BUSES
DE COMUNICACIÓN.
En
arquitectura de computadores, el bus (o canal) es un sistema digital que
transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre computadoras.
Está formado por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como
resistores y condensadores además de circuitos integrados.
En
los primeros computadores electrónicos, todos los buses eran de tipo paralelo,
de manera que la comunicación entre las partes del computador se hacía por
medio de cintas o muchas pistas en el circuito impreso, en los cuales cada
conductor tiene una función fija y la conexión es sencilla requiriendo
únicamente puertos de entrada y de salida para cada dispositivo.
La
tendencia en los últimos años se hacía uso de buses seriales como el USB,
Firewire para comunicaciones con periféricos reemplazando los buses paralelos,
incluyendo el caso como el del microprocesador con el chipset en la placa base.
Esto a pesar de que el bus serial posee una lógica compleja (requiriendo mayor
poder de cómputo que el bus paralelo) a cambio de velocidades y eficacias mayores.
Existen
diversas especificaciones de que un bus se define en un conjunto de
características mecánicas como conectores, cables y tarjetas, además de
protocolos eléctricos y de señales.
Funcionamiento.-
La
función del bus es la de permitir la conexión lógica entre distintos
subsistemas de un sistema digital, enviando datos entre dispositivos de
distintos órdenes: desde dentro de los mismos circuitos integrados, hasta
equipos digitales completos que forman parte de supercomputadoras.
La
mayoría de los buses están basados en conductores metálicos por los cuales se
trasmiten señales eléctricas que son enviadas y recibidas con la ayuda de
integrados que poseen una interfaz del bus dado y se encargan de manejar las
señales y entregarlas como datos útiles. Las señales digitales que se trasmiten
son de datos, de direcciones o señales de control.
Los
buses definen su capacidad de acuerdo a la frecuencia máxima de envío y al
ancho de los datos. Por lo general estos valores son inversamente
proporcionales: si se tiene una alta frecuencia, el ancho de datos debe ser
pequeño. Esto se debe a que la interferencia entre las señales (crosstalk) y la
dificultad de sincronizarlas, crecen con la frecuencia, de manera que un bus
con pocas señales es menos susceptible a esos problemas y puede funcionar a
alta velocidad.
Todos
los buses de computador tienen funciones especiales como las interrupciones y
las DMA que permiten que un dispositivo periférico acceda a una CPU o a la
memoria usando el mínimo de recursos.
Primera generación:
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.
La
empresa DEC notó que el uso de dos buses no era necesario si se combinaban las
direcciones de memoria con las 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 PU que realiza las funciones de árbitro 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 años 70 y 80. 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 megahercios de frecuencia dependiendo del procesador.
Segunda generación:
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 jerarquizar 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.
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. 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:
Bus de datos.-
Son las líneas de comunicación por donde circulan los datos externos e internos
del microprocesador.
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.
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.-
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.-
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.
