Buses
¿Qué son?
Un bus se puede definir como una línea de interconexión portadora de información, constituida por varios hilos conductores (en sentido físico) o varios canales (en sentido de la lógica), por cada una de las cuales se transporta un bit de información. El número de líneas que forman los buses (ancho del bus) es fundamental: Si un bus está compuesto por 16 líneas, podrá enviar 16 bits al mismo tiempo.
Los buses interconexionan toda la circuitería interna. Es decir, los distintos subsistemas del ordenador intercambian datos gracias a ellos. Son casi todos esos caminos que se ven en la tarjeta madre.
Tipos
Existen dos tipos primordiales de buses por el método de envío de la información: bus paralelo o serial.
Bus paralelo
Es un bus en el cual los datos son enviados por bytes al mismo tiempo, con la ayuda de varias líneas que tienen funciones fijas. La cantidad de datos enviada es bastante grande con una frecuencia moderada y es igual al ancho de los datos por la frecuencia de funcionamiento. En los computadores ha sido usado de manera intensiva, desde el bus del procesador, los buses de discos duros, tarjetas de expansión y de vídeo hasta las impresoras.
El Front Side Bus de los procesadores Intel es un bus de este tipo y como cualquier bus presenta unas funciones en líneas dedicadas:· Las Líneas de Dirección son las encargadas de indicar la posición de memoria o el dispositivo con el que se desea establecer comunicación.· Las Líneas de Control son las encargadas de enviar señales de arbitraje entre los dispositivos.
Bus serie
En este los datos son enviados, bit a bit y se reconstruyen por medio de registros o rutinas de software. Está formado por pocos conductores y su ancho de banda depende de la frecuencia. Es usado desde hace menos de 10 años en buses para discos duros, tarjetas de expansión y para el bus del procesador.
Clasificación de buses según los dispositivos que conecten:
Bus de CPU (integrado en la placa base):
Clasificación de buses según la información que transporten:
De dirección son las encargadas de indicar la posición de memoria o el dispositivo con el que se desea establecer comunicación.
El "ancho de canal" explica así mismo la cantidad de ubicaciones o Direcciones diferentes que el microprocesador puede alcanzar
De control transportan señales de estado de las operaciones efectuadas por la CPU con las demás unidades. El método utilizado por el ordenador para sincronizar las distintas operaciones es por medio de un reloj interno que posee el ordenador y facilita la sincronización y evita las colisiones de operaciones (unidad de control). Estas operaciones se transmiten en un modo bidireccional.
De datos mueve los datos entre los dispositivos del hardware: de Entrada como el teclado, el escáner, el ratón, etc.; de salida como la Impresora, el Monitor o la tarjeta de Sonido; y de Almacenamiento como el Disco Duro, el Disquete o la Memoria-Flash.
Funcionamiento
La función del bus es permitir la conexión lógica entre los diferentes subsistemas que componen el computador. En su mayoría los buses están formados por conductores metálicos por los cuales se trasmiten señales eléctricas que son enviadas y recibidas con la ayuda de circuitos integrados que manejan un protocolo que les permite trasmitir datos útiles. Además de los datos el bus trasmite otras señales digitales como son las direcciones y señales de control.
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.
Temporización
¿Qué es?
El temporizador es un circuito digital, dispone de dos salidas al igual que un flip flop, una salida es la inversa de la otra, a diferencia del flip flop quién cuenta con dos estados estables, el temporizador solamente posee un estado estable, el otro estado es inestable, permanece en su estado estable, hasta que se activa con un pulso de entrada, una vez que se activa cambia a su estado inestable y ahí permanece por un periodo fijo de tiempo tw, este tiempo lo determina una constante de tiempo RC externa que se conecta al temporizador, después de que transcurre el tiempo tw , las salidas dos salidas del temporizador regresan a su estado estable, hasta que se activan otra vez. La finalidad de la temporización es retardar el paso de una señal desde un nodo del circuito hasta otro punto, el diseño de este circuito se realiza con un dispositivo que se conoce con el nombre de “monoestable” ó “temporizador”, éste elemento electrónico dispone de una entrada “E” y una salida “S”, se tienen tres temporizadores básicos que se denominan; el primero, temporización a la activación, el segundo se llama temporización a la desactivación y el tercero es una combinación de las dos anteriores, temporización a la “activación y desactivación” simultaneas. Se dispone de dos tipos de comportamiento en que se manifiestan las salidas de los temporizadores, "redisparables" y "no redisparables" y su entrada responde a dos tipos de disparo, "activación" y "desactivación".
Reloj de sistema
El reloj de una computadora se utiliza para dos funciones principales:
1. Para sincronizar las diversas operaciones que realizan los diferentes subcomponentes del sistema informático.
2. Para saber la hora.
El reloj físicamente es un circuito integrado que emite una cantidad de pulsos por segundo, de manera constante. Al número de pulsos que emite el reloj cada segundo se llama Frecuencia del Reloj.
La frecuencia del reloj se mide en Ciclos por Segundo, también llamados Hertzios, siendo cada ciclo un pulso del reloj. Como la frecuencia del reloj es de varios millones de pulsos por segundo se expresa habitualmente en Megaherzios.
El reloj marca la velocidad de proceso de la computadora generando una señal periódica que es utilizada por todos los componentes del sistema informático para sincronizar y coordinar las actividades operativas, evitando el que un componente maneje unos datos incorrectamente o que la velocidad de transmisión de datos entre dos componentes sea distinta.
Cuanto mayor sea la frecuencia del reloj mayor será la velocidad de proceso de la computadora y podrá realizar mayor cantidad de instrucciones elementales en un segundo.
El rango de frecuencia de los microprocesadores oscila entre los 4,77 megahercios del primer PC diseñado por IBM y los 200 megahercios de las actuales computadoras basadas en los chips Intel Pentium.
Estados de espera
Cuando se conectan tarjetas al bus de la PC, un problema común es igualar la velocidad de los ciclos del bus con la de las tarjetas. Es común que una tarjeta sea más lenta que el bus. Así, el bus de la PC esta diseñado para resolver este problema. La señal READY del bus se puede usar para extender la longitud del ciclo del bus para igualar una tarjeta lenta o parar el bus del sistema hasta que se sincronice con el ciclo de la tarjeta.
Como se mencionó anteriormente, los ciclos del bus del 8088 normalmente son de cuatro pulsos y se describen por T1 hasta T4. En algunos ciclos el hardware de la PC, automáticamente inserta un pulso ocioso extra llamado TW. La señal READY se usa para insertar estados nuevos o adicionales de espera. Debido a que los diferentes ciclos del bus requieren distintos tiempos, la señal READY se debe controlar de manera diferente.
Generación de estados de espera en ciclos de bus de memoria
El hardware de la PC no inserta estados de espera en los ciclos de lectura o escritura a memoria, sino que esto lo hace la tarjeta usando la señal READY.
¿Qué es?
Una interrupción es una suspensión temporal de la ejecución de un proceso, para pasar a ejecutar una subrutina de servicio de interrupción, la cual, por lo general, no forma parte del programa, sino que pertenece al sistema operativo o al BIOS. Una vez finalizada dicha subrutina, se reanuda la ejecución del programa.
Interrupciones de hardware
Es iniciada por un periférico que demanda atención ya que ha ocurrido un evento relativo a este periférico que demanda algún procedimiento de parte de la CPU. En un PC las primeras 16 interrupciones son de este tipo por lo que los primeros 64 bytes de la memoria RAM son direcciones que apuntan bloques de instrucciones residentes en otras áreas de la memoria RAM.
Interrupciones de software
Una característica importante de la operación de interrupciones es que ellas están jerarquizadas para resolver conflictos entre las múltiples interrupciones. Este mecanismo está basado en la priorización de interrupciones de modo que una interrupción de mayor prioridad puede interrumpir una de menor prioridad pero no al revés. De este modo el sistema de interrupciones funciona ordenadamente lo que permite por ende un funcionamiento robusto del computador.
Memorias
Es un dispositivo al cual se transfiere información binaria para su almacenamiento y del cual se puede obtener información cuando se necesite para ser procesada. Cuando se realiza el procedimiento de datos, la información de la memoria se transfiere en primer lugar a registros seleccionados de la unidad central de procesamiento. Los resultados intermedios y finales que se obtiene en la unidad central del procesamiento se vuelven a transferir a la memoria. La información binaria que se recibe de un dispositivo de entrada se almacena primero en la memoria y la información que se transfiere a un dispositivo de salida se toma de la memoria. Una unidad de memoria es un conjunto de celdas binarias que pueden almacenar una gran cantidad de información binaria.
Tipos de memoria internas de una computadora
Memoria RAM
Memoria de acceso aleatorio, volatil (al apagar el ordenador se borran los datos). Como se observa en la imagen, son unos módulos rectangulares donde se disponen los chips de memoria por ambos lados. Se insertan en la placa basa gracias a los pines de conexión. A lo largo de la reciente historia informática, ha habido una evolución en el tipo de memorias RAM, existiendo varios tipos de modulos y numerosas tecnologías reconocidas por sus siglas y que seguro que os resultan conocidas de verlas en los anunciones publicitarios de ordenadores (SIMM, DIMM, SO-DIMM, SDRAM, DDR, DDR2, DDR3 y RDRAM).
Memoria ROM
Circuito integrado programado por el fabricante, con unos datos e instrucciones específicas. Es una memoria de solo lectura y no volátil
, permanente, ya que en ella se graban programas y datos básicos y necesarios para los dispositivos electrónicos. En la placa base de los ordenadores, hay un chip denominado ROM BIOS donde se almacenan las instrucciones que realiza el ordenador en el proceso de arranque (configuración inicial, chequeo de dispositivos, carga del sistema operativo etc).
Memoria CACHE
Existen varias memorias cache dentro de las partes que componen un ordenador (cache de disco, cache de navegadores etc.), aunque nos centraremos en la del procesador. Es una memoria volatil, muy rápida (5 veces más que la RAM) pero de capacidad reducida. La utiliza el nucleo del procesador para escribir los datos e instrucciones a los que más accede, aumentando considerablemente el rendimiento del mismo. Según su localización, se distingue tres tipos o niveles: L1 (se integran en el nucleo del procesador y su capacidad es del orden de cientos de KB), L2 (dentro del encapsulado del procesador pero fuera del nucleo y su capacidad es del orden de algunos MB) y L3 (en la placa base, fuera del procesador).
Memoria CMOS RAM
Alimentada por un pila eléctrica de botón, almacena la fecha y hora del ordenador, así como las configuraciones que de la BIOS que establece el usuario (orden de arranque etc.). Su capacidad es de 64 Bytes y su contenido se lee en el proceso de arranque del ordenador. En la fotografía se ha destacado en color azul, aunque es fácil localizarla ya que siempre está al lado de la pila.
CHIPSET
¿Qué es?
Es el nombre que se le da al conjunto de chips (o circuitos integrados) utilizado en la placa madre y cuya función es realizar diversas funciones de hardware, como control de los Bus (PCI, AGP y el antiguo ISA), control y acceso a la memoria, control de la interfaz I/O y USB, Timer, control de las señales de interrupción IRQ y DMA, entre otras.
Utilidad de los chipset
La función principal del chipset es hacer de centro de control para organizar el tráfico de datos de los componentes de un ordenador. Por lo tanto, el chipset es clave para determinar el rendimiento de un equipo, ya que si ordena el tráfico de datos de forma un poco lenta, todo el sistema va a ralentizarse.
Como todos los componentes de un ordenador, el chipset también será compatible con determinados modelos de placa base y componentes, como RAM o discos duros. Por eso, el chipset también determinará los modelos de componentes con los que es compatible tu ordenador, ya que si él no es compatible, por ejemplo, con cierto modelo de placa base o RAM, entonces estos no funcionarán correctamente.
Relación con los buses internos
El NorthBridge une los componentes del bus primario (host bus) y que suelen ser los de mayor velocidad de transferencia: microprocesador, memoria y adaptador de vídeo; suele ser de 64 bits y emplea frecuencias muy elevadas. El SouthBridge es en realidad un puente para acceder a otros buses más lentos como PCI, IDE, o USB al que se conectan la BIOS, el controlador del ratón y teclado o los puertos serie y paralelo. El SouthBridge se une al NorthBridge mediante un bus propio llamado Hub Link.
