Capítulo 4

COMO SE COMUNICAN LOSPERIFERICOS CON LA PC

Todas las maravillosas tareas que una computadora personal es capaz de realizar seríaninútiles si no hubiese alguna forma de comunicación entre la PC y el mundo entero. Lasprimeras computadoras personales, como la Altar, usaban un método de comunicación tanprimitivo que es difícil entender cómo los pioneros de la computación pudieron imaginarque estos engendros serían útiles en el mundo real. Las instrucciones de programación y losdatos quedaban almacenados en la computadora por acción de llaves eléctricas, no las lla-ves miniaturizadas en forma de transistores, sino llaves manuales de tamaño normal. Losresultados de una computarización eran presentados en forma de un patrón aparentemen-te aleatorio de pequeñas luces encendidas en un panel.

Actualmente, las formas en que nos comunicamos con una PC engloban dispositivosque ni los pioneros más imaginativos vislumbraron.

Teclados y tubos de rayos catódicos (o CRTs, los tubos de imagen de los monitores, tam-bién llamados TRCs) son tan comunes que no conseguimos imaginar una PC sin ellos.Además de esto, contamos con módem, digitalizadores, mouse y cámaras digitales, que nosayudan a obtener informaciones e instrucciones del mundo externo. Fuera del CRT co-mún, hay una amplia variedad de displays modernos a los que tratamos casi como perso-nas -algo que nos oye y responde-, no como trataríamos cualquier otro conjunto de micro-circuitos de electrónica.

Estrictamente hablando, la mayoría de los dispositivos además del propio microproce-sador -la mayor parte de una PC, en otras palabras- son dispositivos o de entrada o de sa-lida. Cada acción de leer o grabar datos en una unidad de disco o en la memoria emplealos servicios del BIOS (Sistema Básico de Entrada/Salida, del inglés Basic Input/OutputSystem).

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Sin embargo, tendemos a asociar entrada y salida solamente con los dispositivos, comoel teclado, el monitor o el mouse, a los que podemos ver y tocar. Esa visión miope sobretodo lo que incluyen los dispositivos de entrada y salida es comprensible, porque sin éstoshasta la PC más poderosa que imaginemos no pasaría de una complicada herramienta pa-ra especialistas y una curiosidad para el resto.

LA BARRA DE DIRECCIONES DE LA PC

Normalmente entendemos los conceptos entrada y salida como formas de comunicar-nos con las computadoras. Esto es correcto desde nuestro punto de vista, pero en relacióna las PC, hay mucho más para preocuparse y conocer sobre E/S. Millones de bits de infor-maciones fluyen constantemente por entre los componentes de la PC hasta cuando pensa-mos que sólo está esperando. Varios guardias de tránsito, denominados controladores deentrada/salida, trabajan con el procesador para garantizar que toda esta circulación de da-tos no provoque un embotellamiento (embrollo o atascamiento de datos) o, lo que es peor,un accidente.

El BUS (traducido del inglés: ómnibus, transporte) es el lugar de entrada de estos da-tos. El bus transporta datos entre el procesador y otros componentes. No existe una parteprecisa de la placa madre de la PC que se identifique como el bus, porque es un complejoconglomerado de circuitos eléctricos llamados trazos. Los trazos son impresos en la partesuperior e inferior de la placa madre, que es la principal placa de circuitos de la PC. El bustambién incluye diversos microcircuitos y las ranuras en que conectamos las placas de ex-pansión, frecuentemente llamadas adaptadores o tarjetas de expansión. Algunas veces elbus es llamado bus de expansión y las ranuras alineadas con decenas de contactos metáli-cos se denominan ranuras de expansión o de adaptadores.

La idea de incorporar ranuras en las que se conectan placas de circuito que funcionancomo la placa madre representa uno de los mejores aspectos de las computadoras persona-les. Sin las ranuras, estaríamos limitados a los circuitos de video, controlador de disco yotros que, con suerte, estuviesen permanentemente montados en la placa madre. Por ejem-plo, las ranuras de expansión permiten remover una placa que controla el monitor de vi-deo y cambiarla por una nueva placa que sea más rápida para trabajar con los gráficos delWindows. También posibilitan el agregado de placas de circuitos, como placas de sonido,ni siquiera imaginadas cuando se crearon las PC. Hoy hay una tendencia a colocar algu-nos componentes, como las ports (puertas) paralelos y series de controladores de video, co-mo parte de la placa madre. Pero en el caso, por ejemplo, de un controlador de video in-tegrado, lo deshabilitaremos si deseamos instalar una placa de expansión que controle me-jor el video.

El concepto básico del BUS introducido por IBM PC en 1981 era tan bueno y versátilque por años tuvo pocas alteraciones. Pero actualmente hay media docena de tipos de bus

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de PC. Todos presentan mejoras para un movimiento cada vez más rápido de los datos en-tre los componentes. La primera alteración del bus original de las PC buscó aumentar sucapacidad de transportar 8 bits de datos por vez. Cuando la IBM introdujo la computado-ra IBM AT en 1984, el nuevo sistema incluía ranuras de expansión con más conectores pa-ra enviar 16 bits de datos por vez, el doble de información que para el bus original. Estebus, denominado ISA, del inglés Industry Standar Architecture: arquitectura industrial es-tándar, es el más común, no obstante la aparición de las actuales PC, y se lo usa en com-binación con otros tipos de ranuras de expansión.

Las ranuras de expansión ISA tienen la ventaja de permitir que se les conecten adapta-dores antiguos de 8 bits. Las placas anteriores simplemente utilizan un número menor deconectores para ranuras.

Pero en 1987, la IBM introdujo la computadora PS/2, con un bus de tipo diametral-mente diferente, al que denominó de Microchannel Architecture (arquitectura en micro-canal) o MCA. Trabaja con 32 bits por vez y tiene inteligencia incipiente que permite elajuste automático con el resto del sistema. Ayuda a eliminar conflictos provocados cuandodos componentes desean utilizar los mismos recursos del sistema, como la localización, eldireccionamiento o la memoria.

El MCA fue una buena idea, pero no se sostuvo por dos razones: primero, no recibía lasantiguas placas de expansión de 8 bits e ISA de 16 bits, y a los propietarios de PC no lestentaba la idea de tener que abandonar adaptadores que funcionaban perfectamente. Ensegundo lugar, inicialmente, IBM no permitió que otras compañías reprodujesen el bus co-mo lo había permitido con los bus de proyectos anteriores.

Sin el apoyo de otras compañías, el MCA no sólo se debilitó sino que provocó una res-puesta de siete empresas competidoras y, lideradas por la Compaq. Estas rivales introduje-ron, en 1988, el bus EISA (del inglés: Estended Industry Standard Architecture = arqui-tectura extendida industrial estandarizada).

Proporcionaba una transferencia más rápida de datos de 32 bits con la configuración deMCA y además, un inteligente proyecto de ranuras permitía el empleo de las placas ISA.Pero el EISA resultó complejo y caro y no llegó a tener un uso corriente, excepto en siste-mas más sofisticados en los que toda ganancia de velocidad es importante.

En 1992 los fabricantes de computadoras vieron otra novedad en proyecto de bus. Antes estaban concentrados en lograr que los bus transportaran más bits de datos por

vez -de 8 a 16, de 16 a 32-, pero igualmente EISA y MCA operaban a 8,22 y 10 mega-hertz (MHz) pese a la introducción de nuevos procesadores capaces de triturar datos a33MHz o más. Para que el bus alcanzara esta velocidad se creó el bus local. “Local” hacereferencia a las líneas de bus usadas por el procesador (imagine las líneas de bus ubicadasen las inmediaciones del procesador, para comprender el sentido del término “local”).

Algunas de estas líneas de bus local van hacia las ranuras de expansión y dan a esas ra-nuras acceso local, o directo, al procesador. La ventaja del bus local está en que teóricamen-te se comunica con el procesador a la velocidad propia de éste. En realidad, aunque la ve-

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locidad es menor que la deseada, representa una mejoría increíble sobre el ISA. Las ranu-ras de expansión del bus local persisten junto con las ranuras ISA y se usan en componen-tes como el video y las placas controladoras de disco, que afectan fuertemente el desempe-ño global de la computadora por las enormes cantidades de datos que mueven.

Hay dos versiones de bus local. La versión Video Electronics Standards Association (VE-SA, o asociación electrónica de video estandarizada) que es una alianza entre fabricantes dePC que desarrollan el bus local VESA, o BL-Bus, para acelerar los monitores de video convelocidades de trabajo de hasta 50MHz. Intel Corporation y otras importantes compañíasde PC desarrollaron el bus local PCI (Peripheral Component Interconnect = componentsperiféricos interconectados). Aunque PCI permite sólo velocidades de hasta 33MHz, elbus local PCI abarca un proyecto más ambicioso: incorporar la configuración Plug andPlay (conecte y use). Pese a su baja velocidad de bus, actualmente es capaz de transportarun máximo de 132 megabytes por segundo, lo que lo vuelve muy interesante, comparadocon la tasa de transmisión de VESA de 107MB/seg y con el ISA de 8 MB por segundo.Ambos, VESA y PCI, están siendo perfeccionados, pero lo más probable es que el PCI seconvertirá en la herramienta de bus estándar.

PLACAS DE EXPANSION DE 8 BITS

La transmisión de datos entre lasranuras de expansión y otros compo-nentes del bus se realiza solamente através de 8 líneas de datos paralelas.Las líneas de datos emplean apenasuna parte de los 31 pares de conecto-res que se encajan en las ranuras deexpansión.

Como son siempre los mismos so-bre placas nuevas, los demás conec-tores abastecen energía, instruccio-nes y direcciones para localización de

datos, sea en las placas de expan-sión o sea en memoria (figura 4.1).

PLACA DE 16 BITS O PLACA ISA

Con más de 18 pares de conectores, la placa ISA (Industry Standard Architecture o ar-quitectura industrial estandarizada) transmite datos por 16 líneas; comparada con una pla-

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FIGURA 4.1

ca de 8 bits, duplica la cantidad de información movida. Este es el tipo más común de pla-ca de expansión y los PC con bus más veloces y nuevas ranuras de bus local poseen tam-bién ranuras de expansión ISA. Una placa de 16 bits es suficientemente poderosa paracomponentes tales como teclados, puertas paralelas y series y modems internos que no ma-nejan las enormes cantidades de datos transmitidas por las placas controladoras de video,red y disco (figura 4.2).

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PLACA MCA DE 32 BITS

La placa del Microchannel IBM (MCA) emplea 32 de sus 93 líneas para enviar y reci-bir datos. También incluye circuitos especiales que, como la tecnología Plug and Play (co-necte y use, vea el Capítulo 3), vuelven la placa fácil de instalar. La ranura de expansiónMCA, que IBM impidió durante mucho tiempo que otros reprodujesen, no acepta placasadaptadoras de 8 bits o ISA (figura 4.3).

PLACA EISA DE 32 BITS

El proyecto de Extended In-dustry Standar Architecture, ar-quitectura extendida industrialestandarizada, (EISA) usa placasde expansión diseñadas específi-camente para trabajar con los 97conectores de la ranura divididosen dos niveles.

Estas placas específicas paraEISA transmiten 32 bits de datospor vez y, como el MCA y Plugand Play, son fáciles de instalar.Además las ranuras EISA tam-bién aceptan placas de 8 y de 16bits. Elementos plásticos permi-ten que las antiguas placas se en-cajen solamente hasta las ranurasque hacen contacto con el primer

nivel de conectores, que funcionan de la misma forma que los conectores ISA. Pero las pla-cas construidas específicamente para las ranuras EISA se encajan más profundamente y ali-nean sus conectores con la hilera inferior de conectores que trazan las señales basados enlas especificaciones EISA (figura 4.4).

PLACA DE BUS LOCAL VESA (VL-BUS) DE 32 BITS

Las placas proyectadas para ranuras de bus de Video Electronics Standards Association(VESA o Sociedad de Electrónica Estandarizada de Video) están divididas en un conjun-to de conectores basados en la ranura ISA y otro conjunto separado de 36 pares adiciona-

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FIGURA 4.4

les de conectores menores que cargan las informaciones del bus local. Las placas VL-Busfuncionan con datos de 32 bits (figura 4.5).

PLACA DE BUS LOCAL PCI

Los adaptadores para el bus local PCI (Peripheral Component Interconnect o Interco-nexión de Componentes Periféricos) tienen conectores semejantes a los de las placas MCA

y EISA.

Todas em-plean 32 bits porvez, son más pe-queñas y másd e n s a m e n t eacondicionadasque las conexio-nes ISA.

Pero las ranu-ras PCI no acep-tan placas ISA oplacas de 8 bits(figura 4.6).

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BUS LOCAL VESA

Damos a continuación, una serie de indicaciones referentes a la “barra local” tipo VE-SA de la figura 4.7.

1) Las señales del microprocesador se envían primeramente a un controlador de E/S (En-trada/Salida) que trata las operaciones del VL-bus. Las señales incluyen cierto códigoque establece una dirección como destino prefijado para el resto de las señales.

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FIGURA 4.7

2) El controlador decodifica las señales de dirección del procesador para determinar si lasseñales son para cualquiera de los dos adaptadores del bus local.

3) Las señales que no se dirigen hacia los adaptadores del bus local pasan hacia el contro-lador de E/S ISA, que normalmente trata las operaciones que no son del bus local, a 16bits por vez y a una velociadad cercana a 8MHz.

4) Cuando el controlador VL detecta señales destinadas a una ranura del bus local, envíauna señal de control hacia el adaptador de esa ranura y ordena la ejecución de la opera-ción solicitada por las señales.

5) Una vez que la operación se inicia, el controlador VL permite que los datos usados enesta operación pasen directamente del procesador hacia la ranura del bus local por uncamino de 32 bits de datos, movidos a velocidades de hasta 50MHz.

BUS LOCAL PCI

Damos a continuación, una serie de indicaciones referentes a la “barra local” tipo PCIde la figura 4.8.

1) Las señales del microprocesador van a un controlador de E/S (Entrada/Salida) hacia lasoperaciones del bus local PCI. El controlador está entre el procesador y el controladorISA normal.

2) El controlador PCI examina todas las señales del microprocesador para determinar si ladirección indicada para las señales es un adaptador de bus local o un adaptador para busno-local.

3) El controlador PCI encamina todas las señales destinadas al adaptador de bus no localhacia un segundo controlador, que puede ser un controlador de bus MCA o EISA. Es-ta parte del bus mueve los datos a 16 bits por vez, si se trata de circuitos ISA, o a 32 bitspor vez, en caso de circuitos EISA o MCA. La velocidad de estas señales está cercana alos 8 - 10MHz.

4) El controlador encamina todas las señales generadas hacia los componentes del bus lo-cal a través del camino en que se ubican las ranuras de los adaptadores del bus local. Losdatos viajan en este camino a 32 bits por vez y a velocidades de hasta 33MHz.

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FIGURA 4.8