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• Pedro Eduardo Cortez Mayorga

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Concepto y Función Es el elemento responsable de establecer una correcta interacción entre los diferentes componentes del ordenador, es por lo tanto, el dispositivo principal de comunicación. En un sentido físico, su descripción es: conjunto de líneas de hardware (metálicas o físicas), utilizadas para la transmisión de datos entre los componentes de un sistema informático. En cambio, en sentido figurado es: una ruta compartida, que conecta diferentes partes del sistema. Componentes y estructura Un bus está compuesto por conductos (vías), éstas hacen posible la interconexión de los diferentes componentes entre sí, y principalmente con la CPU y la memoria. En estos conductos se destacan dos subcategorías, el bus de datos y el bus de direcciones; entre estos existe una fuerte relación, puesto que para cada instrucción/archivo enviado por uno de los dos buses, por el otro va información sobre esta instrucción/archivo. En lo referente a la estructura de interconexión mediante los buses, existen de dos tipo: · Bus único : considera a la memoria y a los periféricos como posiciones de memoria, y hace un símil de las operaciones E/S con las de escritura/lectura en memoria. Todas estas equivalencias consideradas por este bus, hacen que no permita controladores DMA (Direct Acces Memory ; de acceso directo a memoria). · Bus dedicado : este en cambio, al considerar la memoria y periféricos como dos componentes diferentes, permite controladores DMA (dedicando un bus especial para él). Éste bus especial del bus dedicado, contiene cuatro subcategorías más: · Bus de datos : transmite información entre la CPU y los periféricos. · Bus de direcciones : identifica el dispositivo a quién va destinada la información que se transmite por el bus de datos. · Bus de control o de sistema : organiza y redirige la información hacia el bus pertinente para la información que se tiene que transmitir. Es el bus encargado de hacer el direccionamiento, quién realiza toda la función de direccionar es el controlador, diferente para cada tipo de dispositivo. La capacidad operativa del bus depende de: la inteligencia del sistema, la velocidad de éste, y la "anchura" del bus (número de conductos de datos que operan en paralelo)

Aquí tenemos una tabla de los diferentes procesadores que ha habido hasta ahora y su capacidad de bus:

Tipos

Procesadores

Bus de direcciones (bits)

Bus de datos (bits)

808680186

20

16

808880188

20

8

80286

24

16

80386 SX

32

16

80386 DX 80486 SX 80486 DX

32

32

PENTIUM PENTIUM II/III/IV AMD K5/K6/K7 AMD ATHLON/THUNDERBIRD AMD ATHLON XP/MP

32

64

INTEL ITANIUM AMD ATHLON64

32/64

64/128

de

buses

El Bus XT y el Bus ISA (AT) El primero al salir al mercado comercial junto con el primer PC de IBM, fue el bus XT al 1980, funcionaba a la misma velocidad que los microprocesadores de la época, los 8086 y 8088, a 4.77 MHz; y su amplitud de banda era de 8 bits. De aquí que con el 8088 se compenetraran perfectamente, pero con el 8086 (ancho de banda de 16 bits) ya no había tanta compenetración y surgió el concepto y el hecho de los "cuellos de botella". El significado del acrónimo que nos indica su nombre es: Industrial Standard Arquitecture, que traducido sería, Arquitectura Industrial Estandarizada. Con la introducción del AT, apareció el nuevo bus de datos de 16 bits (ISA), y compatible con su antecesor. También se amplió el bus de direcciones hasta 24 bits, la velocidad de señales de frecuencia también se aumentó: de 4.77 MHz a 8.33 MHz. De nuevo nos encontramos con un atasco de información entre la memoria y la CPU. A las tarjetas de expansión incluso, se le asignaron una señal en estado de espera (wait state), el cual daba más tiempo a las tarjetas lentas para enviar toda la información a la memoria. MCA (Bus Micro Channel) En sí no es ningún tipo de bus, más bien es un sistema de canalización, en el que los datos no son enviadas hacia al receptor con una simple instrucción de direccionamiento si no que es éste, el receptor, quién tiene que recogerlos. Para que esta tarea se lleve a cabo, se ha de informar al receptor previamente con la dirección dónde están los datos a recibir, y se le deja un camino (bus) libre para él, para que transporte los datos libremente.

Surgió cuándo IBM trabajaba para crear una nueva tecnología de bus, la sacó con sus ordenadores que incorporaban el PS/2, el MCA (Micro Channel Arquitecture) permitía un ratio (transferencia de datos) máximo de 20 Mb/s, por la nueva dirección de 32 bits, y el aumento de velocidad a 10 MHz. IBM incluyó un circuito de control especial a cargo del bus, que le permitía operar independientemente de la velocidad del bus y del tipo de microprocesador. Dentro este tipo de bus, la CPU no es nada más que otro dispositivo dónde pueden ir y venir los datos. La circuitería de control, denominada CAP (punto de decisión central), se enlaza con un proceso denominado controlo de bus para determinar y responder a las prioridades de cada uno de los dispositivos dominantes del bus. Para permitir la conexión de más dispositivos, el MCA especifica interrupciones sensibles al nivel, que resultan más fiables que el sistema de interrupciones del bus ISA. de esta forma es posible compartir interrupciones. Esta estructura era completamente incompatible con las tarjetas de expansión del tipo ISA, concretamente la diferencia que tenían una respeto del otro se debía al tamaño de los conectores, más pequeños a las del tipo MCA que las del tipo ISA. EISA (Extended ISA) Este bus es, tal y como nos indica su nombre (Enhanced Industrial Standard Arquitecture), una extensión del primitivo bus ISA o AT. Tal y como hacía el MCA, su bus de direcciones era de 32 bits basándose en la idea de controlar un bus desde el microprocesador. Mantuvo la compatibilidad con las tarjetas de expansión de su antecesor ISA, motivo por el cual tuvo que adoptar la velocidad de éste (8.33 MHz). Una de las ventajas que presentaba fue la de que era un sistema abierto, cantidad de compañías contribuyeron a su desarrollo: AST, Compaq, Epson, Hewlett Packard,, Olivetti, Tandy, Wyse, y Zenith. Fue el primer bus a poder operar con sistemas de multiproceso (integrar al sistema varios buses dentro del sistema, cada uno con su procesador). Al igual que al MCA, incorporó un chip, el ISP Sistema Periférico Integrado, encargado de controlar el tráfico de datos señalando prioridades para cada posible punto de colisión o de bloqueo mediante reglas de control de la especificación EISA. Ni MCA ni EISA sustituyeron a su predecesor ISA, a pesar de sus ventajas, estos representaban encarecer el coste del PC (a menudo más del 50%), y no ofrecían ninguna mejora evidente en el rendimiento del sistema, y si se notaba alguna mejora, tampoco era demasiado necesaria puesto que ningun dispositivo daba el máximo de sí, ni en el bus ISA. Local Bus Vistos los resultados de los intentos fallidos para renovar y sustituir al bus ISA, surgió este nuevo tipo de bus con un concepto de bus diferente a todos los otros existentes, su mayor consolidación y aprovechamiento lo tuvo en el área de las tarjetas gráficas, que eran las que más desfavorecidas quedaron con los anteriores buses y velocidades. Vesa Local Bus VL no se arriesgó a padecer otro intento fallido como los de EISA o MCA, y no quiso sustituir al ISA, sino que lo complementó. Por lo tanto tenemos que para poseer un PC con VL, éste también

tiene que tener el bus ISA, y sus respectivas tarjetas de expansión, del VL en cambio, tendremos una o dos ranuras de expansión, y son sólo estas las que son conectadas con la CPU mediante un bus VL; de esta forma tenemos a cada sistema de bus trabajando por su cuenta y sin estorbarse el uno al otro. El VL es una expansión homogeneizada del bus local, que funcionaba a 32 bits pero podía realizar operaciones de 16 bits. El comité VESA presentó la primera versión del VL-BUS en agosto del 1992, y dado su completa integración y compenetración con el procesador 80486 se extendió rápidamente por el mercado. Al presentar Intel su nuevo procesador Pentium de 64 bits, VESA empezó a trabajar en la nueva versión de su bus, el VL-BUS 2.0. Esta nueva especificación comprende los 64 bits posibles direccionables del procesador, y compatibilidad con la anterior versión de 32 bits, su velocidad y la cantidad de ranuras de expansión se aumentó y se estableció en tres ranuras funcionando a 40 MHz, y dos a 50 MHz. PCI (Peripheral Components Interconnect) Este modelo que hoy en día rige en los ordenadores convencionales, y es el más extendido de todos, lo inventó Intel y significa: interconexión de los componentes periféricos. Con la llegada de este nueve bus automatizado en todos sus procesos el usuario ya no se tendrá que preocupar más de controlar las direcciones de las tarjetas o de otorgar interrupciones. Integra control propio de todo el relacionado con él: DMA, interrupciones, direccionamiento de datos. Es independiente de la CPU, puesto que entre estos dos dispositivos siempre habrá un controlador del bus PCI, y da la posibilidad de poder instalarlo a sistemas no basados en procesadores Intel. Las tarjetas de expansión se pueden acoplar a cualquier sistema, y pueden ser intercambiadas como se quiera, tan solo los controladores de los dispositivos tienen que ser ajustados al sistema anfitrión (host), es decir a la correspondiente CPU. Su velocidad no depende de la de la CPU sino que está separada de ella por el controlador del bus. Solución al problema del VL-BUS, dónde las tarjetas debían aceptar la máxima frecuencia de la CPU o sinó no podían funcionar. El conector empleado es estilo Micro Channel de 124 pines (128 en caso de trabajar con 64 bits), aunque sólo se utilizan 47 de las conexiones (49 en el caso de tratarse de un conector busmaster), la diferencia se adeuda a las conexiones de toma de tierra y de alimentación. PCI es la eliminación de un paso al microprocesador; en vez de disponer de su propio reloj, el bus se adapta al empleado por el microprocesador y su circuitería, por lo tanto los componentes del PCI están sincronizados con el procesador. El actual PCI opera con una frecuencia de 20 a 33.3 MHz. Las tarjetas ISA no pueden ser instaladas en una ranura PCI convencional, aunque existen equipos con un puente denominado . Consta de un chip que se conecta entre los diferentes slots ISA y el controlador del bus PCI, su tarea es la de transportar las señales provenientes del bus PCI capo al bus ISA. Su gran salida y aceptación fue en gran parte por su velocidad, así el hardware se podía adaptar a la contínua evolución y el incremento de velocidad de los procesadores.

SCSI (Small Computer System Interface) Se origina a principios de los años ochenta cuando el fabricante de discos desarrolló su propio sistema de E/S nominada SASI (Shugart Asociates System Interface) que dado su éxito y su gran aceptación comercial fue aprobado por ANSI al 1986. SCSI no se conecta directamente a la CPU sino que utiliza de puente uno de los buses anteriormente mencionados. Se podría definir como un subsistema de E/S inteligente, cumplido y bidireccional. Un solo adaptador host SCSI puede controlar hasta 7 dispositivos SCSI conectados con él. Una de las ventajas del SCSI en frente a otros es que los dispositivos se direccionan lógicamente en vez de físicamente, este sistema es útil por dos razones: 1. Elimina cualquier limitación que el conjunto PC-Bios pueda imponer a las unidades de disco. 2. El direccionamiento lógico elimina la sobrecarga que podría tener el host al maniobrar los aspectos físicos del dispositivo, el controlador SCSI lo controla. Aunque varios dispositivos (hasta 7), pueden compartir un mismo adaptador SCSI, tan sólo 2 de éstos pueden comunicarse sobre el mismo bus a la vez. Puede configurarse de tres maneras diferentes que le dan gran versatilidad: 1. Único iniciador/Único objetivo: Es el más común, el iniciador es un adaptador en una ranura de un PC, y el objetivo es el controlador del disco duro. Es una configuración fácil de implementar pero no aprovecha al máximo las posibilidades del bus, excepto cuando se controlan varios discos duros. 2. Único iniciador/Múltiple objetivo: Menos común y raramente implementado, es bastante parecido al anterior excepto que se controlan diferentes tipos de dispositivos de E/S. (CD-Rom y un disco duro) 3. Múltiple iniciador/Múltiple objetivo: Mucho menos utilizado que los anteriores, se aprovechan a fondo las capacidades del bus. AGP (Accelerated Graphics Port) Fue creada por Intel para dar pie a la creación de un nueve tipo de PC, al cual prestaron especial atención a los gráficos y la conectividad. Basado en la especificación PCI 2.1 a 66 MHz, incluyó tres características para el aumento de su rendimiento: operaciones de lectura/escritura en memoria con pipeline, demultiplexado de datos y direcciones al propio bus, e incremento de la velocidad hasta los 100 MHz ( el que supone un ratio de más de 800 Mbytes/s, más de cuatro veces que el PCI). En su caso, como es un bus especialmente dedicado a los gráficos, no tiene que compartir con otros dispositivos el ancho de banda; otra característica de esta estructura es la de que posibilita la compartición de la memoria principal por parte de la tarjeta gráfica mediante un modelo denominado por Intel como DIME ( DIrect Memory Execute | ejecución directa a memoria), la cual hace posible la obtención de mejores texturas en juegos y aplicaciones 3D, al almacenar estas en la RAM del sistema y transferirlas cuando las pidan otros dispositivos.

Tipos de Buses

Bus Es el conjunto de conductores eléctricos en forma de cable o pistas metálicas impresas sobre la tarjeta madre del computador, por donde circulan las señales que corresponden a los datos binarios con que opera el Microprocesador. Tipos de BUS PCI: Se utiliza para conectar dispositivos periféricos directamente a la placa base normalmente tarjetas de expansión.

Ancho de bus de 32 bits o 64 bits. Tasa de transferencia de 133 MB’s / 266 MB’s PCI-E: Es una mejora del PCI en la que se consigue aumentar el ancho de banda llegando a ser 32 más rápido hasta 8 GB.

AGP: Se utiliza exclusivamente para conectar tarjetas gráficas.

Ancho de bus de 32 bits Tasa de transferencia de 264 MB’s / 2 GB’s IDE / ATA (P-ATA): Controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y además añade dispositivos

como las unidades CD-ROM

Ancho de bus de 32 bits Tasa de transferencia de 4MB’s / 133MB’s S-ATA: Controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros, sustituirá al P-ATA

Ancho de bus 1 bit Tasa de transferencia de 1,5 GBit’s / 6 GBit’s SCSI: Es un interfaz estándar para la transferencia de datos entre distintos dispositivos del bus de la computadora. Se utiliza habitualmente en los discos duros y los dispositivos de almacenamiento sobre cintas.

Ancho de bus 8 bits Tasa de transferencia de 5 MB’s / 100 MB’s USB: Se ha convertido en el método estándar de conexión puede conectar periféricos como mouse, teclados, escáneres, cámaras digitales, teléfonos celulares, reproductores multimedia, impresoras,

discos duros externos, tarjetas de sonido…

Ancho de bus 1bit Tasa de transferencia de 1,5 MBit’s / 600 MBit’s ISA: Conexión interna para dispositivos como tarjetas de red, tarjetas SCSI, tarjetas de vídeo, tarjetas de sonido, etc.

Ancho de bus 16 bit Tasa de transferencia de 8,3 MB’s IEEE-1394: Es un tipo de interfaz que suele utilizarse en cámaras de vídeo, discos duros, impresoras, reproductores de vídeo digital, sistemas domésticos para el ocio, sintetizadores de música y escáneres.

Ancho de bus 1 bit Tasa de transferencia de 400 MBit’s / 800 MBit’s El bus (también llamado bus interno o en inglés (Front Side Bus (FSB)): conecta el microprocesador al chipset. El bus de memoria conecta el chipset a la memoria temporal. El bus de expansión (también llamado bus I/O): une el microprocesador a los

conectores entrada/salida y a las ranuras de expansión. Los conectores de entrada/salida que cumplen normalmente con la norma PC 99: estos conectores incluyen: Los puertos serie, por ejemplo para conectar dispositivos antiguos. Los puertos paralelos, por ejemplo para la conexión de antiguas impresoras. Los puertos USB (en inglés Universal Serial Bus), por ejemplo para conectar periféricos recientes. Los conectores RJ45, para conectarse a una red informática. Los conectores VGA, para la conexión del monitor de la computadora. Los conectores IDE o Serial ATA I o II, para conectar dispositivos de almacenamiento, tales como discos duros y discos ópticos. Los conectores de audio, para conectar dispositivos de audio, tales como altavoces o micrófono. Los conectores (slots) de expansión: se trata de receptáculos que pueden acoger tarjetas de expansión (estas tarjetas se utilizan para agregar características o aumentar el rendimiento de un ordenador; por ejemplo, un tarjeta gráfica se puede añadir a un ordenador para mejorar el rendimiento 3D en el monitor). Estos puertos pueden ser puertos ISA (interfaz antigua), PCI (en inglés Peripheral Component Interconnect) y, los más recientes, PCI Express.