Se hace una descripción general de los tipos de bus de la tarjeta madre.

1. Universidad Interamericana para el Desarrollo
Tipos de bus de la
tarjeta madre
Infraestructura tecnológica
Diana Lilia Rodríguez Cruz
2013
0
lilia_tecisc@yahoo.com.mx

2. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
Contenido
Introducción ........................................................................................................................................................................... 2
¿Qué es una tarjeta madre? ............................................................................................................................................. 3
¿Las partes de la tarjeta madre ...................................................................................................................................... 3
Tipos de bus........................................................................................................................................................................... 3
Bus de Datos ..................................................................................................................................................................... 3
Bus de dirección .............................................................................................................................................................. 5
Bus de control................................................................................................................................................................... 6
Bus de expansión ............................................................................................................................................................ 6
Bus del sistema ................................................................................................................................................................ 6
El Bus IDE ............................................................................................................................................................................ 7
BUS SATA ........................................................................................................................................................................... 8
Bus USB ............................................................................................................................................................................ 10
USB 2.0 ......................................................................................................................................................................... 12
USB 3.0 ......................................................................................................................................................................... 13
Conclusiones ....................................................................................................................................................................... 15
Referencias .......................................................................................................................................................................... 15
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3. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
Tipos de bus de la tarjeta madre
Introducción
Desde principios de las arquitecturas de un computador, se ha contado con el concepto de Bus,
cuya principal tarea es llevar mensajes desde el CPU a la memoria principal como se muestra en una
estructura básica de Von Neumann.
En base a lo anteriormente comentado, nos podemos dar cuenta de que siempre tiene que existir
la manera de comunicar datos de un componente a otro de nuestra PC, ya sea mediante el bus de datos,
de direcciones o de control. Pasados los años, e inclusive décadas después de aquella primera
arquitectura computacional se han ido desarrollando nuevos tipos de bus que ayuden en el óptimo paso
de mensajes a los diferentes componentes o dispositivos de un computador.
En la presente investigación veremos muchos de los tipos de buses que existen y comenzaremos
por dar una breve descripción de lo que es una tarjeta madre, que es la base donde se conectan los buses
de nuestro computador.
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4. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
¿Qué es una tarjeta madre?
La tarjeta madre es el componente más importante de un computador, ya que en él se integran y
coordinan todos los demás elementos que permiten su adecuado funcionamiento. De este modo, una
tarjeta madre se comporta como aquel dispositivo que opera como la plataforma o circuito principal de
una computadora
¿Las partes de la tarjeta madre
BIOS, ranuras PCL, cache,chipset,conectores de teclados, ratón USB...ATX,conector eléctrico,
zócalo ZIF, ranuras DIMM, ranuras SIMM, conectores EIDE, conector disquetera,pila,ranura AGP, ranura ISA
Tipos de bus
Bus de Datos
Bus de datos: son las líneas de comunicación por donde circulan los datos externos e internos del
microprocesador.
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5. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
En las arquitecturas de ordenadores personales, el procesador (CPU), que es el que controla y
procesa todas las operaciones, debe comunicarse con el resto de dispositivos (y algunos entre ellos
también) para poder recibir la información, transmitirla procesada, así como mandar órdenes a otros
dispositivos. Por ese motivo está conectado al chip Northbridge mediante un bus de datos fundamental:
el FSB.
En esta imagen tenemos una representación de la arquitectura Northbridge/Southbridge. Las
flechas indican buses de datos que comunican los diferentes dispositivos de un ordenador. El chipset de
una placa base, formado básicamente por el Northbridge (controlador de puente norte) y el Southbridge
(controlador de puente sur), se encarga de gobernar las comunicaciones en los buses, de la misma
manera que los semáforos regulan el tráfico en las calles de una ciudad.
El Northbridge es el chip más importante, el núcleo de la placa base; tiene la función de controlar
las comunicaciones entre procesador, memoria RAM, tarjeta gráfica y el Southbridge, y servir de conexión
central entre los dispositivos mencionados.
El Southbridge es un chip que controla los dispositivos de entrada/salida del sistema (periféricos
como disco duro, teclado, ratón, puertos PCI...), se comunica con el resto del sistema mediante el chip
principal: Northbridge.
Uno de los buses de datos más importante es el que conecta al procesador (CPU) con el resto del
sistema a través del Northbridge, se le conoce como FSB (bus frontal), y transmite toda la información del
procesador al resto de dispositivos y viceversa. La frecuencia de un procesador se expresa en términos de
la frecuencia del FSB multiplicado por un valor predeterminado por el fabricante, por eso conocer bien el
FSB es vital en la práctica del Overclocking (forzar un procesador a trabajar a una velocidad mayor que la
de serie).
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6. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
Bus de dirección
Bus de dirección: línea de comunicación por donde viaja la información específica sobre la
localización de la dirección de memoria del dato o dispositivo al que se hace referencia.
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 el tamaño máximo en bits del banco de memoria que se
podrá direccionar con n líneas. Por ejemplo, para direccionar una memoria de 256 bits, 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 cuál de las dos funciones está activa.
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7. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
Bus de control
Bus de control: línea de comunicación por donde se controla el intercambio de información con
un módulo de la unidad central y los periféricos.
Bus de expansión
Bus de expansión: conjunto de líneas de comunicación encargado de llevar el bus de datos, el bus
de dirección y el de control a la tarjeta de interfaz (entrada, salida) que se agrega a la tarjeta principal
Bus del sistema
Bus del sistema: todos los componentes de la CPU se vinculan a través del bus de sistema,
mediante distintos tipos de datos el microprocesador y la memoria principal, que también involucra a la
memoria caché de nivel 2. La velocidad de transferencia del bus de sistema está determinada por la
frecuencia del bus y el ancho del mínimo
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8. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
El Bus IDE
El cable IDE es un tipo de cable, generalmente gris, que se utiliza para conectar unconector IDE de
laplaca madre hacia un dispositivo de almacenamiento (especialmentediscos duros y unidades de discos
ópticos).Permite conectar dos dispositivos, el problema es que sólo un dispositivo puede
estartransfiriendo información a la vez.El más utilizado en la interconexión de dispositivos de
almacenamientomasivo comodiscos duros, unidades de CD y DVD-ROM, grabadoras de CD, unidades de
cinta yotros dispositivos removibles. Dada su sencillez, la fabricación de esta interfaz esbarata, y pese a
sus iniciales limitaciones (muchas de ellas ya superadas), se haconvertido en un método de interconexión
rápido y suficientemente potente para lamayoría de usuarios.Una de sus limitaciones es que no se pueden
conectar más de dos dispositivos en cadacanal.Otra limitación es que los datos no pueden ser
transferidos simultáneamente a los dosdispositivos que se encuentren en el mismo canal, sino que esa
transmisión debehacerse por turnos.
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9. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
BUS SATA
SATA(acrónimo de Serial AdvancedTechnologyAttachment) es un tipo de bus de datos y tiene
que ver con el transporte de datos entre los dispositivos (DVD, Disco Duro y Dispositivos de Cintas de
Datos).
Los buses de datos convencionales IDE traían más y más problemas con el aumento de la
velocidad del transporte de datos.
El nuevo estándar SATA, sucesor del IDE o ATA, resuelve este problema. La transferencia de bit
por bit impide la pérdia de datos. Este bus usa ahora una tecnología LVDS que ya está conocida por el
bus SCSI que usa la tecnología LVD.
Cada dispositivo tiene ahora su propio puerto en la placa base.
Las ventajas principales del bus SATA son:
Más velocidad en el transporte de datos
Menos enredo con los cables
Mayor longitud del cable de transmisión de datos
Conectividad de discos en caliente (con la computadora encendida)
Un bus SATA simple alcanza una velocidad de 150 MB/s, que no es mucho más que interfaz
convencional paralelo IDE con ATA-133. Pero un bus SATA II ya incrementa el límite a 300 MB/s.
Al referirse a velocidades de transmisión, conviene recordar que en ocasiones se confunden las
unidades de medida, y que las especificaciones de la capa física se refieren a la tasa real de datos,
mientras que otras especificaciones se refieren a capacidades lógicas.
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10. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
La primera generación específica en transferencias de 150 MB por segundo, también conocida
por SATA 150 MB/s o Serial ATA-150. Actualmente se comercializan dispositivos SATA II, a 300 MB/s,
también conocida como Serial ATA-300 y los SATA III con tasas de transferencias de hasta 600 MB/s.
Las unidades que soportan la velocidad de 3Gb/s son compatibles con un bus de 1,5 Gb/s.
En la siguiente tabla se muestra el cálculo de la velocidad real de SATAI 1,5 Gb/s, SATAII 3 Gb/s y
SATAIII 6 Gb/s:
SATA I SATA II SATA III
Frecuencia 1500 MHz 3000 MHz 6000MHz
Bits/clock 1 1 1
Codificación 8b10b 80% 80% 80%
bits/Byte 8 8 8
Velocidad real 150 MB/s 300 MB/s 600 MB/s
SATA es una arquitectura "punto a punto". Es decir, la conexión entre puerto y dispositivo es
directa, cada dispositivo se conecta directamente a un controlador SATA.
Los conectores y los cables son la diferencia más visible entre las unidades SATA y las ATA. Al
contrario que los ATA, se usa el mismo conector en las unidades de almacenamiento de equipos de
escritorio o servidores (3,5 pulgadas) y los de los portátiles (2,5 pulgadas). Esto permite usar las unidades
de 2,5 pulgadas en los sistemas de escritorio sin necesidad de usar adaptadores a la vez que disminuyen
los costes.
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11. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
Bus USB
El USB (Bus de serie universal), como su nombre lo sugiere, se basa en una arquitectura de tipo
serial. Sin embargo, es una interfaz de entrada/salida mucho más rápida que los puertos seriales estándar.
La arquitectura serial se utilizó para este tipo de puerto por dos razones principales:
1. La arquitectura serial le brinda al usuario una velocidad de reloj mucho más alta que la
interfaz paralela debido a que este tipo de interfaz no admite frecuencias demasiado altas
(en la arquitectura de alta velocidad, los bits que circulan por cada hilo llegan con retraso
y esto produce errores);Los cables seriales resultan mucho más económicos que los
cables paralelos.
2. Los puertos USB admiten dispositivosPlug and play de conexión en caliente. por lotanto,
los dispositivos pueden conectarse sin apagar el equipo (conexión encaliente)
Existen dos tipos de conectores USB:
Tipo A
De forma rectangular y se utilizan, generalmente, para dispositivos queno requieren demasiado
ancho de banda (como el teclado, el ratón, las cámaras Web,etc.);
Tipo B
Poseen una forma cuadrada y se utilizan principalmente para dispositivos dealta velocidad (discos
duros externos, etc.)
Funcionamiento del USB
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12. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
Una característica de la arquitectura USB es que puede proporcionar fuente de alimentación a los
dispositivos con los que se conecta, con un límite máximo de 15 V por dispositivo. Para poder hacerlo,
utiliza un cable que consta de cuatro hilos (la conexión a tierra GND, la alimentación del BUS y dos hilos
de datos llamados D- y D+).
El estándar USB permite que los dispositivos se encadenen mediante el uso de una topología en
bus o de estrella. Por lo tanto, los dispositivos pueden conectarse entre ellos tanto en forma de cadena
como en forma ramificada.
La ramificación se realiza mediante el uso de cajas llamadas "concentradores" que constan de una
sola entrada y varias salidas. Algunos son activos (es decir, suministran energía) y otros pasivos (la energía
es suministrada por el ordenador).
La comunicación entre el host (equipo) y los dispositivos se lleva a cabo según un protocolo
(lenguaje de comunicación) basado en el principio de red en anillo. Esto significa que el ancho de banda
se comparte temporalmente entre todos los dispositivos conectados. El host (equipo) emite una señal
para comenzar la secuencia cada un milisegundo (ms), el intervalo de tiempo durante el cual le ofrecerá
simultáneamente a cada dispositivo la oportunidad de "hablar". Cuando el host desea comunicarse con
un dispositivo, transmite una red (un paquete de datos que contiene la dirección del dispositivo cifrada en
7 bits) que designa un dispositivo, de manera tal que es el host el que decide "hablar" con los
dispositivos. Si el dispositivo reconoce su dirección en la red, envía un paquete de datos (entre 8 y 255
bytes) como respuesta. De lo contrario, le pasa el paquete a los otros dispositivos conectados. Los datos
que se intercambian de esta manera están cifrados conforme a la codificación NRZI.
Como la dirección está cifrada en 7 bits, 128 dispositivos (2^7) pueden estar conectados
simultáneamente a un puerto de este tipo. En realidad, es recomendable reducir esta cantidad a 127
porque la dirección 0 es una dirección reservada.
Debido a la longitud máxima de 5 metros del cable entre los dos dispositivos y a la cantidad
máxima de 5 concentradores (a los que se les suministra energía), es posible crear una cadena de 25
metros de longitud.
A partir de 1995, el estándar USB se ha desarrollado para la conexión de una amplia gama de
dispositivos.
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13. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
USB 2.0
El estándar USB 2.0 permite alcanzar velocidades de hasta 480 Mbit/s. Los dispositivos
certificados por el estándar USB 2.0 llevan el siguiente logotipo:
Si no lleva ningún logotipo, la mejor manera de determinar si un dispositivo es de USB de alta o
baja velocidad es consultar la documentación del producto, siempre y cuando los conectores sean los
mismos.
La compatibilidad entre USB 1.0, 1.1 y 2.0 está garantizada. Sin embargo, el uso de un dispositivo
USB 2.0 en un puerto USB de baja velocidad (es decir 1.0 ó 1.1) limitará la velocidad a un máximo de 12
Mbit/s. Además, es probable que el sistema operativo muestre un mensaje que indique que la velocidad
será restringida.
Los puertos USB 1.0, 1.1 y USB 2.0 tienen 4 contactos.En la siguiente figura se muestran las líneas
eléctricas y su descripción básica:
Figura 2. Líneas eléctricas del conector USB 1.0 y USB 2.0, las líneas centrales conducen datos, las
laterales la alimentación.
1.- Vbus (+ 5 Volts, alimentación)
2.- D- (- datos)
3.- D+ (+ datos)
4.- GND (tierra)
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14. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
USB 3.0
La nueva interfaz de USB 3.0 incrementa por 10 veces el ancho de banda de la especificación
actual, al llevarla hasta los 5Gbps (625MB/s) USB 3.0, desde los 480Mbit/s (60MB/s) de la especificación
actual USB 2.0, que data desde ya hace 8 años, cuando fuera lanzado en abril de 2000 y que vino a
reemplazar a la especificación USB 1.1 (12Mb/s) introducida en el 98, la que a su vez reemplazo al USB 1.0
(1.5Mb/s) lanzada en 1998.
USB 3.0 además mantendrá la retro compatibilidad con la especificaron actual y el mismo diseño
de conectores, aunque tecnológicamente será bastante diferente, ya que mientras USB 2.0 está basado la
administración de flujo de datos de manera uni-direccional, (con negociación para el envío de datos por
el bus direccional), USB 3.0 soporta flujo de datos simultáneos de manera bi-direccional, esto a través de
un cable de tipo “dual-simplex four-wire” con señal diferenciada, en lugar de cableado “half-duplex two
wire differential” de la especificación actual. A nivel de consumo, USB 3.0 incluye una nueva característica
de administración de energía que soporta estados: Idle (sin carga), Sleep (Reposo) y Suspend
(Suspendido), esto con el fin de hacer un óptimo uso de la energía de la interfaz. En este mismo tema la
nueva interfaz proveerá la energía suficiente para que dispositivos como discos duros externos de alta
velocidad, no requieran de fuente de alimentación adicional, sino sólo el propio cable USB, algo que sin
duda simplificara las cosas.
USB 3.0, será conocido comercialmente como SuperSpeed USB y los primeros controladores
aparecerán en la segunda mitad del 2009, mientras que productos comerciales aparecerán en el 2010. Los
primeros dispositivos USB SuperSpeed serán dispositivos de almacenamiento Flash, discos duros
externos, cámaras digitales, y reproductores de música digitales.
Empresas promotoras de USB 3.0
Intel
Microsoft
St Ericsson
HP
Renesa
Texas Instrument.
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15. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
A pesar de que el puerto USB 3, está actualmente integrado ya en algunas placas de nueva
generación, aún no hay dispositivos comerciales/populares para esta tecnología.
En el puerto USB 3.0 cuenta con 9 (2 por los cuáles será capaz de enviar, 2 por los cuáles recibir
de manera simultánea). En la siguiente figura se muestran las líneas eléctricas y su descripción básica:
1.- Vbus (+ 5 volts, alimentación)
2.- D- (- datos)
3.- D+ (+ datos)
4.- GND (tierra)
5.- StdA_SSRX- (Recibe datos)
6.- StdA_SSRX+ (Recibe datos)
7.- GND_DRAIN (tierra-drenado)
8.- StdA_SSTX- (Envía datos)
9.- StdA_SSTX+ (Envía datos)
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16. INFRAESTRUCTURAS TECNOLÓGICAS
Conclusiones
Para finalizar, podemos concluir que la necesidad de seguir mejorando en la velocidad de
transmisión de datos es forzosa, ya que los dispositivos y componentes de un computador evolucionan
con el paso del tiempo y sus requerimientos necesitan de buses en este caso que se adecuen a las nuevas
características que se vayan presentando.
Referencias
Tarjeta madre. Disponible en:http://wwwtargetmadre.blogspot.mx/p/bus-de-datos-las-lineas-de-
comunicacion.html Consultado: 12 de febrero de 2013.
Bus de datos. Disponible en:http://www.configurarequipos.com/doc401.html Consultado: 12 de
febrero de 2013.
Bus de direcciones. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Bus_de_direcciones Consultado: 12
de febrero de 2013.
Especificaciones del USB 3.0 finalizada. Disponible en
:http://www.madboxpc.com/especificaciones-del-usb-30-finalizadas/Consultado: 15 de Febrero 2013.
Universal Serial Bus. Disponible en línea: http://www.usb.org/developers/ssusb Consultado: 15 de
febrero de 2013.
El puerto USB 1.0/2.0/3.0 Disponible en línea:
http://www.informaticamoderna.com/El_puerto_USB.htm#ver
Edison 1587. Disponible en línea: http://edisonmoreno1587.blogspot.mx/2008/10/bus-
sata_10.html Consultado: 15 de febrero de 2013
Serial ATA Disponible en línea: http://es.wikipedia.org/wiki/Serial_ATA Consultado: 15 de febrero
de 2013.
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