Arquitectura de Buses y Direccionamiento de Memoria en Sistemas Computacionales

Conceptos Fundamentales: Buses y Direccionamiento de Memoria

La palabra inglesa BUS, que significa transporte, se utiliza en arquitectura de computadoras para describir un sistema que puede conectar lógicamente varios periféricos sobre el mismo conjunto de cables. En informática, un bus se relaciona con la idea de las transferencias internas de datos que se dan en un sistema computacional en funcionamiento.

Por lo tanto, un bus se define como un conjunto de conectores 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 el que opera el microprocesador.

La principal función de un bus es servir de transporte para la realización de transferencia de información entre distintas unidades del computador. La unidad que inicia y controla la transferencia se le conoce como master, y la unidad sobre la que se realiza la transferencia se le conoce como slave. Los papeles tanto del master como del slave se consideran dinámicos, de manera que una misma unidad pueda realizar ambas funciones en transferencias diferentes.

Líneas de un Bus

Las líneas de información básica que utiliza el master para definir los elementos principales de una transferencia se dividen en varios grupos:

Líneas Principales

• Líneas de Direcciones: Determinan la unidad en la que se hace la transferencia.
• Líneas de Datos: Transportan los datos de la transferencia.
• Líneas de Control: Permiten las órdenes que determinan la operación de transferencia a realizar por las líneas de datos y direcciones. Marcan el ordenamiento temporal de las señales que circulan por el bus. Las más importantes son: escritura de memoria, lectura de memoria, operación de memoria, operación de entrada/salida (E/S).

Líneas de Sincronismo

Son esenciales para coordinar las operaciones. Las más comunes son:

• Reconocimiento de transferencia
• Reloj
• Reset

Líneas de Arbitraje

Establecen prioridad en diferentes peticiones de acceso al bus, como son:

• Petición del bus
• Cesión del bus
• Ocupación del bus

El arbitraje gestiona el acceso entre diferentes componentes como CPU, memoria y E/S.

Clasificación por Direccionalidad

Las líneas de un bus se clasifican en función de su direccionalidad:

• Líneas Unidireccionales: Se subdividen en emisor simple y múltiple.
• Líneas Bidireccionales.

Tipos de Buses Normalizados

Un bus normalizado es un conjunto de líneas eléctricas de metal sobre una placa de circuitos impresos que sigue estándares definidos.

Bus Local

Es un bus que se localiza entre la CPU, la memoria y los dispositivos periféricos. En la CPU, tiene acceso a sus chips a través de una vía de acceso interna, a menudo de 32 bits. Se puede configurar de diversas formas, como objetivo único, múltiple, eléctrico y múltiple iniciador.

Bus Normalizado (Niveles)

Los niveles que definen un bus normalizado son:

• Mecánico
• Eléctrico
• Lógico
• Sincronismo
• Arbitraje

Bus de E/S

Como su nombre lo indica, se encarga de la entrada y salida de información de todo el sistema. Se conecta a través de adaptadores en un bus procesador-memoria.

Bus de Datos (Roles de las Líneas)

Aunque el término "Bus de Datos" se refiere específicamente a las líneas que transportan datos, en un contexto más amplio, un bus principal involucra líneas de direcciones, control y datos. El bus de direcciones se encarga de indicar la posición de memoria o el dispositivo con el que se desea establecer conexión. El bus de control se encarga de mandar señales de arbitraje y control entre los dispositivos. El bus de datos transmite los bits, y su ancho (número de líneas) suele ser una potencia de 2 (ej. 8, 16, 32, 64 bits).

Bus de Direcciones

Consiste en un conjunto de líneas eléctricas necesarias para establecer una dirección en un canal del microprocesador, independiente del bus de datos.

Direccionamiento de Memoria

El direccionamiento de la memoria puede considerarse desde dos puntos de vista: físico y lógico. El primero se refiere a los medios electrónicos utilizados en el ordenador para acceder a las diversas posiciones de memoria. El segundo, a la forma en que se expresan y guardan las direcciones.

Modo Real

Es un modo de operación del procesador 80286 y posteriores CPUs compatibles con la arquitectura x86. El modo real está caracterizado por:

• Un espacio de direcciones segmentado de 20 bits (lo que significa que solamente se puede direccionar 1 MB de memoria).
• Acceso directo del software a las rutinas del BIOS y al hardware periférico.
• No tiene conceptos de protección de memoria o multitarea a nivel de hardware.