Bus de datos: ¿Qué es? Características, tipos y funcionamiento

Por medio de este interesante artículo, aprenderemos que un Bus de datos es un dispositivo a través del cual se transmiten datos e información importante a la parte interna de una computadora. Aquí aprenderemos cómo funciona y mucho más. ¡No se lo pierda!

PARTE INTERNA DE UNA COMPUTADORA BUS DE DATOS

Un bus de datos es una estructura de varias pistas unidas a la placa de circuito original. A la cual están unidas todas las piezas que conforman una computadora. A través de un bus los datos recorren diversas fuentes de información hasta completar su destino.

Bus de datos: su importancia tecnológica

En términos de computadoras, el bus de datos (o canal), se conoce como un sistema digital, que transmite información entre las diferentes partes de una computadora. Este se compone de variedad de cables circuitales impresos, varias unidades, entre ellas resistores y condensadores y los conocidos circuitos integrados. De ahí su importancia en la tecnología.

Tipos de transferencia entre los bus de datos

Serie: la información se transmite únicamente de bit a bit. Simplemente el bus posee un único cable para la transmisión de información.
Paralelo: se puede transmitir por múltiples bits al mismo tiempo, por ejemplo 8 bits.

Puede que se vea más eficiente transmitir datos de manera simultánea y en paralelo, sin embargo este tipo de transmisión, está sujeta a ciertos problemas. Entre ellos se encuentran:

  • La continuidad con la que opera el reloj en el bus paralelo, mantiene más baja su intensidad.
  • El tamaño de los cables que conforman el bus está regulado por las interferencias, ruido o retrasos en la señal. También existen unos buses actualizados que poseen múltiples canales para transmisión de manera simultánea.

En las épocas anteriores, cuando empezaron a fabricar computadoras, estas poseían buses en paralelo, dejando los buses de serie, para el funcionamiento más básico en los dispositivos simples como los teclados.

Actualmente se ha reemplazado a los buses en paralelo por buses serie, porque son multicanal. Estos son mucho más difíciles de sostener, pero como la velocidad que aplican es mayor y poseen cables más largos, se optimiza la estructura en la computadora.

Funcionamiento de un bus de datos

Una computadora está conformada por varios subsistemas y los buses son los que ayudan a conectar de manera lógica a estos subsistemas.

Los buses son conectores de metal, que permiten trasladar las señales eléctricas a través de los diferentes circuitos integrados que envían y reciben la señal bajo un determinado protocolo, en la base de datos. El bus también puede transportar más señales digitales, tales como señales de control e información direccional.

Las capacidades de un bus son definidas por medio de la frecuencia de mayor capacidad de envío y banda ancha de los datos e información relevante. Dichos valores son “inversamente proporcionales”, a mayor frecuencia menor capacidad de datos. También se deben tener en cuenta los Riesgos Eléctricos que pueden afectar el buen funcionamiento de los buses.

Esto sucede porque existe cierta interferencia de señal (crosstalk), que obstaculiza la sincronicidad y se amplían con la frecuencia, por lo que un bus que contenga menor señal es menos propenso a ciertos problemas, lo que le permite una óptima velocidad funcional.

Cada bus de las computadoras, poseen una directriz específica, tales como las interrupciones y las DMA, las cuales ayudan a que los dispositivos periféricos tengan acceso a la memoria de una CPU, utilizando una pequeña cantidad de recursos.

FUNCIONAMIENTO DEL BUS DE DATOS

Primera generación

Las primeras computadoras fabricadas, poseían únicamente dos series de buses, el que se utilizaba para la memoria de la computadora y el que se usaba para el resto de los dispositivos de la misma. La CPU, debía tener acceso a los dos sistemas con diferentes instrucciones, protocolos y sincronicidad para ambos.

La compañía DEC, se dio cuenta de que al utilizar dos buses paralelos no era requerido si se hacía una combinación de ambas directrices de memoria, bajo un único mapeo. De tal forma que la estructura se hacía más simple al acortar los gastos de fábrica, para los equipos en cantidad masiva. Esto en base a los minicomputadores de origen.

Las primeras microcomputadoras fabricadas en el mundo, obtenían su conectividad a través de diversas tarjetas de circuito impreso a un único bus Backplane pasivo, el cual mantenía el centro del sistema. A ese bus estaba conectada la tarjeta de CPU, que era la que funcionaba como árbitro de todas las interfaces de comunicación, para las otras tarjetas del mismo dispositivo.

Estas tarjetas poseen la memoria, controladores de los disquetes, los adaptadores de vídeo y el disco duro. La CPU editaba la base de datos y la enviaba a la dirección que se encontraba dentro del dispositivo principal, permitiendo que la información fluyera de manera eficaz.

Los sistemas de mayor demanda eran el Bus S-100 y el Bus ISA, que fueron utilizados en las computadoras de la década de los setenta y ochenta. En ambos modelos, el bus sólo era una extensión del mismo.

Para estos sistemas se usaba el procesador Intel 80286 y el bus ISA, que contenía seis u ocho mega-hercios de frecuencia según el procesador.2​ . Era importante estar al tanto del Factor de potencia, el cual brindaba una relación única en un circuito de voltaje, para evitar fallas que pusieran en riesgo el correcto funcionamiento de los sistemas.

Segunda generación

En las máquinas de la época, se usaban los siguientes buses: SATA, FSB, AGP, USB. Como en estas computadoras el bus era un modelo pasivo, ocasionaba ciertos errores en la actualización de los sistemas en base a la arquitectura. De igual manera la CPU, requería de un gran esfuerzo para controlar el bus, en cuanto a potencia.

Los buses necesitaron mantener un estatus por jerarquía en el momento en el que los procesadores estaban usando frecuencias más elevadas. Por lo que fue necesario elaborar la temática de “bus de sistema” (conectividad entre el procesador y la RAM) y “bus de expansión”, lo que llevó a utilizar el chipset.

A tal motivo, el bus ISA que se usaba como backplane en el PC IBM original, sufrió el cambio de bus de sistema a bus de expansión. Por lo que en base al chipset, comenzó a usar una frecuencia de mayor nivel, que permitiera la conexión entre la memoria y el procesador.

El bus Nubus, desde que fue fabricado, mantenía su independencia del resto, trabajaba en base a su propio controlador y contenía una interfaz básica, lo que daba la opción de colocarla en variadas arquitecturas de computadoras.

Apple utilizó este bus en algunos de sus dispositivos, en vista de que contenía una amplitud de treinta y dos bits junto con la capacidad Plug and Play de autoconfiguración, que le brindaba versatilidad. Otros de los buses utilizados en ese momento eran el AGP y el PCI.

PCI BUS DE DATOS

Tercera generación

Estos buses mantienen una conexión de punto a punto, lo que los excluye de los otros buses ya mencionados, que trabajan bajo las señales de reloj. Al optimizar las conexiones entre cada uno de los dispositivos, colocando únicamente interfaces en serie, se alcanza este fin.

Cada uno de los dispositivos utilizados, alcanzan ciertas características de enlace al comienzo de la conexión, en base a una dinámica similar a la de las redes comunicacionales. Esto lo podemos observar en los buses PCI-Express, el Infiniband y el HyperTransport.

Tipos de bus de datos

Según la forma en la que se transmite la información, se clasifican los bus: bus paralelo o bus serial. Las diferencias que presentan son en base a su rendimiento, siendo considerable hasta hace poco, que para un mejor funcionamiento, se debía optimizar la longitud física de conexión (usando el bus paralelo para pequeñas distancias y el bus serial para las más largas).

Bus paralelo

Este bus trabaja de la siguiente manera, transporta los datos a través de bytes simultáneamente, mediante múltiples líneas que poseen funciones estables. Utilizando la frecuencia simple para enviar la gran cantidad de datos que necesita, la cual es similar al ancho de esos datos.

Su uso ha abarcado tanto las pc como, el bus del procesador, los discos duros, tarjetas de expansión y de vídeo, más las impresoras. El front-side, de algunos procesadores de Intel, es un bus que posee funciones de líneas bastante delicadas, las cuales explicamos a continuación:

  • Líneas direccionales: son las que muestran donde se ubica la memoria o el dispositivo al cual se necesita enviar información.
  • Las líneas de control: estas mantienen las señales de arbitraje entre los dispositivos. Las líneas de interrupción DMA, son una de las líneas de control de mayor relevancia.
  • Líneas de datos: son las encargadas de enviar los bits aleatoriamente en un bus de potencia 2.

Los buses de sistema paralelo son bastante intrincados, pero la lógica utilizada es muy simple. Lo que los hace bastante útiles para aplicar en los sistemas con poco poder.

Cuando se crearon los primeros microcomputadores, los buses eran la ampliación del bus original del procesador y los otros buses alineados, simplemente formaban parte externa de las líneas de dirección, que se mantenían en base a las instrucciones recibidas.

En el PC IBM original, se tomó en cuenta el modelo del bus, para colocar el tipo de procesador con I/O de ocho bits (Intel 8088), por encima de uno de dieciséis (el 8086), ya que se logró utilizar un hardware específico para otros procesadores, lo que dio como resultado el bajo costo del producto.

Bus serie

Mediante el bus serie, los datos se transmiten bit a bit, a través de rutinas específicas. El ancho de banda utilizado va acorde a la frecuencia de la misma y son muy pocos los canales de conducción usados para tal fin. Al comienzo eran utilizados únicamente para la conexión de dispositivos bastante lentos, como los teclados o los mouses.

Hoy en día, se están utilizando en otros dispositivos mucho más rápidos como lo son el disco duro, las unidades de estado maciso, para el propio bus del procesador. A través de las Medidas de Almacenamiento, se optimizan las funciones de los buses de intercambio entre sistemas.

 

Características de los Buses: de control, de direcciones y de datos

Dentro del bus del plano posterior, que no es más que una continuidad del bus del microprocesador, se encuentran los buses utilizados en las directrices, base de datos y en los controladores, tales como la CPU, RAM, ROM, E/S, etc. Pasaremos a explicar las características que definen a cada uno de ellos:

Bus de control

Este bus mantiene controlado la interfaz a las líneas de datos y a las directrices. Sin embargo sus componentes están compartidos, por lo que necesita de ciertos mecanismos para conectar dichas líneas. Las señales transmitidas por el bus de control envían la información entre todos los módulos de manera diferenciada, para evitar así que choque la información en el sistema.

Bus de direcciones

Puesto que la memoria RAM, se puede direccionar, cada celda de la misma es individual. Cada una de las direcciones son números ubicados dentro de la celda de memoria, la cual está localizada en la zona de direcciones de la unidad de entrada y salida.

El bus de datos posee una entrada diferente y diferenciada con respecto al bus de direcciones, dentro del mismo microprocesador, que conecta la base de datos a la memoria. Estos buses necesitan un sistema de líneas eléctricas para poder ubicar una dirección específica.

Ampliando esta memoria se consigue reivindicar, su soporte está establecido por la cantidad de bits que forman el bus de directrices, siendo dos “n” el tamaño límite en bits, que posea el banco de memoria que se logrará desviar con n líneas. De esta manera para optimizar una memoria de doscientos cincuenta y seis bits, se requieren al menos ocho líneas, puesto que veintiocho es igual a doscientos cincuenta y seis.

Adicional a este requisito, son útiles varias líneas de control, que nos indicarán cuando las señales estén libres en el bus, lo cual dependerá de modelo del mismo.

Bus de datos

Este bus ayuda al intercambio de información en la base de datos entre la CPU y las demás unidades de control. Controlando la conexión de los buses de datos y direcciones.

Buses multiplexados

Existen buses que usan líneas de impulsos eléctricos multiplexadas. Dando como resultado que dichas líneas funciones de la misma manera que un bus de direcciones y un bus de datos. Pero no de manera simultánea. Una línea de control indica en qué momento actúa cada una.

Cuando los modelos inter cuánticos se funden entre diversos botones del sistema electrónico (como los campos o capas operantes del controlador ), por el bus se mueve la información en forma de señales codificadas.

La interfase del mutiplexado

La única manera de comunicar el procesador con la red, es a través de un calculador CAN, el cual funciona gracias a un bus multiplexado, el cual posee un controlador de protocolo y una línea de interfaz.

Cando el controlador de protocolo está emitiendo la señal, está recibiendo los datos necesarios y a su vez codificando los campos recibidos para complementar la secuencia de la trama, en base al protocolo CAN.

Al interceptar dichos códigos, extrae la información de la base de datos para enviarla al procesador. Esta interface de línea, se complementa con la interfaz de emisión y la interfaz de recepción.

La interfaz de emisión, revierte la trama binaria para cada nivel de los cables del bus. La interfaz de recepción está formada por un amplificador diferencial que compara esos niveles y los convierte en señales con lógica.

Las redes multiplexadas

Las diferentes redes multiplexadas son: el soporte de emisión de la información, la magnitud física que transmite los datos, la estructura específica de la red y el protocolo bajo el cual se realiza la transmisión. Una red multiplexada no es más que una fase de flujo que se acopla al sistema de campo que acoge la información.

Uso de las redes

En los vehículos se usa este tipo de red, para optimizar las funciones de la computadora, mimetizar la cantidad de cables y proveer mayor seguridad. Debido a los altos costos en el sector automotriz, se está implementando nuevas medidas funcionales.

Entre el motor y el alternador de un vehículo, se utilizan conexiones punto a punto, como la interfaz sincrónica de bits (BSS), pero cuando se requiere de velocidad en la transmisión de información, aproximadamente ciento veinticinco bits.

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