Arquitectura de Buses en Computadoras: Tipos, Funcionamiento y Modos de Direccionamiento

¿Qué es un Bus en Informática?

Un bus es un elemento fundamental en la arquitectura de una computadora. Su función principal es establecer una comunicación eficiente entre dos o más dispositivos dentro del sistema. Un bus se caracteriza por ser un medio de transmisión compartido, lo que lo convierte en el principal dispositivo de comunicación.

Tipos de Buses

• Bus Local: También conocido como bus de la CPU, conecta el procesador con los componentes más cercanos, como la memoria caché y los controladores de dispositivos en la placa base. Se caracteriza por su alta velocidad.
• Bus de Datos: Este bus se compone de múltiples líneas, cada una transportando un bit de información a la vez. El número de líneas (ancho del bus) corresponde al tamaño de la palabra del sistema. Por ejemplo, un sistema con palabras de 32 bits requiere un bus de datos de 32 líneas para la transmisión simultánea de todos los bits.
• Bus de Direcciones: Permite el acceso a una ubicación específica (palabra) en la memoria. El ancho del bus de direcciones depende del espacio de direccionamiento de la memoria. Si la memoria tiene 2ⁿ palabras, el bus de direcciones necesita *n* líneas.
• Bus de Control: Transporta señales de control y sincronización entre la CPU y la memoria (y otros dispositivos). Estas señales especifican, por ejemplo, si se realiza una operación de lectura o escritura.

Buses Normalizados

Los buses suelen seguir especificaciones estandarizadas que definen:

• Protocolos de transmisión de datos.
• Velocidades y temporización de las transferencias.
• Ancho de los sub-buses.
• Sistema físico de conexión (conectores estandarizados).

Algunos ejemplos de buses normalizados son:

• S-100 Bus (IEEE 696)
• CAMAC (o IEEE 583)
• GPIB (o IEEE 488)
• Multibus (o IEEE 796)
• ISA Bus
• ISA AT Bus
• MCA
• EISA
• SCSI
• Futurebus

Modos de Direccionamiento de Memoria

El direccionamiento de memoria se puede analizar desde dos perspectivas:

• Físico: Se refiere a los circuitos electrónicos que permiten acceder a las diferentes posiciones de memoria.
• Lógico: Describe cómo se representan y gestionan las direcciones de memoria. Se centra en cómo el software y el sistema operativo tratan las direcciones.

Tipos de Direccionamiento

• Modo Real: Este modo se caracteriza por un espacio de direccionamiento limitado (generalmente 1 MB). Su propósito original era simplificar la gestión de memoria y permitir la reubicación de código. A menudo se usa para inicializar el procesador antes de pasar al modo protegido.
• Modo Real Virtual: Es una extensión del modo real que permite emular múltiples entornos de modo real dentro de un entorno protegido, mejorando la capacidad de multitarea y la estabilidad del sistema. Ofrece soporte para memoria virtual y conmutación de memoria.
• Modo Protegido (P/mode): Este modo ofrece características avanzadas para mejorar la multitarea y la estabilidad del sistema. Incluye protección de memoria (para evitar que un proceso acceda a la memoria de otro), soporte de hardware para memoria virtual y conmutación de tareas.