jueves, 12 de noviembre de 2015

BUS EN LA PC - ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR


Introducción 
Al hablar sobre ordenadores hemos de remitirnos a su propia terminología y una de las palabras comúnmente aceptadas dentro del mundillo electrónico / informático es el de “BUS”, donde nos referimos a lo que podríamos denominar el “camino” interno por donde circulan los datos dentro de un PC. Esto incluye a la comunicación que se da entre el procesador, la memoria, las tarjetas del sistema, los dispositivos de almacenamiento (discos, DC’s, etc..), y los puertos de conexión al exterior del ordenador.





    Que es un Bus (Informática)

Bus es un puerto estándar de comunicación, un acuerdo acerca de cómo construir tarjetas que puedan trabajar en una computadora estándar. También se llama Bus al conjunto de líneas conductoras de hardware utilizadas para la transmisión de datos entre los componentes de un sistema informático. En esencia, una ruta compartida que conecta diferentes partes del sistema, como el  microprocesador, la controladora de unidad de disco, la memoria y los puertos de entrada/salida (E/S), para permitir la transmisión de información.

En el diseño de la computadora se utiliza el concepto de “Bus” que consiste en la transferencia entre dos dispositivos, mientras tanto los dispositivos restantes que están conectados al bus se deben comportar como si no existieran. La ventaja de utilizar a un grupo de líneas con la filosofía del “Bus” es por su capacidad de conectar varios dispositivos digitales para recibir ó enviar información.
Se denomina bus, en informática, al conjunto de conexiones físicas (cables, líneas de cobre, placa de circuito impreso, etc.) que pueden compartirse con múltiples componentes de hardware para que se comuniquen entre sí.
La propia palabra “Bus” ya está anunciando el “transporte” de algo, y en este caso, se refiere a datos para procesarse por un equipo informático. El Bus de Datos soporta tanto la información como las instrucciones declaradas sobre la misma, de tal forma de gestionar operaciones.

El bus, por lo general supervisado por el microprocesador, se especializa en el transporte de diferentes tipos de información. Por ejemplo, un grupo de líneas (en realidad trazos conductores sobre una placa de circuito impreso) transporta los datos, otro las direcciones (ubicaciones) en las que puede encontrarse información específica, y otro las señales de control para asegurar que las diferentes partes del sistema utilizan su ruta compartida sin conflictos.
El Bus es la ruta electrónica por la cual se envían las señales desde una parte de la computadora a otra. Una computadora personal contiene varios buses (entre dispositivos), cada uno de los cuales se usa para un propósito diferente:

   El BUS de dirección asigna las direcciones de memoria.
   El Bus de datos (data Bus) transporta los datos entre el procesador y la memoria.
   El Bus de control (control Bus) transporta las señales desde la unidad de control.




Características de un Bus

   Un bus se caracteriza por la cantidad de información que se transmite en forma simultánea. Este volumen se expresa en bits y corresponde al número de líneas físicas mediante las cuales se envía la información en forma simultánea. Un cable plano de 32 hilos permite la transmisión de 32 bits en paralelo. El término "ancho" se utiliza para designar el número de bits que un bus puede transmitir simultáneamente.

   Un equipo con un bus de 8 bits de datos, por ejemplo, transmite 8 bits de datos cada vez, mientras que uno con un BUS de 16 bits de datos transmite 16 bits de datos simultáneamente. Como el BUS es parte integral de la transmisión interna de datos y como los usuarios suelen tener que añadir componentes adicionales al sistema, la mayoría de los buses de los equipos informáticos pueden ampliarse mediante uno o más zócalos de expansión (conectores para placas de circuito añadidas). Al agregarse estas placas permiten la conexión eléctrica con el BUS y se convierten en parte efectiva del sistema.

   Por otra parte, la velocidad del bus se define a través de su frecuencia (que se expresa en Hercios o Hertz), es decir el número de paquetes de datos que pueden ser enviados o recibidos por segundo. Cada vez que se envían o reciben estos datos podemos hablar de ciclo. De esta manera, es posible hallar la velocidad de transferencia máxima del bus (la cantidad de datos que puede transportar por unidad de tiempo) al multiplicar su ancho por la frecuencia.








En las computadoras personales, algunos buses están disponibles, tales como:
   ISA
   EISA
   bus de VL
   PCI
   PC

Interconexión de componentes periféricos. Especificación introducida por Intel que define un BUS local [local BUS] el cual permite que hasta diez tarjetas de expansión --que cumplan con la especificación para la Interconexión de componentes periféricos o PCI-- estén conectadas a la computadora. Una de estas diez tarjetas tiene que ser la tarjeta controladora PCI, pero las demás puede que sea una tarjeta de vídeo, una tarjeta de interfaz de red, una interfaz SCSI cualesquiera otra función básica de entrada/salida.

La diferencia entre un BUS a 66MHZ y uno a 60 MHZ quizá parezca poca, pero la velocidad delta se esfuma. El BUS PCI se divide usando el reloj de la tarjeta madre. En apariencia, una PC a 120 MHZ debería correr solo un poco mas lento que una a 133MHZ, pero en realidad la combinación de una CPU, un subsistema de memoria y un BUS PCI más lentos hacen a una Pentium 120 solo un poco más veloz que un Pentium 100.

Esquema de Buses



Tipos de Buses


AGP

Este nuevo BUS es capaz de paliar el cuello de botella que existe entre el microprocesador y la tarjeta gráfica. Se tiene en cuenta que el actual BUS PCI va a 33 MHz. (132 Mb/s máximo), una velocidad bastante inferior a la del microprocesador. AGP incorpora un nuevo sistema de transferencia de datos a más velocidad, gracias al uso de la memoria principal del PC. Las placas base que lo soportan (sólo contienen 1 slot de este tipo) son las de Pentium II con chipset de Intel 440LX AGPset y 440BX. Ya están apareciendo las placas base Super 7, con el fin de hacer el estándar compatible con procesadores que van conectados con el zócalo Socket 7, tales como los Pentium, Pentium MMX y los procesadores de AMD y Cyrix.
Para que el sistema funcione, se necesita una tarjeta gráfica compatible con el slot AGP, por lo que una tarjeta PCI no nos valdrá. En este caso varía la velocidad. Existen tarjetas 1x, velocidad estándar, es decir, 66 MHz (264 Mb/s máximo). Las nuevas AGP llegan con 2x a 133 MHz (dobla al anterior, y alcanza de máxima 528 Mb/s); y un último tipo de 4x a 400 MHz (ya que la velocidad interna se aumenta a 100 MHz). Aunque el chipset BX de Intel en teoría lo soporta, no saldrán tarjetas de este tipo hasta principios de 1999.

Beneficios del AGP

   El ancho de banda pico es cuatro veces mayor que el del BUS PCI gracias a todas las técnicas usadas.

   Los mapas de textura se ejecutan directamente desde la memoria del sistema. El AGP permite que el controlador gráfico haga accesos de alta velocidad a esta memoria, en lugar de obligarlo a precargar los datos de la textura en su memoria local.

   Se reduce la congestión del BUS PCI, que queda disponible para el uso de nuevos dispositivos de alta velocidad. Además, los accesos de la CPU a la memoria del sistema pueden seguir realizándose a la vez que el controlador gráfico accede a la memoria AGP.
   Se mejora el rendimiento total del sistema debido a que el procesador puede realizar otras actividades mientras el chip gráfico accede a los datos de textura en la memoria del sistema.

PCI

La tecnología PCI fue desarrollada por Intel para su microprocesador Pentium, pero se extendió hasta las placas para 486 (sobre todo las de la última generación que soportaban 486DX4). El funcionamiento es similar al del BUS VESA. La diferencia es que todos los slots de expansión se conectan al microprocesador indirectamente a través de una circuitería que controla las transferencias. Este diseño permite conectar (teóricamente) hasta 10 placas de expansión en PCI
Sin duda la mayor virtud del PCI es que acomodó su estructura a lo más avanzado en el campo del diseño hoy en día, combinando la velocidad del VLB con el arbitraje avanzado del EISA. Su capacidad de manejo del BUS permite que una tarjeta PCI pueda tomar el control sobre el BUS del procesador descargando a este de trabajo y accediendo directamente a la memoria del sistema o a sus periféricos; permitiendo así el uso de multiprocesamiento y de periféricos de alto nivel de prestaciones.


Además una de sus mayores ventajas es que está concebido para ser independiente del procesador por lo que lo puede operar con CPU tan diversas como las Alpha de DEC y el PowerPC (IBM-Motorola); a propósito IBM no ha querido arriesgar con el MCA y ha adoptado la arquitectura del BUS PCI para sus ordenadores con el PowerPC.

PC

No es más que una extensión de las señales del micro 8088 bufereadas que le permiten tener la suficiente potencia para conectar circuitos externos; demultiplexadas de forma tal que las señales del micro que comparten iguales pines pueden tener su propia conexión en el BUS y establecidas en un conector estándar de la industria que permite una vía fácil de conectar otros componentes.
El diseño puso al micro en contacto y en control directo con toda la ranura de expansión. Debido a esta conexión local la frecuencia operativa del BUS PC se correspondía exactamente con la del micro. Esto significa igual velocidad e igual ruta de datos(4.77MHz de velocidad y 1 byte de ruta de datos). Ahora, la máxima velocidad en que la información puede ser transferida es de 2.38 Mb/seg.
En este BUS, IBM utilizó las 10 señales de direcciones menos significativas para direccionar puertos por lo que solo se puede acceder a 1024 de los 65536 puertos de I/O.

ISA

Abreviatura de (Arquitectura estándar de la industria). Diseño del BUS de 16 bits utilizado por primera vez en las computadoras PC/AT de IBM. La Arquitectura estándar extendida de la industria (EISA), es una extensión de 32 bits que fue hecha a este estándar de BUS en 1984. La arquitectura estándar de la industria o ISA tiene una velocidad de BUS de 8 MHz, y un caudal de procesamiento (de datos) máximo de 8 megabytes por segundo.

EISA

(Arquitectura estándar extendida de la industria). BUS estándar de una computadora personal que extiende el BUS AT tradicional a 32 bits y le permite a más de un procesador compartir el BUS. La Arquitectura estándar extendida de la industria (EISA), fue desarrollada por la llamada Pandilla de Nueve en respuesta a la introducción, por IBM. La Arquitectura estándar extendida de la industria (EISA), mantiene la compatibilidad con la Arquitectura estándar de la industria (ISA).VL BUS
También conocido como BUS VL local. Abreviatura de VESA local BUS, arquitectura de BUS introducida por la Asociación de Normas para Videoelectrónica (VESA), en la cual se incluyen hasta tres ranuras para adaptadores en la tarjeta o circuito impreso madre. El BUS VL permite el dominio del BUS.

El BUS VL es un BUS de 32 bits que funciona a 33 ó 40 MHz. El máximo caudal de procesamiento, es de 133 megabytes por segundo a 33 MHz, o de 148 megabytes por segundo a 40 MHz. Los adaptadores de BUS de VL más comunes son los adaptadores de vídeo, los controladores de disco duro y las tarjetas de interfaz de red. VESA BUS local.
Un grupo de fabricantes anunció formalmente el 28 de agosto de 1992 un Estándar para BUS local llamado VESA en honor al nombre del grupo- Video Electrónics Estándar Association (Asociación de estándar de vídeo electrónico).

Bus USB

El Universal Serial Bus (Bus Serie Universal), más conocido por sus siglas USB, está diseñado para la conexión de dispositivos externos que no necesitan un ancho de banda demasiado elevado.
La arquitectura del USB se ha definido ateniéndose a los siguientes criterios:
   Facilidad de uso para añadir dispositivos periféricos al PC
   Solución de bajo costo que soporta valores de transferencia hasta 12Mbps
   Soporte válido para datos en tiempo real para voz, audio y compresión de vídeo
   Flexibilidad del protocolo en el modo mixto de transferencia isócrona

(garantiza el ancho de banda asignado a un periférico, lo que representa una característica clave para las aplicaciones de audio, telefonía y videoconferencia) y mensajería asíncrona *Ofrece una interfaz estándar de rápida difusión entre productos para PC *Permite conectar al PC nuevos periféricos .


Fue originalmente concebido por un grupo de siete grandes compañías de computación incluyendo a Intel, Microsoft, NEC e IBM. Es capaz de conectar a un solo puerto hasta 127 periféricos externos, de naturaleza tan diversa como los monitores, teclados, scanners, CD-ROM, módems y cámaras digitales. Combina las mejores características de la interfaz SCSI con el estándar Plug and Play. Su velocidad de transferencia de datos alcanza desde 1.5 Megabits por segundo hasta 12 Mbps, mucho mayor que la de las actuales interfaces series (115.2 Kbps).


Todos los periféricos conectados por medio de una interfaz USB son manejados por un controlador USB incorporado en la propia tarjeta madre o en una tarjeta PCI. Este toma en sus manos el control de los dispositivos, reduciendo la carga del procesador y aumentando el rendimiento del sistema. El controlador se enlaza a un conector, que proporciona la salida externa necesaria para incorporar los periféricos deseados.






Bus de la PC/XT (ISA de 8 bits)


Este Bus fue introducido con la primera IBM PC en 1981 y estuvo basado en el MultiBus, un Bus popular en los sistemas a microprocesadores de 8 bits. El mismo fue utilizado en la PC original, la XT y la mayoría de los modelos de PC compatibles basados en los procesadores 8088 y 8086 de Intel o compatibles.

Es bueno señalar que aunque Intel había fabricado el µP 8086(1978) con Bus de datos de 16 bits, desarrolló el 8088(1979) el cual era una versión del primero con Bus de datos de 8 bits que se adaptaba mejor a la gran cantidad de periféricos de 8 bits que existían en esa época.

Bus ISA de 16 bits (PC AT)

En 1984 sale al mercado el IBM PC AT, cuya CPU era el 80286 de Intel. Este µP era compatible en instrucciones al 8086/8088 de la PC/XT pero además incluía el modo protegido de trabajo, lo que permitía una mejor administración de la memoria , y a su vez sistemas operativos más sólidos . El 80286 consta de 16 líneas de datos y 24 de direcciones lo que le permitía direccionar 16MB de memoria física y 1GB de memoria virtual.

De esta forma se hizo necesaria una ampliación del Bus, la cual se diseño de manera que se mantuviera compatibilidad con el Bus de la PC (8 bits) para poderse utilizar todo el hardware de expansión construido anteriormente. Se añadió un segundo conector debajo del anterior con 2 filas de 18 pines cada una, para un total de 36 señales adicionales numeradas de C1-C18 y D1-D18 de forma análoga a los números del Bus de la PC.

BUS Periférico

Seleccionar el correcto Bus periférico es un elemento clave en el diseño de la PC perfecta. Este canal de comunicación entre una computadora y sus componentes juega un papel muy importante en el buen desempeño de la computadora.

El Bus sencillo para dispositivos de almacenamiento es ATA/EIDE (dispositivos electrónicos mejorados e integrados de unidad). Pueden correr hasta cuatro dispositivos a una velocidad respetable y, desde finales de 1980, la mayoría de los usuarios lo utilizan en las necesidades diarias de una computadora. EIDE le permite añadir dos discos duros, unidades CD-ROM y unidades para respaldo en cinta con muy poco trabajo. Casi todas las tarjetas madres vienen con dos interfaces IDE integradas, por lo que el costo es casi inexistente.

Buses isocrónicos

Desde aproximadamente principio de 1997 han ido apareciendo especificaciones de nuevos Buses, que poco a poco se han ido añadiendo a la configuración base de cualquier ordenador compatible PC. Básicamente se trata de Buses que intentan mejorar tanto el rendimiento del ordenador y de los periféricos que a él se conectan como facilitar al usuario la conexión y configuración de dispositivos, ya que todos los nuevos Buses se basan en la filosofía del estándar Plug and Play.