de savoir quelle est la dernière trame envoyée (mais pas encore confirmée). Le récepteur doit juste mémoriser quelle est la dernière trame qu'il a recue. Lui aussi va devoir accumuler les trames recues dans une mémoire, pour les remettre dans l'ordre.
▲===Les codes en ligne : le codage des bits sur un bus===
▲Chaque fil d'un bus transmet un signal, qui peut être codé de diverses manières. Il existe des méthodes relativement nombreuses pour coder un bit de données pour le transmettre sur un bus : ces méthodes sont appelées des codages en ligne. Toutes codent celui-ci avec une tension, qui peut prendre un état haut (tension forte) ou un état bas (tension faible, le plus souvent proche de 0 volts). Outre le codage des données, il faut prendre aussi en compte le codage des commandes. En effet, certains bus série utilisent des fils dédiés pour la transmission des bits de données et de commande. Cela permet d'éviter d'utiliser trop de fils pour un même procédé.
▲====Les codes non-différentiels====
▲La plupart des méthodes se contentent d'une seule tension, d'un seul fil, pour coder les bits.
▲* La première de ces méthodes, le '''codage NRZ-L''', utilise l'état haut pour coder un 1 et l'état bas pour le zéro (ou l'inverse).
▲* Le codage '''NRZ-M''' fonction ne différemment : un état haut signifie que le bit envoyé est l'inverse du précédent, tandis que l'état bas indique que le bit envoyé est identique au précédent.
▲* Le codage '''NRZ-S''' est identique au codage NRZ-M si ce n'est que l'état haut et bas sont inversés.
▲* Le '''codage RZ''' est similaire au codage NRZ, si ce n'est que la tension retourne systématiquement à l'état bas après la moitié d'un cycle d'horloge. Celui-ci permet une meilleure synchronisation avec le signal d'horloge, notamment dans les environnements bruités.
▲* Le '''codage Manchester''', aussi appelé codage biphasé, code un 1 par un front descendant, alors qu'un 0 est codé par un front montant (ou l'inverse, dans certaines variantes). Ce codage s'obtient en faisant un OU logique entre l'horloge et le flux de bits à envoyer (codé en NRZ-L).
▲D'autres variantes existent, qui codent un 1 ou un 0 avec un front, tandis que l'autre bit est codé comme en NRZ-L. Ces différentes méthodes se distinguent par des caractéristiques électriques qui sont à l’avantage ou au désavantage de l'un ou l'autre suivant la situation : meilleur spectre de bande passante, composante continue nulle/non-nulle, etc.
▲[[File:Binary Line Code Waveforms.png|centre|Illustration des différents codes en ligne.]]
▲====Les codes différentiels====
▲Pour plus de fiabilité, il est possible d'utiliser deux fils pour envoyer un bit (sur un bus série). Ces deux fils ont un contenu qui est inversé électriquement. Dans le détail, le premier utilise une tension positive pour l'état haut et le second une tension négative. Ce faisant, on utilise la différence de tension pour coder le bit. C'est plus fiable que d'utiliser des tensions deux fois plus élevées, pour des raisons que nous passerons sous silence. Un tel codage est appelé un '''codage différentiel'''. Il est notamment utilisé sur le protocole USB. Sur ce protocole, deux fils sont utilisés pour transmettre un bit, via codage différentiel. Dans chaque fil, le bit est codé par un codage NRZ-L.
▲[[File:USB signal example.svg|centre|Signal USB : exemple.]]
==L'arbitrage du bus==
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