El documento resume los diferentes tipos de buses utilizados en sistemas informáticos, incluyendo buses de direcciones, datos y control. Describe la evolución de los buses desde la primera generación, cuando se utilizaban buses compartidos, hasta la tercera generación de buses punto a punto como PCI-Express. También explica buses específicos como ISA, EISA, MCA, AGP, PCI, PCI-X y sus características.
1. UNIVERSIDAD LAICA “ELOY ALFARO” DE MANABÌ
EXTENSIÓN EL CARMEN
GRUPO # 8
Cadena Vanessa
Mieles Sergio
Mejía Aquiles
TEMA:
Tutor:
Ing. Patricio Quiroz
5to “A”
2. El Bus es la vía a través de la que se van a transmitir y recibir todas las
comunicaciones, tanto internas como externas, del sistema informático.
El bus es solamente un Dispositivo de Transferencia de Información entre los
componentes conectados a él, no almacena información alguna en ningún
momento.
Los datos, en forma de señal eléctrica, sólo permanecen en el bus el tiempo que
necesitan en recorrer la distancia entre los dos componentes implicados en la
transferencia.
En una unidad central de sistema típica el bus se subdivide en tres buses o grupos
de líneas.
• Bus de Direcciones.
• Bus de Datos.
• Bus de Control.
Bus de Direcciones
Es un canal de comunicaciones constituido por líneas que apuntan a la dirección de
memoria que ocupa o va a ocupar la información a tratar.
Una vez direccionada la posición, la información, almacenada en la memoria hasta
ese momento, pasará a la CPU a través del bus de datos.
Para determinar la cantidad de memoria directamente accesible por la CPU, hay
que tener en cuenta el número de líneas que integran el bus de direcciones, ya que
cuanto mayor sea el número de líneas, mayor será la cantidad de direcciones y, por
tanto, de memoria a manejar por el sistema informático.
3. Bus de Datos
El bus de datos es el medio por el que se transmite la instrucción o dato apuntado
por el bus de direcciones.
Es usado para realizar el intercambio de instrucciones y datos tanto internamente,
entre los diferentes componentes del sistema informático, como externamente,
entre el sistema informático y los diferentes subsistemas periféricos que se
encuentran en el exterior.
Una de las características principales de una computadora es el número de bits que
puede transferir el bus de datos (16, 32, 64, etc.). Cuanto mayor sea este número,
mayor será la cantidad de información que se puede manejar al mismo tiempo.
Bus de Control
Es un número variable de líneas a través de las que se controlan las unidades
complementarias.
El número de líneas de control dependerá directamente de la cantidad que pueda
soportar el tipo de CPU utilizada y de su capacidad de direccionamiento de
información.
Historia
Primera Generación
Bus Backplane del PDP-11 junto con algunas tarjetas
Los primeros computadores tenían 2 sistemas de buses, uno para la memoria y
otro para los demás dispositivos. La CPU tenía que acceder a dos sistemas con
instrucciones para cada uno, protocolos y sincronizaciones diferentes.
4. La empresa DEC notó que el uso de dos buses no era necesaria si se combinaban
las direcciones de memoria con los de los periféricos en un solo espacio de
memoria (mapeo), de manera que la arquitectura se simplificaba ahorrando costos
de fabricación en equipos fabricados en masa, como eran los primeros
minicomputadores.
Los primeros microcomputadores se basaban en la conexión de varias tarjetas de
circuito impreso a un bus Backplane pasivo que servía de eje al sistema. En ese bus
se conectaba la tarjeta de CPU que realiza las funciones de arbitro de las
comunicaciones con las demás tarjetas de dispositivo conectadas; las tarjetas
incluían la memoria, controladoras de diskette y disco, adaptadores de vídeo. La
CPU escribía o leía los datos apuntando a la dirección que tuviera el dispositivo
buscado en el espacio único de direcciones haciendo que la información fluyera a
través del bus principal.
Entre las implementaciones más conocidas, están los buses Bus S-100 y el Bus ISA
usados en varios microcomputadores de los 70's y 80's. En ambos, el bus era
simplemente una extensión del bus del procesador de manera que funcionaba a la
misma frecuencia. Por ejemplo en los sistemas con procesador Intel 80286 el bus
ISA tenía 6 u 8 Mhz de frecuencia dependiendo del procesador.
Segunda generación
Jerarquía de diversos buses en un equipo moderno: SATA, FSB, AGP, USB entre
otros
5. El hecho de que el bus fuera pasivo y que usara la CPU como control, representaba
varios problemas para la ampliación y modernización de cualquier sistema con esa
arquitectura. Además que la CPU utilizaba una parte considerable de su potencia
en controlar el bus. Desde que los procesadores empezaron a funcionar con
frecuencias más altas, se hizo necesario jerararquizar los buses de acuerdo a su
frecuencia: se creó el concepto de bus de sistema (conexión entre el procesador y
la RAM) y de buses de expansión, haciendo necesario el uso de un Chipset para
conectar todo el sistema.
El bus ISA utilizado como backplane en el PC IBM original pasó de ser un bus de
sistema a uno de expansión, dejando su arbitraje a un integrado del chipset e
implementando un bus a una frecuencia más alta para conectar la memoria con el
procesador.
En cambio el bus Nubus era independiente desde su creación, tenía un controlador
propio y presentaba una interfaz estándar al resto del sistema, permitiendo su
inclusión en diferentes arquitecturas. Fue usado en diversos equipos, incluyendo
algunos de Apple y se caracterizaba por tener un ancho de 32 bits y algunas
capacidades Plug and play (autoconfiguración), que lo hacían muy versátil y
adelantado a su tiempo. Entre otros ejemplos de estos buses autónomos, están el
AGP y el bus PCI.
Tercera generación
Los buses de tercera generación se caracterizan por tener conexiones punto a
punto, a diferencia de los buses arriba nombrados en los que se comparten señales
de reloj, y otras partes del bus. Esto se logra reduciendo fuertemente el número de
conexiones que presenta cada dispositivo usando interfaces seriales. Entonces
cada dispositivo puede negociar las características de enlace al inicio de la
conexión y en algunos casos de manera dinámica, al igual que sucede en las redes
de comunicaciones. Entre los ejemplos más notables, están los buses PCI-Express,
el Infiniband y el HyperTransport.
Tipos de Bus
Dependiendo del diseño y la tecnología que se utilice para construir el bus de una
microcomputadora se pueden distinguir tres arquitecturas diferentes:.
BUS ISA:
Presente en las viejas computadoras XT y AT, pero aún conservado en algunas
motherboards más modernas, que usan principalmente un bus PCI como bus
principal del sistema, en 1 o 2 instancias para permitir la integración de viejas
placas ISA . Es un bus de 8/16 bits y con un ancho de banda máximo de 16
Mbytes/seg. Tensiones de alimentación presentes +5V,-5V,+12V y -12V
7. BUS EISA:
El mismo apareció con los equipos AT como un primer paso de avance hacia
transferencia de datos a más alta velocidad y con un ancho de bus mayor, en
competencia con el bus MCA lanzado por IBM en sus equipos para los mismos
objetivos. Físicamente es difícil de distinguir de un conector ISA, pero sus
características y gestión son diferentes. Ancho de bus: 32 bits Ancho de banda
máximo teórico de 33 Mbytes/seg si bien en la práctica no superaban los 20
Mb/seg. Tensiones presentes +5V, -5V,+12V y -12V. Soporta, siendo backward
compatible, la inserción de placas ISA de 8 y 16 bits.
BUS EISA:
8. MCA BUS:
Este bus está prácticamente limitado al universo IBM y en el quot;mundo PCquot; de hoy en
día es muy raro encontrar el mismo fuera de dicho contexto de viejos equipos IBM.
El mismo es un bus de un ancho máximo de 32 bits y un ancho de banda máximo
teórico de 40 Mbytes/seg. Tiene presentes las mismas tensiones que los
precedentes, si bien en algunas implementaciones no está presente la conexión de
-12V. El mismo resulta físicamente incompatible con otro tipo de placas.
PCI BUS:
Por lejos resulta ser por hoy en día el más popular de los buses, si bien muchas
motherboards empiezan a traer un creciente número de ranuras de otros tipos
como PCI-e (PCI Express) y PCI-X (se debe aquí evitar la tentación de pensar que la
X ha sido usada como una abreviación de quot;expressquot;...pues realmente el PCI-X tiene
poco o nada que ver con un PCI-e y la posibilidad de confusión del PCI-X son las
ranuras PCI de 64 bits.
El mismo se presenta en dos formatos, de acuerdo al ancho de bus que soportan:
PCI de 32 bits y PCI de 64 bits como los presentes en algunos servidores y equipos
Mac como el G4 y posteriores. En general una placa PCI de 32 bits suele poder
usarse sin problemas en una ranura PCI de 64 bits si tanto placa como ranura han
sido correctamente implementadas de acuerdo a las especificaciones. Este bus
tiene un ancho de 32 bits o de 64 bits de acuerdo a la versión que se trate y
normalmente el más difundido es el de 32 bits, el cual puede alcanzar un ancho de
banda máximo de 133 Mbytes/seg para PCI 2.1 o anteriores, 533 Mbytes/seg para
PCI 2.2 y posteriores (en los buses de 64 bits estos anchos de banda máximo pasan
al doble o sea 266 Mbytes y 1 Gb/seg)
A su vez hay varias variantes en cuanto a las tensiones presentes, estando siempre
los +12 V y los -12V, en la gran mayoría están presentes los +5 V si bien dicha
tensión desaparece definitivamente en las implementaciones PCI 2.3 y PCI 3.0. Y a
partir de las versiones PCI 2.2 y siguientes estará también en forma forzosa
presente la tensión de 3,3 V
El siguiente esquema presenta un slot PCI 32 bits
9. RANURA AGP:
Este tipo de ranura es una ranura especializada para tarjetas de video tipo AGP. La
misma tiene un ancho de bus de 32 bits y puede tener un ancho de banda para la
transmisión de datos que va desde los 133 Mb/seg para los primeros modelos
hasta los 2 Gb/seg en las últimas versiones. Si bien esta ranura fue bastante
popular durante un período en que las controladoras de video quot;abandonaronquot; las
ranuras PCI para tener ranuras específicas y especializadas al procesamiento de
video, hoy en día está siendo abandonada por los principales fabricantes de placas
de video y placas aceleradoras de video, los cuales se están volcando al bus PCI-X.
Normalmente por su conformación física es dificil el confundirla y dada la variedad
de posibilidades solo presentamos una representación esquemática de las
principales alternativas:
10. RANURA AGP:
Normalmente el manual del motherboard indica que tiene una ranura AGP y
también normalmente (por lo menos nosotros no conocemos) una ranura AGP no
suele estar compañada por ranuras PCI-e o PCI-X con las cuales se pueda confundir
(aunque los largos de los tramos entre quot;keysquot; son diferentes por lo cual no hay
posibilidad de inserción equivocada)
PCI-e (PCI Express)
Este tipo de ranura es la que actualmente va ganando cada vez mas popularidad en
las motherboards modernas. Existen distintas variantes basadas sobre la misma
idea de utilizar transmisiones seriales por varios hilos o quot;lanequot; en paralelo (o sea
esto es similar a lo que ha pasado con los discos duros al migrar de ATA/PATA
hacia SATA) con un procesamiento inteligente de prioridades por destino y
sofisticados algoritmos de arbitraje de las mismas. Una explicación de los
principios básicos del bus PCI-e (que insistimos que no debe ser confundido con el
11. PCI-X, el cual es en cierto modo una evolución del PCI de 64 bits, que sigue
operando en base a la idea de una transmisión en quot;paraleloquot; de quot;palabrasquot; de 64
bits) los puede encontrar en los siguientes interesantes documentos de Intel:
El siguiente esquema muestra un PCI-e, un PCI-X y un PCI convencional de 32 bits
puestos uno al lado del otro para que vea las diferencias. El PCI-e mostrado es el
que corresponde a una placa de 1X como la mayoría de las que ofrecemos nosotros
en el sitio
BUS PCI-X
Este bus representa otro tipo de extensión del bus PCI 32 bits a utilizar un ancho
de bus de 64 bits pero con un clock mucho más elevado que le permite superar el
ancho de banda de los 4 Gbytes/seg en las motherboard implementando la última
revisión de PCI-X 2.0.
Físicamente si bien parece similar al conector PCI 64 bits pues tiene el mismo largo
y los mismos quot;tramosquot; de pines, la posición relativa del quot;tramo cortoquot; de
conectores es distinta en ambos casos, pues en la PCI-X está en un extremo,
mientras que en las PCI 64 bits se encuentra en la parte central de la placa.
Insistimos (pues en mucha bibliografía incorrecta se confunde este bus con el PCI-
e o PCI Express) en que este bus es diferente al PCI-e no solo por la forma y
distribución de conectores, sino por su filosofía de operación, dado que aquí
todavía de sigue usando una transmisión quot;paralelaquot; de información llevada al
límite de sus posibilidades pues se comienza a saturar el puente Sur del chipset del
motherboard, mientras que en bus PCI-e se ha cambiado el diseño interno del
motherboard (ver documentos de Intel linkeados en el párrafo relativo a la PCI-e)
y la transmisión es de tipo serial sobre múltiples canales
RANURA MRS:
Presentamos este slot no debido a que sea un slot relevante por su importancia,
sino simplemente porque siendo similar geométricamente a un slot PCI-e, el
mismo puede inducir a algún usuario a pensar que su motherboard tiene ranuras
PCI-e y no es asi.
12. Esta ranura conocida como MRS ó AMR ó AMRS (Audio/Módem Riser Slot) es una
ranura específica que fue incluida en algunas generaciones de motherboards como
una conexión especial para conectar ciertos módems o placas de sonido quot;bobasquot;
que utilizaban para el procesamiento propio de sus funciones el procesador del
sistema en el cual estaban alojadas.
En lo más mínimo es de uso universal dado que sólamente puede ser usada para
los dos fines específicos enunciados. Y para distinguirlo se deberá notar que el
mismo es levemente más largo que un PCI-e 1X slot
OTROS BUSES:
Desde ya que hay otra serie de buses en distintos equipos pues si bien la mayoría
del mercado ha tratado de seguir una tendencia de estandarización, ya sea por
motivos marketing, de estrategia comercial o necesidades técnicas muy específicas,
han surgido una gran variedad de conectores de bus diferentes. En general su
presencia es muy poco frecuente y suelen tener aspectos y formatos bastante
diferenciados como para que sean confundidos y tratar todos ellos aquí estaría
fuera del alcance buscado por esta nota.
El USB (Universal Serial Bus) y el bus 1394 eliminan la necesidad de
instalar tarjetas de expansión. El equipo se conecta directamente al puerto
(USB o 1394) en la computadora, el que se conecta al bus PCI en el
motherboard.
El PC Card bus es el “expansion bus” para el PC Card. Los datos se
transfieren del PC Card al procesador a través del PCI bus.
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
13. 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.
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:
Elimina cualquier limitación que el conjunto PC-Bios pueda imponer a las
unidades de disco.
El direccionamiento lógico elimina la sobrecarga que podría tener el host al
maniobrar los aspectos físicos del dispositivo, el controlador SCSI lo
controla.
14. 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.