COMUNICACIÓN INTERNA DE UNA COMPUTADORA
Se denomina bus, en informática, al conjunto de conexiones físicas (cables, placa de circuito impreso, etc.) que pueden compartirse con múltiples componentes de hardware para que se comuniquen entre sí. El propósito de los buses es reducir el número de rutas necesarias para la comunicación entre los distintos componentes, al realizar las comunicaciones a través de un solo canal de datos. Ésta es la razón por la que, a veces, se utiliza la metáfora "autopista de datos". En el caso en que sólo dos componentes de hardware se comuniquen a través de la línea, podemos hablar de puerto hardware( puerto serial o puerto paralelo). 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. En su forma más simple, el ancho de banda es la capacidad de transferencia de datos, en otras palabras, la cantidad de datos que se pueden mover de un punto a otro en cierta cantidad de tiempo. El tener una comunicación de datos de punto a punto implica dos cosas:
Un conjunto de conductores eléctricos utilizados para hacer posible la comunicación a bajo nivel .Un protocolo para facilitar la comunicación de datos confiable y eficiente
ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS 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
de transferencia o tasa de transferencia:
El término tasa de bits (en inglés bit rate) define el número de bits que se transmiten por unidad de tiempo a través de un sistema de transmisión digital o entre dos dispositivos digitales. Así pues, es la velocidad de transferencia de datos.
La tasa de transferencia se refiere al ancho de banda real medido en un momento concreto del día empleando rutas concretas de internet mientras se transmite un conjunto específico de datos, desafortunadamente, por muchas razones la tasa es con frecuencia menor al ancho de banda máximo del medio que se está empleando. Los siguientes son algunos de los factores que determinan la tasa de transferencia:
Dispositivos de Internet-Working.
Tipos de datos que se van a transferir.
Topología de la red.
Número de usuarios en la red.
La computadora del usuario.
El servidor.
Condiciones de la energía.
Congestión.
Otras características distintivas:
Características eléctricas estandarizadas (tales como el número de conductores, niveles de voltage, velocidades de señales, etc.)
Características mecánicas estandarizadas (tales como el tipo de conector, tamaño de la tarjeta, formato físico, etc.)
Protocolo estándar
La palabra "estandarizado" es importante porque los buses son la principal forma en la que diferentes componentes de software se juntan. En muchos casos, los buses permiten la interconexión del hardware hecho por diferentes fabricantes; sin estandarización, esto no sería posible. Sin embargo, aún en situaciones donde un bus es propiedad de un fabricante, la estandarización es importante porque permite a ese fabricante implementar más fácilmente diferentes componentes usando una interfaz común el bus mismo.
EJEMPLOS DE BUSES
No importa dónde revise usted en el computador, habrá buses. He aquí algunos de los más comunes:
Buses de almacenamiento masivo (ATA y SCSI)
Redes (Ethernet y Token Ring)
Los buses de memoria (PC133 y Rambus®)
Buses de expansión (PCI, ISA, USB)
VESA LOCAL BUS
Al contrario que con el EISA, MCA y PCI, el bus VL no sustituye al bus ISA sino que lo complementa. Un PC con bus VL dispone para ello de un bus ISA y de las correspondientes ranuras (slots) para tarjetas de ampliación. Además, en un PC con bus VL puede haber, sin embargo, una, dos o incluso tres ranuras de expansión, para la colocación de tarjetas concebidas para el bus VL, casi siempre gráficos. Solamente estos slots están conectados con la CPU a través de un bus VL, de tal manera que las otras ranuras permanecen sin ser molestadas y las tarjetas ISA pueden hacer su servicio sin inconvenientes.
VESA presentó la primera versión del estándar VL-BUS en agosto de 1992. La aceptación por parte del mercado fue inmediata. Fiel a sus orígenes, el VL-BUS se acerca mucho al diseño del procesador 80486. De hecho presenta las mismas necesidades de señal de dicho chip, exceptuando unas cuantas menos estrictas destinadas a mantener la compatibilidad con los 386.
La especificación VL-Bus como tal, no establece límites, ni superiores ni inferiores, en la velocidad del reloj, pero una mayor cantidad de conectores supone una mayor capacitancia, lo que hace que la fiabilidad disminuya a la par que aumenta la frecuencia. En la práctica, el VL-BUS no puede superar los 66 Mhz. Por este motivo, la especificación VL-BUS original recomienda que los diseñadores no empleen más de tres dispositivos de bus local en sistemas que operan a velocidades superiores a los 33 Mhz. A velocidades de bus superiores,
BUS LOCAL
Teniendo en cuenta las mencionadas limitaciones del bus AT y la infalibilidad de los buses EISA y MCA para asentarse en el mercado, en estos años se han ideado otros conceptos de bus. Se inició con el llamado Vesa Local Bus (VL-Bus), que fue concebido y propagado independientemente por el comité VESA, que se propuso el definir estándares en el ámbito de las tarjetas gráficas y así por primera vez y realmente tuviera poco que ver con el diseño del bus del PC. Fueron y son todavía las tarjetas gráficas quienes sufren la menor velocidad del bus AT. Por eso surgió, en el Comité VESA, la propuesta para un bus más rápido que fue el VESA Local Bus. Vesa Local Bus
Al contrario que con el EISA, MCA y PCI, el bus VL no sustituye al bus ISA sino que lo complementa. Un PC con bus VL dispone para ello de un bus ISA y de las correspondientes ranuras (slots) para tarjetas de ampliación. Además, en un PC con bus VL puede haber, sin embargo, una, dos o incluso tres ranuras de expansión, para la colocación de tarjetas concebidas para el bus VL, casi siempre gráficos. Solamente estos slots están conectados con la CPU a través de un bus VL, de tal manera que las otras ranuras permanecen sin ser molestadas y las tarjetas ISA pueden hacer su servicio sin inconvenientes.
BUS DE DATOS.
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. De este modo, se da lugar a 3 tipos de “Buses”: Datos, Direcciones y Control. Mientras el Bus de Datos se encarga de mover la información por los componentes de hardware del sistema de computación, tanto de Entrada (teclado, mouse, etc) como de salida (monitor, impresora, etc.), el Bus de Direcciones ubica los datos en el Sub-sistema de Memoria teniendo relación directa con los procesos de CPU, y finalmente el Bus de Control tiene la tarea de marcar el estado de una instrucción dada a la PC. Es común dibujar y describir el Bus de Datos como una autopista de información y órdenes, porque no es otra cosa que eso. Se rige por la cantidad de bits capaz de soportar en el camino, y en este marco, el CPU cumple la función primaria. Es por ello, que hoy tenemos procesadores de 64 bits en lugar de 32 ó 16, porque la evolución de la PC y la exigencia informativa de los usuarios lo demandaron. Es común dibujar y describir el Bus de Datos como una autopista de información y órdenes, porque no es otra cosa que eso. Se rige por la cantidad de bits capaz de soportar en el camino, y en este marco, el CPU cumple la función primaria. Es por ello, que hoy tenemos procesadores de 64 bits en lugar de 32 ó 16, porque la evolución de la PC y la exigencia informativa de los usuarios lo demandaron.
BUS DE DIRECCIONES.
En el bus se encuentran dos pistas separadas, el bus de datos y el bus de direcciones. La CPU escribe la dirección de la posición deseada de la memoria en el bus de direcciones accediendo a la memoria, teniendo cada una de las líneas carácter binario. Es decir solo pueden representar 0 o 1 y de esta manera forman conjuntamente el número de la posición dentro de la memoria (es decir: la dirección). Cuanto más líneas haya disponibles, mayor es la dirección máxima y mayor es la memoria a la cual puede dirigirse de esta forma. En el bus de direcciones original había ya 20 direcciones, ya que con 20 bits se puede dirigir a una memoria de 1 MB y esto era exactamente lo que correspondía a la CPU
Esto que en le teoría parece tan fácil es bastante mas complicado en la práctica, ya que aparte de los bus de datos y de direcciones existen también casi dos docenas más de líneas de señal en la comunicación entre la CPU y la memoria, a las cuales también se acude. Todas las tarjetas del bus escuchan, y se tendrá que encontrar en primer lugar una tarjeta que mediante el envío de una señal adecuada indique a la CPU que es responsable de la dirección que se ha introducido. Las demás tarjetas se despreocupan del resto de la comunicación y quedan a la espera del próximo ciclo de transporte de datos que quizás les incumba a ellas. Este mismo concepto es también la razón por la cual al utilizar tarjetas de ampliación en un PC surgen problemas una y otra vez, si hay dos tarjetas que reclaman para ellas el mismo campo de dirección o campos de dirección que se solapan entre ellos.
Los datos en si no se mandan al bus de direcciones sino al bus de datos. El bus XT tenía solo 8 bits con lo cual sólo podía transportar 1 byte a la vez. Si la CPU quería depositar el contenido de un registro de 16 bits o por valor de 16 bits, tenía que desdoblarlos en dos bytes y efectuar la transferencia de datos uno detrás de otro.
De todas maneras para los fabricantes de tarjetas de ampliación, cuyos productos deben atenderse a este protocolo, es de una importancia básica la regulación del tiempo de las señales del bus, para poder trabajar de forma inmejorable con el PC. Pero precisamente este protocolo no ha sido nunca publicado por lBM con lo que se obliga a los fabricantes a medir las señales con la ayuda de tarjetas ya existentes e imitarlas. Por lo tanto no es de extrañar que se pusieran en juego tolerancias que dejaron algunas tarjetas totalmente eliminadas.
ESTRUCTURACIÓN DE LOS BUSES
Existen dos organizaciones físicas de operaciones E/S que tienen que ver con los buses que son:
Bus único
Bus dedicado
La primera gran diferencia entre estas dos tipos de estructuras es que el bus único no permite un controlador DMA (todo se controla desde la CPU), mientras que el bus dedicado si que soporta este controlador.
El bus dedicado trata a la memoria de manera distinta que a los periféricos (utiliza un bus especial) al contrario que el bus único que los considera a ambos como posiciones de memoria (incluso equipara las operaciones E/S con las de lectura/escritura en memoria). Este bus especial que utiliza el bus dedicado tiene 4 componentes fundamentales:
DATOS: Intercambio de información entre la CPU y los periféricos.
CONTROL: Lleva información referente al estado de los periféricos (petición de interrupciones).
DIRECCIONES: Identifica el periférico referido.
SINCRONIZACIÓN: Temporiza las señales de reloj. La mayor ventaja del bus único es su simplicidad de estructura que le hace ser más económico, pero no permite que se realice a la vez transferencia de información entre la memoria y el procesador y entre los periféricos y el procesador. Por otro lado el bus dedicado es mucho más flexible y permite transferencias simultáneas. Por contra su estructura es más compleja y por tanto sus costes son mayores.
EL BUS XT y EL BUS ISA (AT)
Cuando en 1980 IBM fabricó su primer PC, este contaba con un bus de expansión conocido como XT que funcionaba a la misma velocidad que los procesadores Intel 8086 y 8088 (4.77 Mhz). El ancho de banda de este bus (8 bits) con el procesador 8088 formaba un tandem perfecto, pero la ampliación del bus de datos en el 8086 a 16 bits dejo en entredicho este tipo de bus (aparecieron los famosos cuellos de botella).
Dada la evolución de los microprocesadores, el bus del PC no era ni mucho menos la solución para una comunicación fluida con el exterior del micro. En definitiva no podía hablarse de una autopista de datos en un PC cuando esta sólo tenía un ancho de 8 bits. Por lo tanto con la introducción del AT apareció un nuevo bus en el mundo del PC, que en relación con el bus de datos tenía finalmente 16 bits (ISA), pero que era compatible
BUS MICRO CHANNEL (MCA)
Vistas las limitaciones que tenía el diseño del bus ISA en IBM se trabajó en un nueva tecnología de bus que comercializó con su gama de ordenadores PS/2. El diseño MCA (Micro Channel Arquitecture) permitía una ruta de datos de 32 bits, más ancha, y una velocidad de reloj ligeramente más elevada de 10 Mhz, con una velocidad de transferencia máxima de 20 Mbps frente a los 8 Mbps del bus ISA. Pero lo que es más importante el novedoso diseño de bus de IBM incluyó un circuito de control especial a cargo del bus, que le permitía operar independientemente de la velocidad e incluso del tipo del microprocesador del sistema.
Bajo MCA, la CPU no es más que uno de los posibles dispositivos dominantes del bus a los que se puede acceder para gestionar transferencias. La circuitería de control, llamada CAP (punto de decisión central), se enlaza con un proceso denominado control del bus para determinar y responder a las prioridades de cada uno de los dispositivos que dominan el bus. Para permitir la conexión de más dispositivos, el bus 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. Pero además se impusieron estándares de rendimiento superiores en las tarjetas de expansión.
Es cierto que el progreso conlleva un precio: La nueva arquitectura de IBM es totalmente incompatible con las tarjetas de expansión que se incluyen en el bus ISA. Esto viene derivado de que los conectores de las tarjetas de expansión MCA eran más pequeños que las de los buses ISA. De esto se pueden sacar dos conclusiones. Por un lado el coste de estas tarjetas era menor y por otro ofrecía un mayor espacio interior en las pequeñas cajas de sobremesa.
Las señales del bus estaban reorganizadas de forma que se introducía una señal de tierra cada 4 conectores. De esta forma se ayudaba a reducir las interferencias.
EISA (Extended ISA) El principal rival del bus MCA fue el bus EISA, también basado en la idea de controlar el bus desde el microprocesador y ensanchar la ruta de datos hasta 32 bits. Sin embargo EISA mantuvo compatibilidad con las tarjetas de expansión ISA ya existentes lo cual le obligo a funcionar a una velocidad de 8 Mhz (exactamente 8.33). Esta limitación fue al postre la que adjudico el papel de estándar a esta arquitectura, ya que los usuarios no veían factible cambiar sus antiguas tarjetas ISA por otras nuevas que en realidad no podían aprovechar al 100%.
Su mayor ventaja con respecto al bus MCA es que EISA era un sistema abierto, ya que fue desarrollado por la mayoría de fabricantes de ordenadores compatibles PC que no aceptaron el monopolio que intentó ejercer IBM. Estos fabricantes fueron: AST, Compaq, Epson, Hewlett Packard, NEC, Olivetti, Tandy, Wyse y Zenith.
Esta arquitectura de bus permite multiproceso, es decir, integrar en el sistema varios buses dentro del sistema, cada uno con su procesador. Si bien esta característica no es utilizada más que por sistemas operativos como UNIXo Windows NT. En una máquina EISA, puede haber al mismo tiempo hasta 6 buses principales con diferentes procesadores centrales y con sus correspondientes tarjetas auxiliares.
BUS DE CONTROL. El bus de control (en ocasiones denominado bus de comando) transporta las órdenes y las señales de sincronización que provienen de la unidad de control y viajan hacia los distintos componentes de hardware. Se trata de un bus bidireccional en la medida en que también transmite señales de respuesta del hardware.
El bus de control es una colección de líneas que transportan un conjunto de señales cuyo propósito es la sincronía de todas las operaciones efectuadas por el CPU con los diferentes subsistemas de un equipo de cómputo, destacan las líneas para escritura (write) y lectura (read) de datos, el reloj del sistema, líneas de interrupción, líneas de estado, etc. El uso de éstas líneas se comprenderá mejor conforme se avance en éste curso. Los procesadores de la familia 80x86 proveen dos espacios diferentes de direccionamiento, uno para la
Buses normalizados. Antes cada fabricante definía sus buses lo cual dificultaba mucho la comunicación entre distintos componentes. Para facilitar la interacción entre componentes de distintos fabricantes los buses se han “normalizado”. Siguen un estándar acordado previamente. Un bus debe cumplir las siguientes especificaciones:
Nivel mecánico En el nivel mecánico deben definirse aspectos tales como el tipo de soporte, el número de hilos del bus, el tipo de conector, etc. Por ejemplo, en los buses para la conexión de placas impresas, hay que definir, entre otras cosas, la altura de las placas, los conectores y las posiciones de éstos, para garantizar la compatibilidad de las distintas placas.
Nivel eléctrico El nivel eléctrico (u óptico, en el caso de emplear como soporte la fibra óptica), debe especificar el circuito equivalente de los dispositivos que se conectan a las líneas del bus, tanto de los emisores como de los receptores. También debe especificar las tensiones y corrientes utilizadas para establecer el valor de las señales. En este nivel, debe quedar definida la forma en la que los distintos dispositivos deben conectarse eléctricamente.
Nivel lógico Este nivel define estáticamente todas las líneas del bus, estableciendo las equivalencias entre los valores eléctricos de las señales y sus valores lógicos. Por ejemplo, se definirá que los hilos 0-7 su nivel alto (5V) equivale a un 1 lógico y los hilos 8-15 su nivel activo es a nivel bajo (0V).
Nivel de temporización básica En este nivel se establecen los cronogramas para la realización de la operación más elemental del bus, esto es, de un ciclo.
Nivel de transferencia elemental
En este nivel se establece el procedimiento empleado para realizar una transferencia de un dato por el bus. En el caso de un bus de ciclo completo, este nivel coincide con el anterior puesto que la temporización básica
Nivel de transferencia de bloque En algunos buses, la operación básica esta formada por una serie de transferencias elementales, que tiene por objetivo el transferir un bloque de información con entidad propia. En este nivel, deberá definirse el protocolo de comunicación empleado para realizar esta transferencia de bloque. Se definirán aspectos tales como cabeceras, codificación de los datos para detección de errores, procedimientos de recuperación para el caso de error, identificación del receptor, etc. Todos los buses poseen especificaciones normalizadas, como son: - protocolos de transmisión de datos, - velocidades y temporización de las transferencias, - anchuras de los sub-buses, - y sistema físico de conexión (conectores estandarizados). Los Buses normalizados más conocidos son: S-100 Bus (IEEE 696). Puede considerarse como el primer bus normalizado para microcomputadores, siendo introducido por Atari para su computador 8080 (sistema de 8 bits). En total disponia de unos 100 hilos. CAMAC (o IEEE 583). El bus CAMAC (“ComputerAutomatedMeasurement and Control”) Se introdujo para interconectar instrumentos de medida nucleares en 1969. GPIB ( o IEEE 488). El GPIB (“General Purpose Interface Bus”) fue ideado por Hewlett Packard (1965 a 1975) usa 24 hilos, 8 de los cuales son para datos y el resto para señales de control. Multibus (o IEEE 796). Bus de 16 bit de datos introducido por Intel. En la actualidad hay una versión mejorada llamada Multibus-II (IEEE 1296) para transferir datos de 32 bits. ISA Bus. El bus ISA (“Industrial Standard Architecture”), es el bus introducido con el IBM-PC. Tiene 64 hilos de los cuales 8 son para datos. ISA AT Bus. Fue introducido con los IBM-AT (80286). Ideado para arquitecturas de 16 bits, posee subdirecciones de 24 bits (direcciona hasta 16 Mbytes) y es compatible, como no, con su antecesor de 16 bits. MCA. (“Micro-ChannelArchitecture”) fue introducido por IBM en 1987 en sus equipos PS/2. Es un bus para arquitecturas de 32 bits y es 10 veces más rápido que el ISA AT, llegando a transferir hasta 20 Mbits/seg. Ampliación de Estructura de Computadores. Curso 2010-11 3º de Ingeniería Informática. Vicente Arnau LlombartPag. 5 20/09/2010 EISA (“ExtendetIndustrySatandardArchitecture”). Es un bus ideado por 9 fabricantes de ordenadores, para arquitecturas de 32 bits. Posee velocidad de transferencia de 33Mbits/seg. Es compatible con el bus ISA. Este bus puede solo ser controlado por microprocesadores 80386, 80486 o superiores, y es autoconfigurable.
SCSI (“Small computerSystem Interface”) es un estándar universal para conexiones paralelas a periféricos. Suele utilizarse para unidades de discos magnéticos y ópticos. Admite hasta 7 dispositivos y fue ideado para entornos UNIX y Macintosh. Permite velocidades de transferencia de 5 Mbits/seg hasta 400 Mbits/seg.
EL BUS DE DIRECCIONES. Es un canal del microprocesador totalmente independiente del bus de datos donde se establece la dirección de memoria del dato en tránsito. El bus de dirección consiste en el conjunto de líneas eléctricas necesarias para establecer una dirección.La capacidad de la memoria que se puede direccionar depende de la cantidad de bits que conforman el bus de direcciones, siendo 2n (dos elevado a la ene) el tamaño máximo en bytes del banco de memoria que se podrá direccionar con n líneas. Por ejemplo, para direccionar una memoria de 256 bytes, son necesarias al menos 8 líneas, pues 28 = 256. Adicionalmente pueden ser necesarias líneas de control para señalar cuando la dirección está disponible en el bus. Esto depende del diseño del propio bus.
BUSES MULTIPLEXADOS
Algunos diseños utilizan líneas eléctricas multiplexadas para el bus de dirección y el bus de datos. Esto significa que un mismo conjunto de líneas eléctricas se comportan unas veces como bus de dirección y otras veces como bus de datos, pero nunca al mismo tiempo. Una línea de control permite discernir cual de las dos funciones está activa.
2 comentarios:
ESPERO K LES GUSTE VALE CUIDENSE
esta bien la información
ya que se da detalladamente
la explicación de cada componente
sigue le echando ganas
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