Buses

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL CENTRO DE ESTUDIOS CIENTÍFICOS Y TECNOLÓGICOS N°3 “ESTANISLAO RAMÍREZ RUIZ”

BUSES El bus o barra 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 de la PC ya que comunica los componentes del ordenador con el microprocesador. El bus se controla y maneja desde la CPU. Bus es una palabra inglesa que significa "autobus". En arquitectura de computadores, un bus puede conectar lógicamente varios periféricos sobre el mismo conjunto de cables. Aplicada a la informática, se relaciona con la idea de las transferencias internas de datos que se dan en un sistema computacional en funcionamiento. En el bus todos los nodos reciben los datos aunque no se dirijan a todos éstos, los nodos a los que no van dirigidos los datos simplemente los ignoran. Por tanto, un bus es un conjunto de conductores eléctricos en forma de pistas metálicas impresas sobre la tarjeta madre del computador, por donde circulan las señales que corresponden a los datos binarios del lenguaje máquina con que opera el Microprocesador. Los primeros buses de computadoras eran literalmente buses eléctricos paralelos con múltiples conexiones. Hoy en día el término es usado para cualquier arreglo físico que provea la misma funcionalidad lógica que un bus eléctrico paralelo. Los buses modernos pueden usar tanto conexiones paralelas como en serie, y pueden ser cableados en topología multidrop o en daisy chain, o conectados por hubs switcheados, como el caso del USB. Estructuración de los buses Existen dos organizaciones físicas de operaciones E/S que tienen que ver con los buses que son: Bus único: No permite un controlador DMA, mientras que el bus dedicado si lo permite. Bus dedicado: Trata a la memoria de manera distinta que a los periféricos (utiliza un bus especial) al contrario del bus único que los considera a ambos como posiciones de memoria.

 ATA/IDE: Recordemos que el IBM PC nació en Agosto de 1981; que a principios de 1983 nació el PC XT, y que el IBM AT nació en en verano (boreal) de 1984. Precisamente este año tiene su origen el estándar IDE, con un encargo de Compaq a Western Digital. Compaq necesitaba una controladora compatible con el estándar ST506, pero debido a la falta de espacio en el interior de un nuevo modelo de PC, la interfaz debía estar integrada en el propio disco, de ahí el nombre: IDE ("Integrated Drive Electronics"). Toda la electrónica de control se concentra en el dispositivo a controlar (el disco duro), con lo que puede conectarse directamente el disco con el bus del sistema. Las primeras unidades IDE son de 1986. La realización práctica estaba acompañada de una serie de normas denominadas AT Attachment (ATA) que establecían las condiciones que deben seguir los fabricantes de este tipo de unidades. El sistema fue adoptado rápidamente por otros fabricantes, y en 1994 fue aprobada la primera versión del estándar ATA. Características El sistema IDE/ATA dispone de varios métodos para efectuar el movimiento de datos, incluyendo la emulación de cualquier formato anterior, e incorpora un nuevo formato de grabación, denominado de zona múltiple MZR ("Múltiple Zone Recording") que consigue mayor densidad de grabación y por tanto mayor capacidad en los discos. Además, se implementaron dos sistemas de traducción de los parámetros físicos de la unidad. Estos sistemas se denominan CHS ("Cylinder Head Sector") y LBA ("Logical Block Addressing"), y permitían solventar algunas limitaciones derivadas del diseño inicial de los servicios BIOS de disco.

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La especificación inicial permitía una tasa de transferencia de 4 MB/s, y supuso una simplificación en la instalación y configuración de los discos duros. Sin embargo, pronto se manifestaron sus carencias, de forma que desde su aparición ha sufrido constantes actualizaciones y mejoras, apareciendo versiones de los diversos fabricantes bajo diversos nombres. Enhanced IDE (EIDE), Ultra-ATA, ATA-2, ATAPI, Fast-ATA, ATA-2, ATA-3, Etc. Sus principales defectos se concretaban en la capacidad de almacenamiento, que debido a limitaciones de la BIOS, no podía exceder de 528 MB. También a la capacidad de conexión, ya que solo podían coexistir dos dispositivos IDE en el sistema (denominados unidad maestra y esclava), y la ya mentada velocidad de transferencia (4 MB/s) que pronto se mostró insuficiente. A continuación se muestra una sinopsis cronológica de los avatares sufridos por el sistema desde su nacimiento.

 SATA: Cada puerto, multiplicador, dispositivo o adaptador SATA o SAS ("Serial Attached SCSI") tiene un número de puerto único de 64 bits. Una especie de MAC, o código de barras del producto con: un código NAA de 4 bits; un código de fabricante de 24 bits asignado por la autoridad normativa, y un código de dispositivo a disposición de cada fabricante de 36 bits [1]. Topología SATA es una arquitectura en estrella. Es decir, la conexión entre puerto y dispositivo es directa. Por consiguiente, no es un bus en el que coexistan distintos clientes ni concentradores ("Hubs"). Cada dispositivo disfruta la totalidad del ancho de banda de la conexión sin que exista la sobrecarga inherente a los mecanismos arbitraje y detección de colisiones. El centro de la estrella es un controlador host, embebido en la placa-base, o instalado como una tarjeta en uno de sus zócalos, que actúa como puente entre los datos paralelos del bus y el dispositivo SATA. Existen controladores con más de una salida (generalmente 4 u 8), de forma que pueden conectarse varios dispositivos. Como veremos más adelante, también se han diseñado multiplicadores de puerto que permiten, por así decirlo, subdividir los brazos de la estrella a fin de poder instalar más dispositivos (conceptualmente funcionan como un "Hub"). Además de la tarea de serializar/paralelizar los datos, una parte importante del trabajo del controlador está relacionada con los protocolos de conexión y desconexión con el periférico, que son bastante sofisticados en este tipo de interfaz, ya que está prevista la capacidad de conexión en caliente ("Hot plug"). El protocolo de conexión es capaz de identificar el tipo de dispositivo conectado; detectar si funciona correctamente; negociar la velocidad de la conexión, Etc. La interfaz Serial ATA guarda ciertas similitudes con la interfaz USB, aunque es mucho más rápida que aquella, y los dispositivos SATA no se alimentan del propio bus. La tabla adjunta muestra un resumen comparativo con las características de las conexiones más frecuentes. Característica

USB USB SATA- SATA1394a 1394b 1 2 1 II

Velocidad de 1.5 50 pico MB/s

60

100

150

300

Velocidad típica MB/s

45

80

150

300

6.0 4.5

1.0

2.0

8

40

Longitud máx 6.0 4.5 cable m.

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Cables Entre las características más evidentes de esta interfaz destaca la simplicidad de los cables de conexión; mucho más estrechos que los tradicionales cables paralelo. Comparado con el cable "P" SCSI de 68 conductores, el SATA es mucho más manejable y fácil de instalar. Esto tiene la ventaja de simplificar las conexiones, además de facilitar la aireación del interior del chasis. Fig. 1a Esquema de conexionado de un cable de datos SATA con apantallado y drenaje.

 SERIAL ATA: Serial ATA o S-ATA (acrónimo de Serial Advanced Technology Attachment) es una interfaz de transferencia de datos entre la placa base y algunos dispositivos de almacenamiento, como puede ser el disco duro, u otros dispositivos de altas prestaciones que están siendo todavía desarrollados. Serial ATA sustituye a la tradicional Parallel ATA o P-ATA (estándar que también se conoce como IDE o ATA). El S-ATA proporciona mayores velocidades, mejor aprovechamiento cuando hay varios discos, mayor longitud del cable de transmisión de datos y capacidad para conectar discos en caliente (con la computadora encendida). Actualmente es una interfaz extensamente aceptada y estandarizada en las placas base de PC. La Organización Internacional Serial ATA (SATA-IO) es el grupo responsable de desarrollar, de manejar y de conducir la adopción de especificaciones estandarizadas de Serial ATA. Los usuarios del interfaz SATA se benefician de mejores velocidades, dispositivos de almacenamientos actualizables de manera más simple y configuración más sencilla. El objetivo de SATA-IO es conducir a la industria a la adopción de SATA definiendo, desarrollando y exponiendo las especificaciones estándar para el interfaz SATA. Al referirse a velocidades de transmisión, conviene recordar que en ocasiones se confunden las unidades de medida, y que las especificaciones de la capa física se refieren a la tasa real de datos, mientras que otras especificaciones se refieren a capacidades lógicas. La primera generación especifica en velocidades de 1.5 Gbit por segundo, también conocida por SATA 1.5 Gb/s o Serial ATA-150. Actualmente se comercializan dispositivos SATA II, a 3 Gb/s, también conocida como Serial ATA-300. Se está desarrollando SATA 6 Gb/s que incluye una velocidad de 6.0 Gb/s estándar, pero que no entrará en el mercado hasta mediados del 2009. Los discos que soportan la velocidad de 3Gb/s son compatibles con un bus de 1,5 Gb/s. En la siguiente tabla se muestra el cálculo de la velocidad real de SATA 1.5 Gb/s y SATA 3 Gb/s: SATA I

SATA II

SATA III

Frecuencia

1500 MHz

3000 MHz

6000MHz

Bits/clock

1

1

1

Codificación 8b10b

80%

80%

80%

bits/Byte

8

8

8

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Velocidad maxima

150 MB/s

300 MB/s

600MB/s