Los buses en informática

Buses De Interconexión 

Resumen

Los buses de interconexión son un conjunto de conexiones físicas (cable, placa de circuito, etc) que deben compartirse con múltiples componentes para que se comuniquen entre sí. El propósito de los buses es reducir el número de rutas necesarias para la comunicación entre los distintos componentes, al realizar las comunicaciones a través de un solo canal de datos. Ésta es la razón por la que, a veces, se utiliza la metáfora "autopista de datos".

Desarrollo

Subconjunto de un bus

En realidad, cada bus se halla generalmente constituido por entre 50 y 100 líneas físicas distintas que se dividen a su vez en tres subconjuntos:

El bus de direcciones, (también conocido como bus de memoria) transporta las direcciones de memoria al que el procesador desea acceder, para leer o escribir datos. Se trata de un bus unidireccional.

El bus de datos transfiere tanto las instrucciones que provienen del procesador como las que se dirigen hacia él. Se trata de un bus bidireccional.

El bus de control (en ocasiones denominado bus de comando) transporta las órdenes y las señales de sincronización que provienen de la unidad de control y viajan hacia los distintos componentes de hardware. Se trata de un bus bidireccional en la medida en que también transmite señales de respuesta del hardware.

Características de un bus

Un bus se caracteriza por la cantidad de información que se transmite en forma simultánea. Este volumen se expresa en bits y corresponde al número de líneas físicas mediante las cuales se envía la información en forma simultánea. Un cable plano de 32 hilos permite la transmisión de 32 bits en paralelo. El término "ancho" se utiliza para designar el número de bits que un bus puede transmitir simultáneamente.  Por otra parte, la velocidad del bus se define a través de su frecuencia (que se expresa en Hercios o Hertz), es decir el número de paquetes de datos que pueden ser enviados o recibidos por segundo. Cada vez que se envían o reciben estos datos podemos hablar de ciclo. (1)

Buses de Entrada/Salida e interfaz

Las necesidades de comunicación en un ordenador son muy diversas. Por un lado, tenemos periféricos que necesitan un ancho de banda pequeño (por ejemplo, el ratón); sin embargo, hay otros, como el disco duro, que necesitan un ancho de banda lo mayor posible.

Hay interfaces que se dedican a un único dispositivo (por ejemplo: teclado, ratón, impresora) y hay otros que se dedican a un amplio espectro de dispositivos.

La conexión del dispositivo con el bus en algunos casos se realiza en el interior del ordenador. Para ello hay un lugar especialmente diseñado para insertar la tarjeta controladora, que se llama ranura de expansión (slot). En cambio, en otros casos se realiza en el exterior, a través de unos dispositivos que reciben el nombre de puertos.

Los puertos reciben el mismo nombre que los buses con los que se comunican a los periféricos. Los más usuales son:

Ø  Serie. Utiliza una única línea para transmitir los datos, éstos pasan uno detrás de otro. Son lentos, pero muy flexibles. En ellos podemos encontrar conectados ratones, módemes externos, escáneres, etcétera.

Ø  Paralelo: recibe este nombre porque puede transmitir simultáneamente los bits de datos por medio de diferentes líneas. Es el más utilizado para las impresoras.

  Ø  USB (Universal Serial Bus). Como su nombre indica (Bus Serie Universal), nació como un estándar que permitiera conectar todo tipo de dispositivos. Es un conector tipo serie que funciona a dos velocidades diferentes, dependiendo del periférico: una baja, a 1,5 megabits por segundo (Mbps), y otra alta, a 12 Mbps.

Ø  FireWire (IEEE 1934): es muy rápido (funciona a 400 Mbps) y está pensado para transferencia de vídeo y DVD.

  Ø  PCI (Peripheral Component Interconnect). La Interconexión de Componentes Periféricos es un conector tipo paralelo de un ancho de banda de 32. Su capacidad de transferencia llega a 133 Mbps. Se halla en el interior del ordenador y admite gran variedad de tarjetas controladoras.

  

  Ø  AGP (Accelerated Graphics Port). El Puerto de Gráficos Acelerados se suele utilizar en exclusiva para conectar la tarjeta controladora del monitor (tarjeta gráfica). Su velocidad de transferencia aumenta continuamente, superando hoy día 1 Gbps (gigabit por segundo). (2)

Buses

Los distintos elementos de un computador se interconectan por medio de buses, que proporcionan un camino de comunicación para el flujo de datos, direcciones y señales de control/estado entre los distintos elementos. Se presenta el problema de que cuando se comunican dos elementos a través de un bus, el más lento establece la velocidad de transmisión, y para solucionarlo y obtener un buen rendimiento en el funcionamiento global del computador resulta lógico que:

Ø  Se utilicen distintos buses en un mismo sistema, pudiéndose así realizar transmisiones simultáneamente entre distintos elementos a través de buses diferentes.

Ø  Se establezca una jerarquía de buses, en función fundamentalmente de la velocidad. Cuando la velocidad de transferencia a un periférico no es elevada se utilice una conexión serie (transmisión bit a bit), y cuando no sea así se utilice una conexión paralelo (varios hilos conductores que transmiten simultáneamente 8, 16, 32, 64 o 128 bits, dependiendo del tipo de bus).

Los circuitos integrados (chips) de cada subsistema se interconectan por medio de tarjetas de circuito impreso o PCB (Printed Circuit Board). Estas tarjetas son rectangulares, de un material aislante rígido y plano, y contienen las interconexiones eléctricas realizadas por medio de líneas (pistas) metálicas (usualmente de cobre) que van trazadas en las dos superficies de la tarjeta y en capas internas paralelas a su superficie. La tarjeta tiene orificios donde se insertan los distintos circuitos integrados, y regletas de conectores para la interconexión de otras tarjetas o elementos externos. Las conexiones eléctricas de los distintos elementos incluidos se realizan con soldaduras de estaño a las pistas de conducción (buses) correspondientes. En las regletas se insertan otras tarjetas (tarjetas de expansión) con las que la conexión eléctrica se hace por presión, de aquí que los contactos de cada regleta y de la tarjeta insertada en ella suela ser de un material conductor de muy baja resistividad (aleaciones con cobre o plata o incluso oro). En los equipos grandes las tarjetas se instalan en un chasis conectándose unas con otras por la parte posterior del mismo (panel trasero). (3)

Los Buses Principales

El bus interno o sistema (que también se conoce como bus frontal o FSB). El bus interno permite al procesador comunicarse con la memoria central del sistema (la memoria RAM).

El bus de expansión (llamado algunas veces bus de entrada/salida) permite a diversos componentes de la placa madre (USB, puerto serial o paralelo, tarjetas insertadas en conectores PCI, discos duros, unidades de CD-ROM y CD-RW, etc.) comunicarse entre sí. Sin embargo, permite principalmente agregar nuevos dispositivos por medio de las ranuras de expansión que están a su vez conectadas al bus de entrada/salida. (4)

Los buses de expansión.

Las ranuras de expansión, slots en inglés, son conectores de la placa principal en los que se insertan las tarjetas que sirven de interface entre el microprocesador y los dispositivos periféricos. Como su nombre lo expresa, sirven para la expansión de funciones de la computadora. Debido a este concepto, las computadoras de la plataforma PC pueden ser sistemas abiertos que admiten el incremento de funciones y la posibilidad de adoptar periféricos diversos y de cualquier fabricante, siempre que sean "compatibles".

El bus PC-XT

La IBM PC-XT original fue construida con base en el microprocesador Intel 8088, el cual es un circuito que trabaja con un bus interno de datos de 16 bits, aunque su bus externo es de 8 bits. Fue así como quedó definida en 8 bits la longitud del byte y de los primeros buses de expansión. El slot ISA-8 es un conector con doble hilera de 31 contactos metálicos, espaciados entre sí a una distancia de 0.1 pulgadas (alrededor de 2.5 mm).

El bus AT

Cuando se fabricó la primera computadora AT dotada con el procesador 80286 de Intel dado que este circuito fue capaz de manejar palabras de 16 bits en su bus externo, duplicando potencialmente la cantidad de información que podía ser transferida entre el CPU y sus periféricos, fue necesario adaptar la ranura de expansión para adecuarla a las nuevas prestaciones. Sin embargo, para mantener la compatibilidad con las tarjetas ya existentes, se respetó la forma y características del bus ISA-8, pero se le añadió una extensión dedicada al manejo de las señales correspondientes a los 8 bits adicionales. Por otra parte, a las tarjetas se les añadió una hilera adicional de terminales metálicas (36 en total, 18 por cada lado), dando un total de 98 puntos de conexión.

El bus local PCI

A la par del lanzamiento del procesador Pentium, Intel presentó un nuevo tipo de conector de expansión, que es el que ha predominado en máquinas de alto desempeño en los últimos años. Este nuevo slot recibió el nombre de bus local PCI (Peripheral Components Interconnect = interconexión de componentes periféricos). (5)

Conclusión

Los buses en informática son muy importantes ya que permiten la comunicación entre diversos periféricos ya sea de entrada como de salida, y gracias a estos buses se logra la interconexión entre las diferentes componentes que interactúan en nuestro ordenador.

Bibliografía

x

1.	BENCHMARK GC. ¿Qué es un bus informático? [Online].; 2016 [cited 2016 mayo 25. Available from: http://es.ccm.net/contents/364-que-es-un-bus-informatico.
2.	Duratón MLHFIESHd. Tecnología Informática vachillerato. [Online]. [cited 2016 mayo 25. Available from: http://platea.pntic.mec.es/lherranz/tema2/2dispositivos.htm.
3.	Prieto Espinosa A, Prieto Campos B. Conceptos de informática España: McGraw-Hill; 2000.
4.	Ecured. EcuRed conocimiento con todos y para todos. [Online]. [cited 2016 mayo 25. Available from: http://www.ecured.cu/BUS.
5.	EcuRed. EcuRed conocimiento con todos y para todos. [Online]. [cited 2016 mayo 25. Available from: http://www.ecured.cu/Buses_de_expansi%C3%B3n.

x