bus del sistema

Un bus de sistema es un único bus informático que conecta los componentes principales de un sistema informático, combinando las funciones de un bus de datos para transportar información, un bus de direcciones para determinar dónde debe enviarse o leerse, y un bus de control para determinar su funcionamiento. Esta técnica se desarrolló para reducir costes y mejorar la modularidad, y aunque fue popular en las décadas de 1970 y 1980, los ordenadores más modernos utilizan diversos buses independientes adaptados a necesidades más específicas. ^{[ 1 ]}

El bus de nivel de sistema (a diferencia de los buses de ruta de datos internos de una CPU ) conecta la CPU a la memoria y a los dispositivos de E/S. ^{[ 2 ]} Normalmente, un bus de nivel de sistema está diseñado para usarse como plano posterior . ^{[ 3 ]}

Muchas de las computadoras se basaron en el Primer Borrador de un Informe sobre el Informe EDVAC publicado en 1945. En lo que se conoció como la arquitectura Von Neumann , una unidad de control central y una unidad aritmético-lógica (ALU, que él denominó la parte aritmética central) se combinaron con la memoria de la computadora y las funciones de entrada y salida para formar una computadora de programa almacenado . ^{[ 4 ]} El Informe presentó una organización general y un modelo teórico de la computadora, pero no la implementación de dicho modelo. ^{[ 5 ]} Pronto, los diseños integraron la unidad de control y la ALU en lo que se conoció como la unidad central de procesamiento (CPU).

En las décadas de 1950 y 1960, las computadoras se construían generalmente de forma improvisada. Por ejemplo, la CPU, la memoria y las unidades de entrada/salida eran cada una uno o más gabinetes conectados por cables. Los ingenieros utilizaban las técnicas comunes de haces de cables estandarizados y extendieron el concepto al emplear placas base para alojar las placas de circuitos impresos en estas primeras máquinas. El término "bus" ya se utilizaba para las " barras conductoras " que transportaban energía eléctrica a las distintas partes de las máquinas eléctricas, incluidas las primeras calculadoras mecánicas. ^{[ 6 ]} La llegada de los circuitos integrados redujo enormemente el tamaño de cada unidad de computadora, y los buses se estandarizaron. ^{[ 7 ]} Los módulos estándar podían interconectarse de forma más uniforme y eran más fáciles de desarrollar y mantener.

Para proporcionar aún más modularidad con un coste reducido, los buses de memoria y E/S (y los buses de control y alimentación necesarios ) a veces se combinaban en un único bus de sistema unificado. ^{[ 8 ]} La modularidad y el coste se volvieron importantes a medida que los ordenadores se hicieron lo suficientemente pequeños como para caber en un único gabinete (y los clientes esperaban reducciones de precio similares). Digital Equipment Corporation (DEC) redujo aún más el coste de los miniordenadores de producción en masa y mapeó la E/S en el bus de memoria, de modo que los dispositivos parecían ubicaciones de memoria. Esto se implementó en el Unibus del PDP-11 alrededor de 1969, eliminando la necesidad de un bus de E/S separado. ^{[ 9 ]} Incluso ordenadores como el PDP-8 sin E/S mapeada en memoria pronto se implementaron con un bus de sistema, lo que permitía conectar módulos en cualquier ranura. ^{[ 10 ]} Algunos autores denominaron a esto un nuevo "modelo" simplificado de arquitectura de ordenadores. ^{[ 11 ]}

Muchos de los primeros microordenadores (con una CPU generalmente en un solo circuito integrado ) se construyeron con un único bus de sistema, comenzando con el bus S-100 en el sistema informático Altair 8800 alrededor de 1975. ^{[ 12 ]} El IBM PC utilizó el bus Industry Standard Architecture (ISA) como su bus de sistema en 1981. Los backplanes pasivos de los primeros modelos fueron reemplazados por el estándar de colocar la CPU y la RAM en una placa base , con solo tarjetas secundarias o tarjetas de expansión opcionales en ranuras del bus del sistema.

El Multibus se convirtió en un estándar del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos como estándar IEEE 796 en 1983. ^{[ 13 ]} Sun Microsystems desarrolló el SBus en 1989 para admitir tarjetas de expansión más pequeñas. ^{[ 14 ]} La forma más sencilla de implementar el multiprocesamiento simétrico era conectar más de una CPU al bus del sistema compartido, que se utilizó durante la década de 1980. Sin embargo, el bus compartido pronto se convirtió en el cuello de botella y se exploraron técnicas de conexión más sofisticadas. ^{[ 15 ]}

Incluso en sistemas muy simples, el bus de datos es controlado en distintos momentos por la memoria de programa, la RAM y los dispositivos de E/S. Para evitar la contención del bus de datos, en cada instante solo un dispositivo lo controla. En sistemas muy simples, solo el bus de datos debe ser bidireccional. En estos sistemas, el registro de direcciones de memoria siempre controla el bus de direcciones, la unidad de control controla el bus de control y un decodificador de direcciones selecciona qué dispositivo específico puede controlar el bus de datos durante este ciclo. En sistemas muy simples, cada ciclo de instrucción comienza con un ciclo de lectura de memoria, donde la memoria de programa envía la instrucción al bus de datos mientras el registro de instrucciones la almacena. Algunas instrucciones continúan con un ciclo de escritura de memoria, donde el registro de datos de memoria envía datos al bus de datos, a la RAM o al dispositivo de E/S seleccionado. Otras instrucciones continúan con otro ciclo de lectura de memoria, donde la RAM, la memoria de programa o el dispositivo de E/S seleccionado envían datos al bus de datos mientras el registro de datos de memoria los almacena.

Los sistemas más complejos cuentan con un bus multimaster : no solo tienen muchos dispositivos que controlan el bus de datos, sino también muchos maestros de bus que controlan el bus de direcciones. En los sistemas de inspección de bus, tanto el bus de direcciones como el de datos deben ser bidireccionales, a menudo implementados como un bus de tres estados . Para evitar la contención en el bus de direcciones, un árbitro de bus selecciona qué maestro de bus específico tiene permiso para controlar el bus de direcciones durante este ciclo.

Intel ha utilizado el término Dual Independent Bus (DIB) con dos propósitos diferentes. El primero surgió cuando Intel cambió de un único bus local al DIB, utilizando el bus frontal externo para la memoria principal del sistema y los dispositivos de E/S, y el bus posterior interno para la caché L2 de la CPU . Esto se introdujo en el Pentium Pro en 1995. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

En 2005 y 2006, Intel presentó los chipsets 8500 y 5000, donde DIB se refería a los dos buses frontales (FSB ) de un chipset, lo que duplica el ancho de banda del sistema en comparación con tener un solo FSB compartido por todas las CPU. Sin embargo, la información necesaria para garantizar la coherencia de la caché de los datos compartidos ubicados en diferentes cachés debe enviarse en difusión (snooping) para verificar el estado de la caché de las CPU del otro FSB, lo que reduce el ancho de banda disponible. Para reducir el tráfico de coherencia, se incluyó un filtro snoop en los chipsets de gama alta, con el fin de tener la información del estado de la caché disponible en el chipset. En 2007, Intel extendió la idea de múltiples buses en el chipset 7300 con cuatro FSB independientes, denominándolo interconexiones dedicadas de alta velocidad (DHSI). ^{[ 19 ]}

El enfoque del bus del sistema está obsoleto en los ordenadores personales y servidores modernos, que en su lugar utilizan tecnologías de interconexión de mayor rendimiento como HyperTransport e Intel QuickPath Interconnect , mientras que la arquitectura del bus del sistema se sigue utilizando en microprocesadores integrados más sencillos. El bus del sistema puede incluso estar dentro de un único circuito integrado, dando lugar a un sistema en un chip . Ejemplos de bus en chip incluyen AMBA , CoreConnect , Wishbone y versiones modificadas de PCI o PCIe . ^{[ 20 ]}

• Autobús (informática)
• Interfaz de bus externa
• Autobús de expansión