El Bus de Expansión
Este vital pero poco anunciado componente ha estado por aquí casi tanto como la PC misma. Dimos un vistazo a lo que lo hace una piedra angular.
Si los componentes de su computadora van a participar en el procesamiento, tienen que conectarse.
Cuando la mayoría de los usuarios escucha el término bus, tienden a pensar en términos de ranuras de expansión. De hecho, hay muchos tipos de buses en una computadora que sirven para funciones similares pero diferentes. En el sentido más simple, un bus es un conjunto de conexiones eléctricas que permiten adoso más dispositivos comunicarse. Por ejemplo, el bus del sistema es una serie de conexiones entre la unidad central de procesamiento (CPU) y la memoria del sistema, entre otros componentes. Esto opera a la velocidad de reloj externa del procesador. (La velocidad de reloj determina cuántas acciones, como lecturas o escrituras de memoria, pueden ocurrir cada segundo.)
Los buses de expansión están diseñados para facilitar la conexión de dispositivos al sistema de la computadora. En los inicios de las microcomputadoras, el bus S-100 fue ampliamente utilizado en sistemas CP/M. La Apple II estaba basada en un diseño patentado y tuvo el primer bus de expansión que facilitaba a los usuarios finales agregar tarjetas por sí mismos.
La idea de una arquitectura abierta basada en un simple bus de expansión fue uno de los factores que ayudó al primer éxito de las PC de IBM. Después de más de 16 años, aún puede colocar tarjetas PC originales en las computadoras de hoy, lo cual es un tributo al poder de permanencia del diseño (sino de su ingeniería de excelencia).
Desde ese inicio original en 1982, los buses de expansión de computadora han evolucionado en muchas formas significativas. Han quedado en el camino algunas ramas muertas en el árbol genealógico (la arquitectura Micro Channel, el Bus VL y EISA pueden ser los más conocidos), pero ha habido una gran aceptación en la industria para los diseños de bus de expansión estándar.
De hecho, si pudiera ver cualquier sistema Pentium II típico, es probable que encuentre uno de los tres tipos de diseños de expansión diferentes.
BUS ISA
El corazón del bus de la Arquitectura Estándar de la Industria (ISA, Industry Standard Achitecture) es el mismo bus original de 8 bits que debutó en la PC IBM. En ese punto, trabajaba a la misma velocidad que el bus del sistema (unos no tan relampagueantes 4.77 MHz) y cuando se agregó la extensión de 16 bits a la IBM AT, mantuvo la velocidad del bus del sistema primero a 6MHz y después a 8MHz. Los clones AT comenzaron a trabajar con procesadores más rápidos, pero pronto se descubrió que muchas tarjetas de expansión no podían mantener el paso, así que la industria estandarizó la velocidad a 8MHz. Entretanto, otros diseños de bus (como VESA Local Bus, también llamado VL- Bus) han estado ligados directamente a la velocidad del bus del sistema, la mayor parte de los buses de expansión usan una velocidad independiente del bus del sistema.
El bus IBM PC de 8 bits de ancho a 4.77MHz tenía una clasificación de caudal de procesamiento de alrededor de 2 megabytes por segundo. Al aumentar la velocidad a 8MHz y agregar las 8 líneas de información adicional para hacerlo de 16 bits, aumentó el caudal de procesamiento máximo a 8MBps. La extensión de 8 bits hizo posible a las computadoras albergar 16MB de memoria (superior al espacio de albergue original de 1MB), pero albergar los 8 bits adicionales no es tan fácil como albergar el diseño de 8 bits original, porque las operaciones de acceso a memoria superior al primer Megabytes requieren dos pasos.
Los procesadores se hicieron más rápidos y obtuvieron rutas de información más anchas, pero el diseño del bus ISA básico, no cambió para mantener el paso. Incluso ahora, la mayor parte de las tarjetas ISA siguen siendo de 8bits.
Las ranuras de expansión ISA están presentes en los sistemas como un vínculo con el pasado, aunque su uso puede estar llegando a su final. Los puertos paralelos y seriales, que solían residir en tales tarjetas, ahora están integrados en gran parte de las tarjetas madre. E Intel y Microsoft están intentando ayudar a cerrarle la puerta al bus ISA: los requerimientos de la guía System Design PC99, una especificación para configurar PC en general, no solicitan ranuras ISA.
BUS PCI
Con el advenimiento de los procesadores Pentium y las mayores velocidades de procesamiento, se evidenció que el lento y estrecho bus ISA se convertirían en un cuello de botella entre el procesador y los dispositivos de expansión. Intel creó el bus Peripheral Component interconnect (PCI) para resolver este problema.
A diferencia del Bus VL, que fue diseñado para trabajar a velocidades del bus del sistema, el bus PCI fue creado como un bus "mezzanine", que trabaja a su propia velocidad de reloj.
La especificación original de 124 pines (62 en cada lado de la ranura de expansión) ha sido revisada para que soporte un caudal de procesamiento aun mayor. Primero, se diseñó una extensión de 64 bits, con un conector extendido muy similar a la adición de 16 bis al bus ISA, agregando otros 64 pines de contacto (32 por lado). Esto duplicó el caudal de procesamiento teórico (aunque las tarjetas de 64 bits aún están en este punto).
Más productiva es la especificación PCI 2.1. que necesita una velocidad del bus de 66MHz. Esto duplica efectivamente el caudal de procesamiento teórico de la especificación de 32 bis original a 264MBps (33 veces más rápido que ISA).
Junto con la versión de 64 bits, hay algunos otros aspectos de la especificación PCI que la mayoría de los usuarios no conocen. Por ejemplo: las tarjetas PCI pueden trabajar con 5 o con 3.3 voltios. Una tarjeta de 5 voltios tiene una muesca en el extremo conector, hacia la parte frontal del gabinete de la computadora, y la llave correspondiente en la ranura. Una tarjeta de 3.3 voltios tiene una muesca hacia la parte posterior y su correspondiente llave en la ranura. Esto evita que el usuario conecte por accidente la tarjeta equivocada en una ranura.
La especificación PCI también necesita una tarjeta universal, que quepa en cualquier ranura y trabaje con cualquiera de los voltajes. Otra tendencia menos conocida de la ranura de expansión PCI es que el bus está limitado a diez cargas eléctricas. La mayor parte de las tarjetas aplican más de una carga al bus, y como resultado, el límite práctico para tarjetas de expansión en un solo bus PCI es de tres tarjetas (en algunos casos, cuatro funcionarán). Si necesita instalar más de tres tarjetas PCI en un solo sistema, puede tener más de un bus PCI si utiliza una configuración de puente PCI.
BUS AGP
Tan rápido y ancho como pueda ser el bus PCI, hay una tarea que amenaza consumir todo su ancho de banda y aún pedir más despliegue gráfico.
En los días del bus ISA original, utilizábamos unas relativamente simples tarjetas Monochrome Display Adapter (MDA) y Color Graphics Array (CGA) para manejar nuestros monitores, y éstas requerían cantidades de información relativamente pequeñas. Un despliegue gráfico CGA podía mostrar cuatro colores (2 bits de información) a una resolución de 320 x 200 a 60Hz, lo que requería 128,000 bits de información por pantalla, o un poco más de 937 kilobytes por segundo.
En contraste, una imagen XGA con profundidad de color de 16 bits requiere 1.5MB de información para cada imagen, y a 75Hz, esa información se requiere 75 veces por segundo.
Gracias a los aceleradores de gráficos, toda esta información no tiene que transmitirse sobre el bus de expansión a la tarjeta de gráficos, pero la nueva tecnología de imágenes ha creado nuevos problemas.
Ahora los gráficos 3-D han hecho posible modelar mundos fantásticos y reales en pantalla con sorprendente detalle. El diagramado de texturas y ocultación de objetos requieren enormes cantidades de información, y el adaptador de gráficos necesita tener acceso rápido a esta información.
Llega el Puerto de Gráficos Acelerados (AGP Accelerated Graphics Port), que apareció con las tarjetas madre Pentium II. Apenas se conforma a nuestra definición original de un bus, ya que en realidad es una conexión de punto a punto, dedicada a la tarea única de conectar un adaptador de gráficos más directamente a los recursos de la tarjeta madre.
Junto con su rol limitado, AGP tiene capacidades limitadas. Los dispositivos PC deben soportar comunicación con una amplia variedad de dispositivos: adaptadores de almacenamiento, conexiones de red y tarjetas de sonido, por ejemplo, pero AGP trata sólo con los gráficos. Esta tarea limitada y unidireccional posibilita perfeccionar el diseño para obtener un máximo de velocidad.
La velocidad se utiliza para dar al adaptador de gráficos acceso rápido a la información de buffer y textura. En lugar de cargar a las tarjetas de gráficos con memoria de expansión, AGP permite que la tarjeta acceda a esta información de manera directa desde el sistema de memoria de la computadora, sin involucrar al CPU en el proceso.
¿Qué tanto más rápido es AGP que PCI? Un bus PCI de 32 bits a 33MHz soporta hasta l32MBps de caudal de procesamiento. AGP también es un diseño de 32 bits, pero trabaja a velocidades de hasta 133MHz (cuatro veces más rápido) así que tiene un índice de transferencia máximo de 532MBps. (Esto es el doble de la velocidad de un bus PCI de 32 bits a 66MHz.) Lo mejor de todo, sin embargo, es que la tarjeta de gráficos en el bus AGP no tiene que competir con otros dispositivos para acceder a la información.
Hay algunas implicaciones importantes para el diseño. Puede tener sólo un dispositivo AGP en un sistema a la vez. Si quiere usar una segunda pantalla (una característica que Windows 98 hace relativamente sencillo implementar), necesitará depender de un adaptador de gráficos PCI para la segunda pantalla. Si quiere actualizar una pantalla a AGP necesitará reemplazar el adaptador.
Al igual que con PCI, hay algunos detalles poco conocidos en la especificación AGP Cuando hay dos diseños diferentes de ranura PCI dependiendo del voltaje de la tarjeta, de modo que no hay dos diseños diferentes de voltaje para AGP el diseño común es de 3.3 voltios y un tipo de 1.5 voltios.
Al crecer la demanda por procesamiento aún más veloz, es probable que veamos velocidades de reloj más altas, rutas de información más anchas y otras estrategias de mejora de velocidad en el futuro.
Falta PCI Express
