Buses y puertos – [PDF Document]

• 1. Buses y Puertos El BUS EI bus puede definirse como el camino por el que los componentes del ordenador, o las unidades en que ste se divide, se comunican entre s. El bus puede compararse con una autopista de 8 carriles o vas (suponiendo que el bus sea de 8 bits), donde cada va est ocupada por un vehculo. Imaginmonos que esta autopista sale de A y llega a B. Al inicio del recorrido, el control A indica a cada vehculo si debe ir al control B (un 1 ) o debe quedarse (un o). Por ejemplo, el control A indica a los vehculos 3, 6 y 7 que deben quedarse permitiendo la salida de los dems ( byte 00110111 ). A la llegada al control B, ste revisa qu vehculos han entrado y se da cuenta en seguida que le faltan los vehculos 3, 6 y 7 (esto lo deduce fcilmente porque cada vehculo va por un carril distinto). Ahora vamos a sustituir los controles A y B por unidades de un ordenador, por ejemplo, la CPU y la memoria. Supngase que la CPU desea enviar una informacin a la memoria, por consiguiente, sta ser enviada por el bus de datos. Para ello coloca en el bus el byte que va a enviar; este byte, una vez controlado, viajar por el bus de datos hasta llegar a la memoria. A la memoria le llegar la informacin del byte ya que cada hilo del bus corresponde a un bit. Pero en este caso no son vehculos que llegan o no los que determinan el 1 o el 0, sino que el estado 1 vendr determinado en ltimo extremo por la llegada de un impulso de corriente y el estado 0 por la ausencia de tal impulso. Bsicamente, esta es la idea de un bus de datos: el camino o medio fsico a travs del cual circula la informacin.LAS VIAS DE COMUNICACION DE LA CPU: LOS BUSES El bus es simplemente una va de comunicacin entre los elementos del ordenador por la que circula la informacin. A travs de los buses, la CPU se comunica con la memoria y con los elementos perifricos del ordenador. Los buses ms comnmente conocidos son: – Bus de datos. – Bus de direcciones. – Bus de control. Los buses estn formados por hilos conductores, uno por cada bit que compone la palabra de informacin. La informacin circula por los hilos del bus en forma de ceros y unos, si pasa corriente es un uno y si no pasa es un cero. Segn la longitud de palabra de informacin (8,16,…bits), los buses pueden estar formados por conjuntos de hilos (8,16, … hilos) independientes o, como en el caso de los ordenadores con una CPU tipo Intel 8088, los buses de Pgina : 1

2. Buses y Puertos datos y de direcciones estn compartidos, es decir, el bus de direcciones es de 16 hilos, ocho de los cuales son empleados tambin como bus de datos. Ello no quiere decir que estos ordenadores sean de 8 bits, sino que los ordenadores con esta CPU emplean dos ciclos de reloj para cada lectura o escritura de datos sobre la memoria. En cambio, los ordenadores dotados con un bus de datos independiente de 16 bits necesitan un solo ciclo de reloj para la misma transferencia de informacin.* BUS DE DATOS (Data Bus): a travs del bus de datos circulan los datos entre los elementos componentes del ordenador. Estos datos pueden ser de entrada o salida respecto a la CPU. Comunican a sta con la memoria y con los controladores de entrada/salida. Este bus tambin es conocido como bus de entrada/salida. * BUS DE DIRECCIONES (Address Bus): la informacin que circula en este bus son direcciones de posiciones de memoria. El sentido en que circulan estas direcciones es siempre desde la CPU hacia la memoria principal. * BUS DE CONTROL (Control Bus): a travs de este bus circulan las seales de control de todo el sistema. Este bus, al contrario que el de direcciones, es de entrada y salida, debido a que la CPU enva seales de control a los dispositivos perifricos y estos envan a la CPU informacin sobre su estado de funcionamiento.LA LLEGADA DE LOS SEMICONDUCTORES La nocin de que los electrones slo podan moverse libremente dentro de los buenos conductores (o en el vaco), constituy durante mucho tiempo una teora indiscutible. Los cientficos norteamericanos J. Bardeen, W.H. Brattain y W. Shockley se ocupaban del estudio de varios cristales en los laboratorios de la empresa Bell cuando comprobaron cmo adems de los materiales buenos y malos conductores exista una tercera categora: la de los semiconductores. Por semiconductores se conocen a un tipo de cristales con un origen determinado (por ejemplo, cristales de germanio y silicio), a los cuales se les han aadido una cierta cantidad de tomos extraos de forma selectiva. De esta manera, en los semiconductores se dispona de electrones sin existir la necesidad de calentarlos (la energa necesaria para extraer los electrones era proporcionada por la propia temperatura ambiental), si bien el nmero de electrones disponibles era ms reducido que en el caso de los buenos conductores. As, se redujo notablemente el tamao de los equipos, al no ser ya necesarias las vlvulas electrnicas. Los diodos y transistores fabricados con material semiconductor presentaban una fiabilidad mayor que los componentes basados en vlvulas de vaco, con lo que stos fueron pasando de forma progresiva a un segundo plano segn avanzaba la nueva tecnologa del semiconductor.COMO OYEN Y HABLAN LOS ORDENADORES EI hombre fabrica mquinas que realicen los esfuerzos por l, pero, con tan poca imaginacin que lo nico que hace es copiar a la naturaleza. Concretamente, en el caso de los ordenadores, lo que el hombre intenta es emular el sistema nervioso animal. Imaginmonos que el sistema nervioso del cuerpo humano es un perfecto ordenador de la marca «Paco». La unidad central de proceso de este ordenador se llama «cerebro» (de ah el nombre de cerebro electrnico). Imaginemos adems que «Paco» posee una memoria interna de gran capacidad; su fuente de alimentacin es el corazn, sus perifricos de entrada son los ojos, odos, tacto y gusto; y sus perifricos de salida son la boca y el sistema muscular. Todos estos elementos estn conectados con el «cerebro» por medio de unos canales de comunicacin denominados «nervios». Supongamos, despus de describir a Paco, que ste est en clase de matemticas atendiendo a las explicaciones del profesor (la clase trata sobre la suma de nmeros). Las explicaciones del profesor (datos de entrada) le entran por los ojos y odos y la almacena en la memoria. Estas explicaciones tericas Pgina : 2 3. Buses y Puertos podran denominarse «programa de suma de nmeros». Al final de la clase el profesor pone unos problemas a los alumnos para que apliquen lo explicado en clase; Paco se dispone a ejecutar el programa e introduce los datos del primer problema leyendo el enunciado: «En una cesta tengo tres (dato 1) manzanas y en otra tengo cuatro (dato 2), si junto todas las manzanas en una sola cesta (operacin suma) cuntas manzanas habr en la cesta?» Conforme Paco lee el problema (introduce la informacin a travs de un perifrico de entrada: los ojos), la informacin que entra en los ojos es transformada en impulsos elctricos que llegan al nervio ptico; este nervio lo transmite a travs de todo el entramado del sistema nervioso al cerebro; el cerebro decodifica la informacin y almacena en la memoria los datos en el orden en que van llegando, primero los datos 1 y 2 y despus qu es lo que tiene que hacer con ellos: sumarlos. Para esto ejecuta el programa de suma y extrae de la memoria el dato 1, luego el dato 2 y por ltimo los suma generando un dato de salida (dato 3) que es el resultado de la ejecucin del programa y lo almacena en la memoria. El profesor pregunta a Paco el resultado del problema. La pregunta entra a Paco por otro perifrico de entrada: el odo. A travs de l transforma los sonidos recibidos en impulsos elctricos que, a travs del sistema nervioso, llegan al cerebro. El cerebro decodifica estos impulsos y entiende el mensaje (extraer de la memoria el dato 3 y comunicrselo al profesor). Paco, entonces, extrae de su memoria el dato solicitado y lo transmite por el sistema nervioso al perifrico de salida: la boca. Una vez llegan los impulsos al perifrico, ste los traduce en movimientos musculares y vibraciones de las cuerdas vocales con lo que el dato 3 es transformado de impulsos elctricos a sonidos que llegan al odo del profesor. Un entendido en anatoma podr comprobar que lo anteriormente relatado est incompleto. Es cierto, el funcionamiento del sistema nervioso animal es mucho ms complejo, pero el proceso relatado slo intenta explicar, mediante una comparacin, el funcionamiento de las comunicaciones de la unidad central de proceso de datos con el usuario.ACCESO A MEMORIA DEL CONTROLADOR DE DMA EI acceso a memoria realizado por el controlador puede realizarse de dos formas: dedicacin exclusiva y robo de ciclo. De la primera forma, como veremos ms detalladamente a continuacin, se mantiene a la CPU haciendo operaciones «intiles», mientras que de la segunda manera se permite a la unidad central de proceso proseguir con su trabajo mientras se realiza la correspondiente operacin de entrada o salida de la memoria. Es por este motivo que el modo de acceso a memoria ms empleado es el segundo.DEDICACION EXCLUSIVA Mientras dura la transferencia de memoria el microprocesador queda a la espera de que finalice la operacin. Esta forma de acceso es la ms simple en lo que se refiere al diseo, pero tiene un serio inconveniente: mantener la CPU bloqueada en bucles de espera tanto ms tiempo cuanto ms lento sea el perifrico. Este tiempo muerto de la CPU se denomina «espera activa», es decir, la CPU ejecuta una serie de instrucciones sin fin «por pasar el rato», entre cada operacin de entrada o salida. Por ejemplo, si dos ciclos de memoria de la CPU suponen 1 ( /s, es decir, que ejecuta dos instrucciones cada microsegundo, y se tiene una impresora que imprime 120 caracteres por minuto, por cada carcter que se imprima, transcurren 0,5 segundos, lo que equivale a 500.000( /s. En este perodo de tiempo la CPU ha necesitado 5 ( /s para ejecutar las instrucciones necesarias para que la impresora escriba un carcter, con lo que le sobran 495.000 ( /