Buses Y Caracteristicas

Buses de un PC:

Buses Procesador−Memoria Sistema

Resumen:

Las distintas unidades funcionales de un computador necesitan comunicarse. Por ello, deben existir líneas, que

compondrán el bus, para interconectar estos módulos. Por esta razón es por la que decidimos elegir los buses

del ordenador como tema de estudio. 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, porque además serán las características del bus las que marcarán el rendimiento de dicha tarjeta.

En este documento se realiza una descripción genérica de los buses de comunicación del computador.

Para comenzar, establecemos una definición detallada de los mismos y su utilización. Seguidamente

describimos las diferentes especificaciones que debe cumplir, su jerarquía (clasificación en sus diferentes

tipos), la estructura propia del bus, sus características más importantes y además sus políticas de arbitraje

correspondientes.

Finalmente, para comprender mejor el funcionamiento del bus, explicaremos y nos centraremos en el

funcionamiento de dos tipos de buses, como son el bus serie USB y el bus paralelo PCI que están

ampliamente extendidos en la actualidad.

INDICE nº página

1.− INTRODUCCIÓN 3

2.− GENERALIDADES 3

2.1− BUSES NORMALIZADOS 4

2.2− JERARQUÍA DE BUSES 4

2.3− ESTRUCTURA DEL BUS 7

2.4− CARACTERÍSTICAS DE LOS BUSES 8

2.5− ARBITRAJE 10

3.− BUSES PARALELO: EL CASO DEL PCI 12

4.− BUSES SERIE: EL CASO DEL USB 17

5.− CONCLUSIONES 20

6.− REFERENCIAS 2

7.−ÍNDICE DE FIGURAS 2

1. INTRODUCCIÓN

1

Las distintas unidades funcionales de un computador necesitan comunicarse. Deben existir, por lo tanto, líneas

para interconectar estos módulos.

El bus es el elemento fundamental de interconexión en la arquitectura de von Neumann y el encargado de

comunicar estos módulos. Es un canal de comunicación compartido que utiliza un conjunto de cables para

conectar múltiples subsistemas. Cada cable o línea transmite un único bit de información en un determinado

momento.

Los buses por tanto 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. Esta es la razón por la que decidimos elegir los buses del

ordenador como tema de estudio. 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.

Por todo ello realizaremos una explicación general de la estructura de los buses. Así como indicaremos las

especificaciones necesarias para que un bus este normalizado, y una clasificación jerárquica de los mismos.

También veremos una visión en conjunto de las características que definen un bus y que permiten distinguir

fácilmente unos de otros (la anchura del bus o número de bits o líneas de direcciones y datos, la temporización

o método de sincronización, etc.). El arbitraje o método de obtención de permiso para acceder al medio será

el último punto que trataremos en general de los buses.

Ante la imposibilidad de realizar una exposición pormenorizada de todos y cada uno de los bus existentes para

PC, trataremos de resumir y mostrar a modo de ejemplo, las particularidades de dos buses: el USB y el PCI.

2. GENERALIDADES

El bus es el elemento más corriente de comunicación en los computadores y consta de un camino que permite

comunicar selectivamente un número de componentes o dispositivos, de acuerdo a unas ciertas reglas o

normas de conexión. Desempeña por tanto las tareas de enlace y de conmutador, puesto que permite, en cada

momento, seleccionar los dispositivos que se comunican a través suyo.

En las transferencias de información que se realizan en los buses, hay como mínimo dos agentes involucrados:

el que origina la transferencia, que denominaremos maestro de la transferencia y el que responde a la misma,

que denominaremos esclavo de la transferencia. No todos los elementos conectados a un bus pueden actuar

como a estos de la transferencia; se denominan maestros potenciales aquellos elementos que sí tienen esta

capacidad.

La operación básica del bus se denomina ciclo de bus. Un ciclo permite realizar una transferencia elemental

de un dato entre dos dispositivos. En esta transferencia, la información se lleva de un elemento que se

denomina fuente a otro que se denomina destino. Los buses modernos permiten agrupar varias transferencias

en una sola operación, que denominaremos transacción, estas pueden tener los mismos o distintos destinos, o

incluso un mismo elemento puede actuar como fuente y como destino en distintas transferencias de una

misma transacción.

2.1. BUSES NORMALIZADOS

Un bus debe cumplir las siguientes especificaciones:

Nivel mecánico

2

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.

[1] [3]

2.2. 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.

·

3

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

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