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BUSES

Los buses son el elemento permite transferir toda la información, desde las operaciones más sencillas de la UCP, así como toda transferencia de datos entre los distintos dispositivos conectados al sistema central. Memoria, tarjetas gráficas, teclados, etc.… y en definitiva cualquier periférico o dispositivo del ordenador se comunica a través de este elemento. Existen dispositivos mucho más conocidos que los buses del sistema, pero incluso la tarjeta gráfica más potente del mercado necesitará comunicar los datos con el sistema, y no sólo eso, porqué además serán las características del bus las que marcarán el rendimiento de dicha tarjeta.

TIPOS DE BUSES POR TECNOLOGÍA

Bus de Direcciones

Este es un bus unidireccional debido a que la información fluye es una sola dirección, de la CPU a la memoria ó a los elementos de entrada y salida. La CPU sola puede colocar niveles lógicos en las n líneas de dirección, con la cual se genera 2n posibles direcciones diferentes. Cada una de estas direcciones corresponde a una localidad de la memoria ó dispositivo de E / S.

Bus de Datos

Este es un bus bidireccional, pues los datos pueden fluir hacia o desde la CPU. Los m terminales de la CPU, de D0 - Dm-1, pueden ser entradas o salidas, según la operación que se esté realizando (lectura o escritura ) . En todos los casos, las palabras de datos transmitidas tiene m bits de longitud debido a que la CPU maneja palabras de datos de m bits; del número de bits del bus de datos, depende la clasificación del microprocesador.

Bus de Control

Este conjunto de señales se usa para sincronizar las actividades y transacciones con los periféricos del sistema. Algunas de estas señales, como R / W , son señales que la CPU envía para indicar que tipo de operación se espera en ese momento. Los periféricos también pueden remitir señales de control a la CPU, como son INT, RESET, BUS RQ.

Las señales más importantes en el bus de control son las señales de cronómetro, que generan los intervalos de tiempo durante los cuales se realizan las operaciones. Este tipo de señales depende directamente del tipo del microprocesador.

Buses según el criterio de su situación física

Bus Interno:

 Este mueve datos entre los componentes internos del microprocesador.

Todas las partes del microprocesador están unidas mediante diversas líneas eléctricas. El conjunto de estas líneas se denominan bus interno del microprocesador. Por este bus interno circulan los datos (bus de datos), las señales de control (bus de control) o las direcciones de memoria (bus de direcciones). Cuando se habla de un microprocesador de 32 bits, se estadiciendo que el número de líneas del bus interno es de 32.

El bus interno puede compararse a los vasos sanguíneos del cuerpo humano. Así,por las diferentes líneas fluye la información, llegando o abandonando los registros y las memorias.

Bus Externo

 Este se utiliza para comunicar el micro y otras partes, como periféricos y memoria.

 BUSES NORMALIZADOS

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 establece todas las condiciones necesarias para transferir un dato. Sin embargo, en el caso de un bus de ciclo partido, se especifican las ranuras que forman cada tipo de ciclo o transferencia.

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.

JERARQUÍA DE BUSES

¿Por qué es necesaria la jerarquía de buses?

Cuando queremos conectar un gran número de dispositivos nos encontramos con una serie de problemas fundamentales:

• La diferencia de velocidad de los dispositivos afecta negativamente al rendimiento global, ya que mientras los dispositivos lentos realizan una única transferencia, otro dispositivo más rápido podría haber realizado muchas más.
• Los buses pueden actuar de “cuello de botella” si la demanda de la transferencia es mayor que la capacidad del bus, los dispositivos deberán esperar mucho tiempo para poder transmitir.
• Existe un mayor retardo de propagación, dado que el bus ha de tener mayor longitud para poder soporta implementar un mayor número de dispositivos

Ventajas de las jerarquías de buses:

• El bus local entre el procesador y la caché aísla el tráfico de E/S del procesador.

Se puede transferir información entre la memoria y la E/S sin interrumpir la actividad del procesador.

• El bus de expansión reduce el tráfico en el bus del sistema.

La transferencia entre caché y memoria principal se pueden realizar de forma más eficiente.

• • Se pueden realizar una transferencia de memoria caché a memoria principal al mismo tiempo que el interfaz recibe datos desde un dispositivo de E/S
  • El procesador+caché o el coprocesador tienen la misma “prioridad” en el acceso al bus que todos los dispositivos conectados al bus de expansión de forma conjunta.

• Se elimina el problema de la incompatibilidad.

• • El bus local y del sistema suelen ser propietarios (no estándar) y están optimizados para cada arquitectura particular.
  • Los buses de expansión son buses estándares o abiertos (ISA, EISA, PCI, VME, etc.).

Esto permite tener características y especificaciones perfectamente definidas, con conectores estándar, podemos utilizar los mismos controladores y periféricos en otro computador que disponga del mismo bus estándar.

Buses de tipo 0

Los buses de tipo 0 son los buses internos de las pastillas. La utilización de buses internos de gran ancho de palabra unido a la incorporación de memoria caché interna facilita que se puedan conseguir microprocesadores de grandes prestaciones.

Buses de tipo 1

El bus de tipo 1 es el bus de interconexión de componentes de una placa o circuito impreso.

Buses de tipo 2

Estos buses sirven para interconectar las distintas placas de un modulo, formando lo que se llama el panel posterior. La práctica totalidad de los computadores actuales se componen de un solo módulo, por lo que no existe bus de nivel 3 y este bus se convierte en el bus del sistema.

Buses de tipo 3

El bus de tipo 3 o bus del sistema permite interconectar diversos módulos del computador. Hoy en día hay muy pocos sistemas que contengan varios módulos. Por lo que generalmente coinciden los buses de nivel 2 y 3.

La gran diferencia entre los tipos 2 y 3 es la distancia que debe tener el bus, que puede llegar a los 10m en el tipo 3. Ello obliga a tratar este bus como una línea de transmisión. Además, es muy frecuente que el bus de tipo 3 exija unos repetidores o buffers, para pasar de un panel posterior a otro.

Buses de tipo 4

Los buses de tipo 4 lo forman los buses paralelos para conexión de periféricos. En realidad se pueden considerar cuatro situaciones, que a veces se pueden dar simultáneamente en el mismo computador:

En la primera, los controladores de los periféricos se conectan directamente al bus del sistema (bus tipo 2 ó 3).

En la segunda se dispone de un bus especial para la E/S, como es un canal 370 de IBM, como es el Unibus en el caso de la arquitectura VAX, o como son los buses PCI e EISA en un computador personal.

La tercera consiste en diseñar un bus reducido, derivado del bus del sistema, que permita la conexión en paralelo de una serie de periféricos específicos.

La cuarta consiste en emplear un bus paralelo de conexión de periféricos, de acuerdo con una norma preestablecida. La diferencia con el caso anterior es que ahora no se trata de una versión reducida del bus del sistema, sino de una configuración que puede ser muy distinta. El ejemplo clásico es el puerto paralelo o Centronics, previsto para la conexión de impresoras, el bus IEEE-488, previsto para la interconexión de instrumentos de laboratorio a computadores o los buses QIC, SCSI e IPI, para conexión de discos.

Buses de tipo 5

Los buses serie suelen constituir el tipo más elemental del espectro de las comunicaciones de un sistema informático. Se emplean para cubrir las mayores distancias.

El bus serie puede ser simple o doble. El simple puede permitir la transmisión en un solo sentido o en ambos sentidos de forma alternativa (semi-duplex). El doble permite la transmisión en los dos sentidos simultáneamente (full-duplex).

Un ejemplo de bus serie es el bus USB, que tratamos más adelante.

BUS DEL SISTEMA