Sistema Computacional

Estructuras de interconexión de un Sistema computacional

Un sistema computacional es un sistema complejo que puede llegar a estar constituido por millones de componentes electrónicos elementales.

Esta naturaleza multinivel de los sistemas complejos es esencial para comprender tanto su

descripción como su diseño. En cada nivel se analiza su estructura y su función en el

sentido siguiente:

Estructura: La forma en que se interrelacionan las componentes

Función: La operación de cada componente individual como parte de la estructura

Por su particular importancia se considera la estructura de interconexión tipo bus.

BUS

INTRODUCCIÓN

A pesar de que el bus tiene una significación muy elemental en la forma de funcionamiento de un sistema de ordenador, el desarrollo del bus del PC representa uno de los capítulos más oscuros en la historia del PC. Aunque lBM intentó conseguir un sistema abierto y de hacer pública todo tipo de información, interrumpió la documentación de los pasos exactos de las señales del bus, seguramente bajo el supuesto de que nadie necesitaría esta información.

EI bus representa básicamente una serie de cables mediante los cuales pueden cargarse datos en la memoria y desde allí transportarse a la CPU. Por así decirlo es la autopista de los datos dentro del PC ya que comunica todos los componentes del ordenador con el microprocesador. El bus se controla y maneja desde la CPU.

El objetivo de conectar una tarjeta a un bus de expansión es que ésta funcione como si estuviera directamente conectada al procesador. Con el fin de hacer factible estas características el bus de expansión XT presentaba el mismo ancho de bus (8 bits) y operaba a la misma velocidad de reloj (4.77 MHz) que el propio procesador 8088.

Con la evolución de los procesadores también hubo una revolución en los buses que se habían quedado obsoletos. Así cuando en 1984 IBM presenta el PC AT (con el procesador Intel 80286) se rompió la aparentemente inquebrantable relación entre bus y microprocesador. Aunque en la practica el reloj del procesador de un AT funciona a la misma velocidad que su reloj de bus, IBM había abierto la puerta a la posibilidad de que este último fuese más rápido que el reloj del bus. Así pues el bus que incorporó el AT fue de un ancho de banda de 16 bits funcionando a 8.33 Mhz. Este enfoque de diseño no oficial se denominó oficialmente ISA (Industry Standard Arquitecture) en 1988.

Puesto que el bus ISA ofrecía algunas limitaciones En IBM se desarrolló otro tipo de bus que funcionaba a 10 Mhz y que soportaba un ancho de banda de 32 bits. Este bus se monto en la gama PS/2. El gran problema de este bus es que no era compatible con los anteriores y necesitaba de tarjetas de expansión especialmente diseñadas para su estructura.

Como el mercado necesitaba un bus compatible ISA que fuese más rápido, la mayoría de fabricantes establecieron las especificaciones del bus EISA (Extended ISA) que ensanchaba la ruta de datos hasta 32 bits, sin embargo la necesidad de compatibilidad con ISA hizo que este nuevo bus tuviese que cargar con la velocidad básica de transferencia de ISA (8.33 Mhz).

Pero la gran revolución estaba por llegar. Por un lado los procesadores Intel 80486 y por otro la invasión en el mercado de los sistemas gráficos como Windows hicieron necesario la aparición de un nuevo tipo de bus que estuviese a la altura de estos hitos. Al manejarse gráficos en color se producían grandes cuellos de botella al pasar del procesador al bus ISA (el 80486 funcionaba a 33 Mhz y el bus ISA a 8.33 Mhz). La solución era enlazar el adaptador gráfico y otros periféricos seleccionados directamente al microprocesador. Es aquí donde surgen los buses locales. Fue VESA ( un organismo de estandarización de dispositivos de vídeo) quién presentó el primer tipo de bus local. Se le llamo VESA LOCAL BUS (VLB). Este tipo de bus revolucionó el mercado ya que permitía una velocidad de 33 Mhz pudiéndose alcanzar una máxima de 50 Mhz y su ancho de

banda era de 32 bits (aunque en su especificación 2.0 se alcanzan los 64 bits).

En el año 1992 Intel presentó un nuevo bus local llamado PCI, que aunque no mejoró el rendimiento del VLB, superó las carencias que presentaba este bus que estaba orientado al diseño de los procesadores 80486. Así pues el PCI se desarrolló como un bus de futuro. La velocidad de este bus era inicialmente de 20 Mhz y funcionaba a 32 bits, aunque en la actualidad su

velocidad de transferencia alcanza los 33 Mhz y su ancho de banda llega hasta los 64 bits. Otra característica de este tipo de bus es la posibilidad de que se le conecten tarjetas que funcionen a distintos voltajes.

FUNCIONAMIENTO

En el bus se encuentran dos pistas separadas, el bus de datos y el bus de direcciones. La CPU escribe la dirección de la posición deseada de la memoria en el bus de direcciones accediendo a la memoria, teniendo cada una de las líneas carácter binario. Es decir solo pueden representar 0 o 1 y de esta manera forman conjuntamente el numero de la posición dentro de la memoria (es decir: la dirección). Cuanto mas líneas haya disponibles, mayor es la dirección máxima y mayor es la memoria a la cual puede dirigirse de esta forma. En el bus de direcciones original habían ya 20 direcciones, ya que con 20 bits se puede dirigir a una memoria de 1 MB y esto era exactamente lo que correspondía a la CPU.

Esto que en le teoría parece tan fácil es bastante mas complicado en la práctica, ya que aparte de los bus de datos y de direcciones existen también casi dos docenas más de líneas de señal en la comunicación entre la CPU y la memoria, a las cuales también se acude. Todas las tarjetas del bus escuchan, y se tendrá que encontrar en primer lugar una tarjeta que mediante el envío de una señal adecuada indique a la CPU que es responsable de la dirección que se ha introducido. Las demás tarjetas se despreocupan del resto de la comunicación y quedan a la espera del próximo ciclo de transporte de datos que quizás les incumba a ellas.

PROCESADOR

Bus de direcciones

Bus de datos

8086

20

16

8088

20

8

80186

20

16

80188

20

8

80286

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