El bus puede definirse como el camino por el que los componentes del ordenador, o las unidades en que éste se divide, se comunican entre sí. El bus puede compararse con una autopista de 8 carriles o vías (suponiendo que el bus sea de 8 bits), donde cada vía está ocupada por un vehículo.
Imaginémonos que esta autopista sale de A y llega a B. Al inicio del recorrido, el control A indica a cada vehículo si debe ir al control B (un 1 ) o debe quedarse (un o).
Por ejemplo, el control A indica a los vehículos 3, 6 y 7 que deben quedarse permitiendo la salida de los demás ( byte 00110111 ). A la llegada al control B, éste revisa qué vehículos han entrado y se da cuenta en seguida que le faltan los vehículos 3, 6 y 7 (esto lo deduce fácilmente porque cada vehículo va por un carril distinto).
Ahora vamos a sustituir los controles A y B por unidades de un ordenador, por ejemplo, la CPU y la memoria. Supóngase que la CPU desea enviar una información a la memoria, por consiguiente, ésta será enviada por el bus de datos. Para ello coloca en el bus el byte que va a enviar; este byte, una vez controlado, viajará por el bus de datos hasta llegar a la memoria. A la memoria le llegará la información del byte ya que cada hilo del bus corresponde a un bit. Pero en este caso no son vehículos que llegan o no los que determinan el 1 o el 0, sino que el estado 1 vendrá determinado en último extremo por la llegada de un impulso de corriente y el estado 0 por la ausencia de tal impulso. Básicamente, esta es la idea de un bus de datos: el camino o medio físico a través del cual circula la información.
LAS VIAS DE COMUNICACION DE LA CPU: LOS BUSES
El bus es simplemente una vía de comunicación entre los elementos del ordenador por la que circula la información. A través de los buses, la CPU se comunica con la memoria y con los elementos periféricos del ordenador.
Los buses más comúnmente conocidos son:
- Bus de datos.
- Bus de direcciones.
- Bus de control.
Los buses están formados por hilos conductores, uno por cada bit que compone la palabra de información. La información circula por los hilos del bus en forma de ceros y unos, si pasa corriente es un uno y si no pasa es un cero. Según la longitud de palabra de información (8,16,...bits), los buses pueden estar formados por conjuntos de hilos (8,16, ... hilos) independientes o, como en el caso de los ordenadores con una CPU tipo Intel 8088, los buses de datos y de direcciones están compartidos, es decir, el bus de direcciones es de 16 hilos, ocho de los cuales son empleados también como bus de datos. Ello no quiere decir que estos ordenadores sean de 8 bits, sino que los ordenadores con esta CPU emplean dos ciclos de reloj para cada lectura o escritura de datos sobre la memoria. En cambio, los ordenadores dotados con un bus de datos independiente de 16 bits necesitan un solo ciclo de reloj para la misma transferencia de información.
* BUS DE DATOS (Data Bus): a través del bus de datos circulan los datos entre los elementos componentes del ordenador. Estos datos pueden ser de entrada o salida respecto a la CPU. Comunican a ésta con la memoria y con los controladores de entrada/salida. Este bus también es conocido como bus de entrada/salida.
* BUS DE CONTROL (Control Bus): a través de este bus circulan las señales de control de todo el sistema. Este bus, al contrario que el de direcciones, es de entrada y salida, debido a que la CPU envía señales de control a los dispositivos periféricos y estos envían a la CPU información sobre su estado de funcionamiento.
ALGO DE HISTORIA
Las tarjetas de expansión se conectan a la CPU, memoria y demás, y lo hacen a través de de un conector standard. En primera instancia se lo denominó OMNIBUS porque daba acceso a todos los circuitos importantes de la computadora. Después se lo recortó a BUS. Se ven en cantidades de 5 a 8 en cada equipo y con diversa arquitectura. El bus de datos es el camino por donde el procesador transporta los datos a los dispositivos de entrada y salida, pero los datos no sirven de nada si no se establece un destino. Para cumplir con ese objetivo aparece el bus de dirección. Otro más es el bus del sistema o bus de control, que se encarga de administrar la forma en que serán encargados los procesos a llevar a cabo. Por ejemplo : Administrar si se escribirá a la memoria o se tomará un de la misma para llevarlo a un dispositivo de salida. Hay varios componentes que forman el controlador del bus y se encarga de administrar de manera eficaz todos los conductores que lo conforman. Su función es similar a la de un agente de tránsito : tratará de dirigir a los datos por el camino correcto para que evitar cualquier tipo de choque.
Diferentes Ranuras de Expansión
Las ranuras de expansión son conectores que se encuentran sobre el motherboard y que se conectan con el sistema de bus. En éstas se conectan las placas adicionales.
También conocidas como slots de expansión. Tienen diferentes longitudes. Las más pequeñas son de 8 bits, otras más largas son de 16 bits, que están formadas por un slot de 8 bit más un parche.
Otros poseen un parche más, que los habilita a trabajar con 32 bits. Mucho más tarde apareció el bus PCI de 64 bits.
PRIMER BUS DE PC
Constituídos en ranuras de 62 lineas de las cuales 8 eran de datos, porque estaban basados en el 8088 cuya ruta de datos es de 8 bits. Significa que este bus es de 8 bits de ancho. Las ranuras que tienen este bus se llaman ranuras de 8 bits.
EL BUS AT (ISA)
Se podría haber diseñado una AT con bus de 8 bits, pero hubiera sido lamentable. Se creó el bus de 16 bits, que son los tradicionales de 8 bits más una extensión para los 8 bits restantes y unas cuantas funciones más. Las tarjetas de 8 bits pueden ocupar perfectamente estas ranuras, aunque se dejaron ranuras de 8 bits para poder instalarse placas de 8 bits con “falda”. Este bus de 16 bits se denominó ISA (Industry Standard Architecture - Arquitectura standard de la Industria). La velocidad de este bus era buena pero arriba de los 10 Mhz se volvía intrabajable, por el ruido que podía afectar la transmisión. Entonces ¿Como es que las computadoras hablan de otras velocidades?. Bueno, se fijó una velocidad para el bus menor, con lo cual se eliminan conflictos pero en detrimento de la velocidad. Hay casos en que si falla una tarjeta su reconocimiento, rearrancar sin turbo podría permitir su funcionamiento. El primer sistema de bus constaba de 62 líneas de comunicación o conectadores en una ranura corta, que aceptaba 8 bits de datos y 20 bits de dirección, ya que el procesador 8088 tenía la misma cantidad de bits. Solamente 8 de esos 62 conectores eran de datos y otros 20 formaban el bus de dirección.
El Bus Isa de 16 Bits
Más tarde nace el bus AT, que expande el sistema de bus original hacia un ancho de datos de 16 bits y 24 bits de direccionamiento. Al ser una expansión del bus anterior, es compatible con las placas de 8 bits, con una ranura de expansión idéntica, pero con el agregado de otra más con los conectores de datos y dirección Adicionales para alcanzar los nuevos valores. Cuando los buses tenían velocidades bajas, podían trabajar a la misma velocidad que el procesador, pero a medida que fue aumentando dicha velocidad surgieron problemas para trabajar con un sistema de bus a la misma frecuencia. Es por eso que Compaq introduce su bus AT de 12 MHz. Todos copiaron su idea y así nació el estándar de 16 bits, que se denominó ISA (Industrial Standard Arquitecture – Arquitectura Industrial Estandarizada ).EISA (ENHANCED ISA )
En 1.988 surge el bus EISA (Enchanced Industrial Standard Arquitectura – Arquitectura industrial estandarizada y ampliada). Este bus ya está normalizado y es una ampliación del bus ISA de 16 bits. En un bus con un ancho de datos de 32 bits y con soporte mastering y configuración por software. Tiene total compatibilidad con el bus ISA. La frecuencia de reloj sigue siendo de 8 MHz, pero al tener un ancho de datos mayor, adquiere una capacidad de transferencia de datos de 33 megabytes por segundo, más del cuádruple que el ISA de 16 bits. Semejante velocidad de transferencia de datos por segundo es suficiente para las placas de red(actualmente Fast Ethernet logra una velocidad de 100 Mbps = 15 MBps, por lo que no sobrepasa la tasa de transferencia de EISA) y placas controladoras de discos rígidos, ya que hay pocas que pueden llegar superar dicha transferencia de datos sin buffers o memorias caché de varios megabytes incorporados en la controladora. Una mayor transferencia de datos puede ser aprovechada por una tarjeta de video acelerada. Si queremos disponer de una estación gráfica extremadamente rápida, tenemos que considerar un sistema basado bus local o PCI, ya que ofrecen mayor velocidad de transferencia de datos. Estos dos últimos sistemas están reemplazando al viejo EISA.
· 32 bits
· bus mastering
· más silenciosos, sus señales son menos susceptibles al ruido
· configuración a través de programas
· más veloces (20 Mhz)
Los Buses de 32 Bits
Con la llegada de los procesadores de 32 bits empezaron a aparecer ranuras para trabajar con el nuevo ancho de datos, pero no eran estándar y cada fabricante lo adaptaba a su manera. De esa forma, se conseguían placas para esos conectores directamente de los fabricantes de motherboard, limitando las posibilidades de aplicación. Era necesario una normalización, con lo buses Micro Canal (MCA) y EISA. Más tarde se desarrollaron el VESA Local Bus 1.0 y el PCI 1.0.
El Bus MCA
En 1.987 IBM desarrolla el bus MCA (Micro Channel Architecture – Arquitectura Microcanal) con el fin de acelerar la transferencia de datos y disminuir los niveles de ruido en sus equipos PS/2. Consiste en un sistema de canalización de datos, en el que se activan canales a medida que se desea transmitir datos y se transportan por éstos hacia el destinatario, encargándose de esta tarea el sistema control de bus.
Bus Mastering o Multiusuario
En las PC con un procesador, el bus es controlado por las acciones de éste. Pero en PC con varios procesadores, en las cuales cada uno de ellos se encarga de controlar tareas específicas, sería conveniente que todos los procesadores se comuniquen entre sí. Algo muy fácil de implementar en un bus ISA convencional. Los buses MCA y EISA soportan esta capacidad de posibilitar el acceso a varios prosadores a un mismo bus. Si el dispositivo que toma el control del mismo tiene la capacidad suficiente para controlar el bus, no va a quitarle tiempo al procesador.
El Bus Local
Se llama bus local a cualquier sistema de bus que permita que los dispositivos conectados a éste trabajen a velocidad de reloj alta como la velocidad externa del reloj del microprocesador. En una PC basada en el bus ISA, la CPU necesita dos caminos electrónicos para transportar la información: el bus local y el bus de expansión. Los componentes del bus local trabajan a la misma velocidad que lo hace el procesador externamente y con el mismo ancho de datos. Los motherboards basados en implementaciones de bus local (PCI o VESA) permiten la conexión de dispositivos al bus local del CPU, como por ejemplo la tarjeta gráfica, placa controladora de disco y la tarjeta de red.
VESA LOCAL BUS (Video Electronic Standard Association) (VLB)
Los primeros bus locales no eran estandarizados y las expansiones con esta arquitectura las fabircaba el mismo fabricante de placa madre, por ello resultaba conveniente comprar lo que hubiere para cada placa madre al momento de comprar la placa madre. Inicialmente estas expansiones eran para memoria con mayor velocidad de acceso. Posteriormente, los VLB se estandarizaron para su aplicación en video y controladores de discos.
· Originalmente para mayor velocidad para tarjetas de memoria.
· Sin configuración por programas
· Sin bus mastering
· Con puentes o dips
· más veloces (33 Mhz)
VESA Bus Local (VL-Bus Versión 1.0 y 2.0)
En un estándar de bus local introducido en 1.993 por un grupo de fabricantes Video Electronic Standards – Asociación de estándares de video eléctrico. Este sistema de bus posibilita la conexión de un máximo de tres dispositivos al sistema de bus local de la CPU, es decir, que trabajarán a la misma velocidad que la velocidad externa del procesador. Esto quiere decir que aparecen en la motherboard tres conectores ISA con el agregado de un conector de 32 bits similar al MCA en la línea con el mismo. Esto significa que si no se utiliza un conector de VL-Bus, éste puede utilizarse para conectar una tarjeta ISA sin problemas de incompatibilidad. Las placas típicas para VL-Bus se conectaban en el conector de 112 pines estilo MCA en un externo y en el conector ISA en el otro externo. La parte conectada a ISA maneja el acceso directo a memorias (DMA) y el acceso a las interrupciones, direcciones de puertos y líneas de alimentación. Mientras que el conector MCA brinda una línea de datos rápida de 32 bits. El VL-Bus tiene capacidades mastering al igual que el EISA y MCA. Solamente los sistemas basados en 486 se beneficiaron del VL-BUS. Se desarrollaron muchas tarjetas de video y controladoras de discos rígidos basado en VL-BUS, Por lo cual podemos decir que el estándar se había aceptado en su momento, pero luego PCI lo eclipsó por completo.
PCI (creado por INTEL - Peripheral Component Interconnect)
VLB en cierta forma perjudica en lugar de mejorar si se compara con los beneficios de EISA. Vuelve a quedar la CPU a cargo de cada transferencia, produciéndose un cuello de botella.
· PCI con su nueva arquitectura presenta:
· Ruta de datos más ancha, bus de 64 bits
· Da soporte a ruta de datos de 32 bits, (p/486 de alto rendimiento)
· Mayor velocidad (desde 66 Mhz en adelante)
· Compatibilidad (los chips que administran PCI, también puden administrar ISA y EISA)
· Bus Mastering
· Configuración por programas (sin puentes ni dips)
PCI (Versión 1.0, 2.0 y 2.1)
Este sistema de bus local fue diseñado por Intel como base de sistema de bus para el Pentium. PCI (Peripheral Component Interconnect – Interrupción de componentes Periféricos) fue diseñado para acomodar procesadores más rápidos sin necesidad de actualizar constantemente los dispositivos y rediseñarlos. La arquitectura de bus local es un puente entre el bus local y la CPU con buffer (memorias temporarias) FIFO (first in, first out – el primero que entra, el primero que sale). Intel lo denomina un bus intermedio porque está diseñado para desacoplar la CPU del bus de expansión mientras se mantiene un ancho de datos de 32 o 64 bits y una velocidad de 33 MHz para comunicarse con los dispositivos. El diseño de PCI requiere que los dispositivos devuelvan estados de configuración al controlado, lo que significa un rediseño de los chips utilizados en tarjetas para otros sistemas de bus. También utiliza le técnica de multiplexado para enviar más de una información en un solo canal eléctrico, con el beneficio de la reducción de pines necesarios para comunicarse con los chips y una posible reducción en el costo de producción de los mismos. Este sistema introducido con las primeras PC basadas en el Pentium y se transformó rápidamente par los siguientes microprocesadores, como Pentium MMX, el Pentium II y III, el Celeron, el K6 y el K7, entre otros. También formó parte de los sistemas 486DX4 de Intel, además de los que le siguen al Pentium. Su rendimiento es similar al VL-Bus: la máxima transferencia de datos es de 1332 megabytes por segundo y 33 MHz, y con su implementación en 64 bits ha logrado convertirse en el nuevo estándar. La especificación 2.1 de bus local PCI no incorpora novedades en cuanto a la velocidad como sí lo hizo la versión 2.0 comparada con la primera, sino que completa nuevos modos de comunicación de los recursos utilizados por las tarjetas conectoras al bus y un mecanismo de identificación de las mismas mejorado con respecto a la versión anterior para ofrecer mayor compatibilidad con el estándar Plug & Play. Además, esta última versión está preparada para rendimiento del agregado y la remoción de las tarjetas en caliente, se decir, mientras la PC se encuentra encendida. Aunque el sistema completo debe estar preparado para soportar esta operaria y la función cumplida por la tarjeta debe justificar su adhesión a esta nueva modalidad de enchufar y listo.
ISA | EISA | MCA | VL-Bus | PCI | |
Velocidad máxima (MHz) | 8 | 8 | 10 o 16 | 33 o 10 (v 1.0) 50 (v 2.0) | 33 |
Ancho de bus (bits) | 16 | 32 | 32 | 32 | 32 (v 1.0) 64 (v 2.0) |
Transferencia máxima (MB/seg.) | 8 | 33 | 40 | 133 (33MHz) 148 (40MHz) 267 (50MHz) | 132 (32 b) 264 (64 b) |
Fecha de aparición | 1.984 | 1.988 | 1.987 | 1.993 (v 1.0) 1.994 (v 2.0) | 1.993 (v 1.0) 1.994 (v 2.0) 1.997 (v 2.1) |
PCMICIA (Personal Computer Memory Card Industry Association)
Básicamente se fabrica este bus para equipos portátiles.
Primero se fabrica para ampliación de memoria (Tipo 1 - 3,3 mm por 68 patas), luego para modems (Tipo 2 - 5 mm, acepta la ranura las tarjetas de Tipo 1) y finalmente para discos duros (Tipo 3 - 10,5 mm) como interfase para discos duros removibles. Características:
· Instalación al vuelo (sin apagar el equipo)
· No soporta bus mastering ni DMA
· Configuración por programas
· Por su tecnología una PC podría tener hasta 4080 ranuras de este tipo
· Ruta de datos de 16 bits
· 33 Mhz de velocidad
· Bajo consumo de energía
Tipos de Slots para distintos Buses :
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