Bus คอมพิวเตอร์คืออะไร ? ทำไมถึงเรียก Bus ? และมันมีกี่ประเภท ?

BUS (Computer) คืออะไร ? มีที่มาจากไหน แล้วมีกี่ประเภท ?

คุณอาจเคยได้ยินคำว่า "ความเร็วบัส (Bus Speed)" ที่มาคู่กับเรื่องสปีดความเร็วของ หน่วยประมวลผลกลาง (CPU), หน่วยความจำหลัก RAM มาก่อน แต่เคยศึกษาไหมว่าคำว่า Bus นั้นหมายถึงอะไร ทำไมมันถึงถูกเรียกว่า Bus บทความนี้เราจะมาทำความรู้จักกับ Bus คอมพิวเตอร์กันว่ามันคืออะไร และแบ่งเป็นกี่ประเภท ?

Bus คอมพิวเตอร์ คืออะไร ?
(What is Computer Bus ?)

บัส (Bus) หรือ ระบบบัส (Bus System) เป็นระบบการสื่อสารที่ฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ใช้ส่งข้อมูลร่วมกันทั้งระบบ ไม่ว่าจะเป็น แผงวงจรหลัก (Mainboard), CPU หรือ RAM ตลอดจนฮาร์ดแวร์อื่น ๆ ที่เพิ่มใน Slot ต่าง ๆ อย่าง ฮาร์ดดิสก์ (Hard Disk), การ์ดจอ (Graphic Card), การ์ดเสียง (Sound Card), แป้นพิมพ์ หรือคีย์บอร์ด (Keyboard), เมาส์ (Mouse) และ ไดร์ฟอ่าน-เขียนแผ่นดีวีดี (DVD Drive) เป็นต้น

ซึ่งถ้าพูดถึงหน้าตาทางกายภาพของระบบบัส มันก็คือวงจรไฟฟ้า ที่ประกอบด้วยเหล่าสายไฟฟ้า สายเคเบิล ที่ต่อกับฮาร์ดแวร์ และก็เส้นรางบนแผง Mainboard นั่นแหล่ะ

ภาพจาก : https://www.learncomputerscienceonline.com/computer-bus/

โดยหัวใจหลักของการทำงานในระบบบัส ก็คือชิปเซ็ต North Bridge และ South Bridge ที่มีหน้าที่ในการควบคุมการจราจรของระบบ และเป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างฮาร์ดแวร์ในคอมพิวเตอร์ให้สื่อสารเป็นระบบเดียวกัน

ถามว่าทำไมต้องเรียก บัส (Bus) เพราะว่า การส่งข้อมูลสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ในคอมพิวเตอร์ มีการทำงานเหมือนระบบขนส่งรถประจำทางสาธารณะนั่นเอง เนื่องจากเป็นระบบขนส่งที่ทำงานอย่างเป็นระบบ เพียงแต่เปลี่ยนจากรับส่งคนเป็นข้อมูลหรือชุดคำสั่งโปรแกรมแทน ซึ่งคำคุ้นหูที่เรามักได้ยินบ่อย ๆ ก็คือ ความเร็วบัส หรือหน่วยวัดความเร็วในการส่งข้อมูลของคอมพิวเตอร์ที่มีหน่วยเป็น เมกะเฮิรตซ์ (MHz) หรือ กิกะเฮิรตซ์ (GHz) นั่นเอง

Bus คอมพิวเตอร์ มีกี่ประเภท ?
(How many types of Computer Bus ?)

ถ้าเทียบตามเทคโนโลยีที่ใช้รวมถึงรุ่นหรือยี่ห้อของคอมพิวเตอร์ ระบบบัสสามารถจำแนกได้หลายประเภทด้วยกัน อย่างไรก็ตามถ้าเราจะจำกัดวงแคบให้ชัดเจนตามโครงสร้างการทำงานของระบบบัส เราสามารถแบ่งได้เป็นการจำแนก 3 รูปแบบหลัก ๆ ดังนี้

1. จำแนกตามประเภทของข้อมูล
   (Data Bus, Address Bus, และ Control Bus)
2. จำแนกตามตำแหน่งของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ
   (Internal Bus, External Bus)
3. จำแนกตามประเภทของวงจรการสื่อสาร
   (Parallel bus และ Serial Bus)

จำแนกตามประเภทของข้อมูล (Classified by Data Bus)

การจำแนกตามประเภทของข้อมูล ถือเป็นพื้นฐานของระบบบัสเบื้องต้น มันบอกได้ว่าคอมพิวเตอร์มีการส่งข้อมูลอะไรบ้างในระบบ โดยสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภทได้แก่

1. Data Bus (บัสข้อมูล)
2. Address Bus (บัสที่อยู่)
3. Control Bus (บัสควบคุม)

ภาพจาก : https://www.computerhope.com/jargon/b/bus.html

1. Data Bus (บัสข้อมูล)

สำหรับ Data Bus หมายถึงข้อมูลและโปรแกรมคำสั่งทั่วไปที่ฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ใช้สื่อสารกัน โดยความเร็วในการสื่อสารจะขึ้นอยู่กับความกว้างบัสหรือแบรนด์วิธที่เทคโนโลยีใน Mainboard รองรับ สามารถแบ่งเป็นระบบ 8, 16, 32 และ 64-bits ซึ่งในข้อมูลของ Data Bus ก็จะมีการบรรจุ Address Bus และ Control Bus เข้าไปด้วย 

2. Address Bus (บัสที่อยู่)

Address Bus เป็นบัสตำแหน่ง หรือ ข้อมูลที่จะส่งผ่านช่องทาง Address Bus ที่เชื่อมต่อระหว่าง CPU และ RAM โดยข้อมูลตำแหน่งจะถูกเขียนใน CPU และส่งไปบันทึกใน RAM จากนั้นเวลา CPU รับคำสั่งจาก RAM จะบรรจุด้วย Address Bus ที่เป็นข้อมูลตำแหน่งฮาร์ดแวร์ของชุดคำสั่งนั้น ๆ ก่อนส่งไปพร้อมกันผ่านช่องทาง Data Bus 

ช่องทาง Data Bus และ Address Bus

3. Control Bus (บัสควบคุม)

Control Bus เป็นอีกข้อมูลหนึ่งที่จะบรรจุคำสั่งจาก ส่วนควบคุม (Control Unit) ของ CPU เพื่อควบคุมทิศทางและการจราจรของบัส และกระจายไปยังฮาร์ดแวร์ต่าง ๆ 

โดย Control Bus จะวิ่งไปพร้อบกับ Data Bus เพื่อคอยออกคำสั่งให้ข้อมูลในช่องทาง ไม่วิ่งชนกันเปรียบเหมือนไฟสัญญาณจราจรภายใน Bus System นั่นเอง

จำแนกตามตำแหน่งของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ
(Classified by Location of Connected Devices)

ภาพจาก : https://www.learncomputerscienceonline.com/computer-bus/

ต่อไปเป็นการจำแนกระบบบัสตามตำแหน่งของอุปกรณ์ภายในระบบคอมพิวเตอร์ สามารถแบ่งได้เป็น 2 แบบหลัก ๆ คือ Internal Bus และ External Bus

Internal Bus (บัสสำหรับอุปกรณ์ภายใน)

คือระบบบัสที่เชื่อมต่อฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ภายในอุปกรณ์ สามารถแบ่งเป็น 2 ระบบย่อย ได้แก่ Local Bus และ Expansion Bus 

โดย Local Bus เรียกอีกอย่างว่า System Bus เป็นระบบบัสที่ทำหน้าที่หลัก ๆ ในการสื่อสารระหว่าง CPU และ RAM ผ่านชิปเซ็ต North Bridge โดยมีตัวเชื่อมคือเทคโนโลยี Front Side Bus (FSB) 

ภาพจาก : https://www.learncomputerscienceonline.com/computer-bus/

ส่วน Expansion Bus เป็นระบบที่ใช้สื่อสารกับอุปกรณ์อื่น ๆ ที่เชื่อมต่อผ่าน Slot ต่าง ๆ บน Mainboard จำพวก Graphics Cards, Network Cards, Sound Card, Hard Disk หรือ SSD เป็นต้น ถ้าเป็น Slot สำหรับอุปกรณ์ที่มีการเชื่อมต่อความเร็วสูงก็จะสื่อสารผ่านชิปเซ็ต North Bridge เช่นเดียวกับ CPU และ RAM แต่ถ้าเป็นอุปกรณ์ที่ไม่ต้องใช้ความเร็วมาก จะเชื่อมต่อผ่านชิปเซ็ต South Bridge 

โดยเทคโนโลยีที่จัดเป็นระบบ Expansion Bus ก็จะมีหลายประเภทขึ้นอยู่กับช่อง Slot ใส่ฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมของ Mainboard เช่น

• Industry Standard Architecture (ISA) - ระบบบัสเก่าส่วนมากใช้เพิ่ม modem และ sound card
• Extended Industry Standard Architecture (EISA) - เช่นเดียวกับ ISA แต่มีความเร็วสูงกว่า
• Accelerated Graphics Port (AGP) - ระบบบัสเก่านิยมใช้เพิ่ม Graphics Cards
• Peripheral Component Interconnect (PCI) - หรือตระกูล PCI ระบบเก่านิยมใช้เพิ่ม Modem, Network card, Sound card และ Graphics Cards (เชื่อมต่อผ่าน South Bridge)
• PCI Express (PCI-E) - ระบบบัสใหม่ของตระกูล PCI ที่มาแทนล่าสุด การใช้งานเหมือนกัน แต่รองรับอุปกรณ์ที่มีความเร็วสูงรวมถึงพอร์ต Thunderbolt (เชื่อมต่อผ่าน North Bridge)
• Serial Advanced Technology Attachment (SATA) - นิยมใช้สำหรับ Hard Drive

External Bus (บัสสำหรับอุปกรณ์ภายนอก)

สำหรับ External Bus หรือ เรียกอีกอย่างว่า บัสอินพุต/เอาต์พุต (Input And Output Bus) เพราะใช้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่อพ่วงจำพวก เมาส์, จอมอนิเตอร์, เครื่องปริ้น ลำโพงเสริม และ คีย์บอร์ด เป็นต้น โดยจะเชื่อมผ่านชิปเซ็ต Southbridge ใน Mainboard โดยเทคโนโลยีที่อยู่ในกลุ่มนี้ เช่น 

• USB Port
• Eternal Serial Advanced Technology Attachment หรือพอร์ต eSATA สำหรับใช้ต่อ External Hard Drive

จำแนกตามประเภทของการสื่อสาร (Classified by type of Communication)

การจำแนกตามประเภทวงจรการสื่อสาร เทียบได้กับวงจรไฟฟ้าทั่วไป ระบบบัสในคอมพิวเตอร์จึงแบ่งได้เป็น ระบบบัสแบบขนาน (Parallel Bus) และระบบบัสแบบอนุกรม (Serial Bus)

Parallel Bus (ระบบบัสแบบขนาน)

ระบบบัสแบบขนาน (Parallel Bus) เป็นระบบสื่อสารที่สามารถโอนข้อมูลได้หลาย bit ในเวลาเดียวกัน ซึ่งหมายความว่ามันมีความเร็วมากกว่า แต่ก็ขึ้นอยู่กับจำนวนช่องทางในการส่งข้อมูลของคอมพิวเตอร์ เช่น ในระบบ 64 บิตก็ต้องมีช่องทาง (สายไฟ รางวงจรบนเมนบอร์ด หรือ สายไฟเบอร์) ถึง 64 ช่องทางให้คอมพิวเตอร์ใช้ส่งข้อมูล

Serial Bus (ระบบบัสแบบอนุกรม)

ระบบบัสแบบอนุกรม (Serial Bus) เป็นระบบสื่อสารที่โอนข้อมูลได้ 1 Bit ต่อรอบและใช้ช่องทางส่งข้อมูลเดียว

อธิบายแบบนี้คุณก็คงจะเห็นภาพว่าระบบสื่อสารในคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่ใช้ บัสแบบขนาน วัดได้จากจำนวน รางวงจรบนเมนบอร์ด หรือสายไฟในเคสคอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตามคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้รูปแบบวงจรคู่ คือทั้ง แบบขนาน และ อนุกรม ผสมกันยกตัวอย่างที่เห็นภาพแบบ อนุกรม ก็คือพอร์ต USB พอร์ต RJ-45 และพอร์ต FireWire เป็นต้น

ภาพจาก : https://electricalfundablog.com/serial-communication-protocols-standards/

จะเห็นว่าระบบบัสนั้นมีส่วนสำคัญต่อความเร็วของคอมพิวเตอร์ เพราะเป็นเรื่องของการจัดการจราจรในระบบที่คอมพิวเตอร์ใช้ส่งข้อมูลหากัน ซึ่งระบบส่วนมากที่กล่าวมา ในปัจจุบันก็ไม่ได้มีการใช้งานแล้ว