ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS JERARQUÍA DE BUSES Prof. Juan Álvarez CONTENIDO DÉCIMO PRIMERA SEMANA Estructuras de interconexión en una computadora. Buffer de tres estados . Estructura del bus del sistema . Jerarquía de buses múltiples. Elementos de diseño de un bus. Buses estándares. Laboratorio 4: Memoria EPROM Stallings, William. Organización y Arquitectura de Computadores. 5ta. Edición. Editorial Prentice Hall, 2000. Código biblioteca: 004.22/S78 (Capítulo 6) ESTRUCTURA DE BUSES El computador está constituido por tres bloques básicos: CPU, Memoria, Interfaces. Esots bloques están interconectados por un juego de buses: de datos, de direcciones y de control. A nivel de interfaces, la variedad de periféricos a conectarse es tan amplia que se ha tenido que establecer una clasificación de buses para las distintas velocidades y volúmenes de información a transmitir. ESTRUCTURA DE BUSES Esquema básico de buses de una PC. ESTRUCTURA DE BUSES De hecho, no parece justo que dispositivos de transferencia rápida como la tarjeta de video o el disco duro compartan el mismo bus con periféricos lentos como el modem o la impresora. Si así fuese, el rendimiento de los dispositivos rápidos menguaría. A mayor número de dispositivos conectados al bus, mayor es el retardo de propagación, o sea, el tiempo que necesitan los dispositivos para coordinar el uso del bus. ESTRUCTURA DE BUSES Observamos una clasificación de buses según la velocidad de transferencia de datos: • Bus local • Bus del sistema • Bus de expansión (ISA) • Bus de alta velocidad (PCI) • Bus de transferencia acelerada de video (AGP) • Bus de transferencia serial (USB) ESTRUCTURA DE BUSES ESTRUCTURA DE BUSES En la figura anterior se ilustra un esquema de buses que corresponde a un sistema con procesador Pentium I. Un bus local conecta al procesador con la memoria caché L2 con una transferencia de muy alta velocidad. La memoria caché se conecta a la memoria vía el bus del sistema de menor velocidad que la del bus local. El bus de alta velocidad (PCI) conecta la memoria caché con los periféricos rápidos, en tanto que el bus de expansión (ISA) lo hace con los periféricos lentos. ESTRUCTURA DE BUSES BUS ISA: El bus de expansión o también llamado el Industry Standard Architecture Bus tenía inicialmente (en 1982) 8 bits de datos y una frecuencia de 4.77 MHz. Posteriormente el bus ISA conduce 16 bits de datos y aumenta su frecuencia a 8 MHz. En la medida que los procesadores se hicieron más rápidos en la década de los 90, el bus ISA no fue capaz de responder a las velocidades exigidas. ESTRUCTURA DE BUSES BUS PCI: El Peripheral Component Interconnect es un bus ancho de banda alevado para sistemas de E/S de alta velocidad, p.ej.: adaptadores de pantalla gráfica, controladores de interfaz de red, controladores de disco. Provee 64 bits para datos a 33MHz para una velocidad de hasta 264 MBps. Ha sido diseñado para adaptarse a los sistemas actuales de E/S y a otros buses. ESTRUCTURA DE BUSES ESTRUCTURA DE BUSES AGP: El Accelerated Graphics Port opera a una velocidad de bus de procesador de 66 MHz y actúa entre el procesador y el caché L2 siendo un bus de alta prioridad. Las tarjetas gráficas diseñadas para los AGP permiten transmitir cada medio ciclo de reloj, duplicando así la frecuencia a 133MHz con un pico de transferencia de 528MBps. ESTRUCTURA DE BUSES PCI ESTRUCTURA DE BUSES Standard Usos Burst ISA Tarjeta de sonido, modem 8.33 MBps En uso en los 80s y los 90s EISA Redes, SCSI 33 MBps obsoleto PCI Tarjetas gráficas, SCSI 133 MBps Standard para periféricos AGP Tarjetas gráficas 528 MBps Aparece con el Pentium MMX ESTRUCTURA DE BUSES El bus PCI Express ofrece ventajas de alta velocidad, comunicación punto a punto y multiconexión. Actúa como un switch (conmutador) en la topología de los sistemas de E/S. En la siguiente figura se ilustra esta idea. El PCI Express permite conexión serial de alto rendimiento y puede coexistir con multiples plataformas incluso lentas. ESTRUCTURA DE BUSES ESTRUCTURA DE BUSES USB: El Universal Serial Bus conecta hasta 127 dispositivos de E/S a un único puerto utilizando un único tipo de conector para cada dispositivo. El USB 1.1 maneja una velocidad de transferencia de 12 Mbps, para conectarse a cámaras digitales, modem, scanner; mientras que el USB 2.0 de alta velocidad alcanza una velocidad de 480 Mbps que puede conectar dispositivos rápidos como CDROM y DVD. ESTRUCTURA DE BUSES Conector USB ESTRUCTURA DE BUSES ESTRUCTURA DE BUSES El standard IEEE 1394 provee una version similar a la del USB pero más rápida, con usos en redes a nivel de capa física y de capa de enlace. El segmento de bus 1394 puede tener hasta 63 dispositivos adjuntos. PUERTOS Y PERIFÉRICOS Uno de los primeros patrones introducidos en el hardware de la PC fue el IDE (Integrated Drive Electronics) que controla el flujo de datos entre el Microprocesador y el Disco Duro. Una de las mayores innovaciones fue la integración de las funciones del controlador de disco. El EIDE (Enhanced IDE) fue diseñado para alcanzar capacidades de 137 GB y velocidades de transferencia de 16.6 MBps. PUERTOS Y PERIFÉRICOS Los cuatro posibles dispositivos en un sistema EIDE son manejados por dos canales. Cada canal soporta dos dispositivos en una configuración maestro-esclavo. PUERTOS Y PERIFÉRICOS Los SCSI (Small Computer System Interface) puede conectar hasta ocho dispositivos y está hecho para discos duros de gran capacidad y CD-ROMs. También puede usarse para dispositivos ópticos, impresoras, scanners y tarjetas de red. Cada dispositivo conectado debe tener un identificador ID. Desde 1986 hasta ahora, han surgido varias versiones de SCSI con aumento de velocidad en MBps, ancho del bus y número de dispositivos a ser conectados. PUERTOS Y PERIFÉRICOS TARJETA MADRE Físicamente se trata de una tarjeta de material sintético sobre la cual existe un circuito electrónico que conecta diversos elementos del computador personal. Los principales son: • el microprocesador, insertado en un elemento llamado zócalo; • la memoria, generalmente en forma de módulos; • los slots o ranuras donde se conectan las tarjetas; • diversos chips de control, entre ellos la BIOS. TARJETA MADRE TARJETA MADRE Las tarjetas madre existen en diferentes formas y con diversos conectores para periféricos. Para abaratar los costos permitiendo el intercambio entre tarjetas, los fabricantes han ido definiendo varios estándares que agrupan recomendaciones sobre su tamaño y la disposición de los elementos sobre ellas. De cualquier forma, el hecho de que una placa pertenezca a una u otra categoría no tiene nada que ver, al menos en teoría, con sus prestaciones ni calidad. Para este trabajo se analizarán las placas ATX. TARJETA MADRE TARJETA MADRE TARJETA MADRE Zócalo del microprocesador Es el lugar donde se inserta el procesador. TARJETA MADRE Ranuras de memoria Son los conectores de la memoria principal del ordenador, la RAM. TARJETA MADRE Chipset de control El "chipset" es el conjunto de chips que se encargan de controlar determinadas funciones de E/S del computador y la interacción entre el microprocesador y la memoria. TARJETA MADRE La BIOS La ROM-BIOS contiene los programas que se encargan de manejar los dispositivos de entrada-salida (Input-Output). TARJETA MADRE • Ranuras PCI: el estándar actual. Pueden dar hasta 132 MB/s a 33 MHz, lo que es suficiente para casi todo, excepto quizá para algunas tarjetas de vídeo 3D. Miden unos 8,5 cm y generalmente son blancas. TARJETA MADRE • Ranuras AGP: se dedica exclusivamente a conectar tarjetas de vídeo 3D. Su propia estructura impide que se utilice para todos los propósitos. TARJETA MADRE Conectores externos Se trata de los conectores para periféricos externos: teclado, ratón, impresora... En las placas Baby-AT lo único que está en contacto con la placa son unos cables que la unen con los conectores en sí, que se sitúan en la carcasa, excepto el de teclado que sí está adherido a la propia placa. En las ATX los conectores están todos agrupados entorno al de teclado y soldados a la placa base. Los principales conectores son: TARJETA MADRE TARJETA MADRE Conectores IDE. En las placas base antiguas el soporte para estos elementos se realizaba mediante una tarjeta auxiliar, llamada de Input/Output o simplemente de I/O, pero ya desde la época de los 486 se hizo común integrar los chips controladores de estos dispositivos en la placa base o al menos los correspondientes a discos duros y disquetera TARJETA MADRE TARJETA MADRE Conector eléctrico Es donde se conectan los cables para que la placa base reciba la alimentación proporcionada por la fuente. En las placas ATX es único.
