Cap2 a03bthp0104

Instituto Tecnológico Argentino

ESTUDIO
Técnico en Hardware de PC
Plan THP2A03B Reservados los Derechos de Propiedad Intelectual

Tema: Unidad Central de Pro-
Archivo: CAP2A03BTHP0104.doc
ceso II
Clase Nº: 4 Versión: 1.7 Fecha: 11/10/05

UNIDAD CENTRAL DE PROCESO II

1 INTRODUCCIÓN
En el desarrollo de esta clase, veremos en que forma se relaciona el microprocesador, con
distintos tipos de dispositivos, internos o externos y que soluciones tecnológicas encontramos
para ello. Veremos como se guarda la información en los distintos tipos de memoria. Luego
haremos una descripción de los componentes integrados en la placa madre y nuevas las nue-
vas tecnologías.
2 UNA TECNOLOGIA CON MUCHOS CABLES
En el capítulo anterior, vimos que el microprocesador es quien, siguiendo las instrucciones
de un programa, trabaja con los datos que lee desde dispositivos, como por ejemplo el tecla-
do. Luego los procesa, y después vuelca los resultados en la memoria o en otro dispositivo,
como por ejemplo el monitor. Además sabemos que trabaja con el sistema binario, lo que
significa usar un cable por cada bit de dato manejado. Los microprocesadores actuales como
el Pentium 4, procesan internamente datos de 32 bits, pero cundo acceden a los dispositivos
externos para ingresar más datos para procesar, leen 64 bits de una vez (es decir que para
ingresar información adentro del microprocesador, lo hacen de a 2 datos de 32 bits a la vez,
para acelerar la transferencia). Esto implica que si el microprocesador tiene que recibir datos
de desde tres dispositivos distintos, y volcar los resultados a otros tres dispositivos, harían
falta

32x2x6= ¡384 cables!!! (ver figura 4.1)

Problema Figura 4.1

Dispositivo 1 Dispositivo 4
64 64

Dispositivo 2 CPU Dispositivo 5
64 64

Dispositivo 3 Dispositivo 6
64 64

Esto además de ser poco práctico, no permitiría que el usuario instale un nuevo dispositivo en
el futuro, ya que para poder hacerlo debería agregar más cables al microprocesador, cosa que
está totalmente fuera de su alcance
Instituto Tecnológico Argentino THP / Clase 04 1

3 LA SOLUCIÓN DE LOS MALES: LOS BUSES
La solución sería reemplazar cada conjunto de 64 cables conectados a los dispositivos indivi-
dualmente por un solo canal individual que llegue a todos los dispositivos. De esta forma
tendríamos un solo canal principal con 64 cables, que va desde el microprocesador hasta las
proximidades de cada uno de los dispositivos. Ahora podemos realizar una conexión (muy
corta) individual desde el canal hacia cada dispositivo, solucionando nuestro problema de la
desmesurada cantidad de cables. Como este canal lleva muchos cables se lo denomina BUS
(conjunto de cables conductores). Como en nuestro ejemplo transportamos datos lo llamare-
mos, bus de datos.

3.1 UN CANAL DE COMUNICACIÓN DE DATOS
En este momento la información generada por el microprocesador (datos) es volcada a este
canal llamado BUS de Datos, y está en condiciones de llegar a todos los dispositivos en for-
ma simultánea (ver figura 4.2). La función de este Bus es de enviar y recibir datos, por eso se
dice que es bidireccional.

CPU D D D D D D

64 64 64 64 64 64

64 BUS de DATOS

Figura 4.2

Con el problema de los cables resuelto, ahora se nos plantea otro dilema, tenemos un canal de
comunicación que lleva datos a todos los dispositivos, la información es la misma para todos,
¿como saben los dispositivos para quien es la información? Para poder enviar información a
un dispositivo en particular, necesitamos de algún medio para poder individualizarlo.

3.2 UN CANAL PARA DIRECCIONAR AL DESTINATARIO
La solución es aprovecharse de una identificación individual que posee cada dispositivo. Te-
niendo las identificaciones de cada uno de los dispositivos, podemos utilizarlas a modo de
dirección para poder ubicarlos. Con esta dirección podemos proceder como si tuviésemos un
servicio de correo, en el cual se utiliza una dirección para hacer la entrega de la correspon-
dencia. La forma de aplicar este razonamiento a nuestro caso, seria con la creación de un
nuevo canal independiente, para enviar por este una notificación, a un dispositivo en particu-
lar sabiendo su dirección, y avisarle de la existencia de información en el Bus de Datos para
ser utilizada.
Por la forma en que localizamos a nuestros dispositivos, a este nuevo canal lo llamaremos
Bus de Direcciones (ver figura 4.3). Como su única función será localizar un dispositivo, se
dice que es unidireccional.


ESTUDIO
CPU D1 D2 D3 D4 D5 D6

64

BUS de DATOS

BUS de DIRECCIONES

Figura 4.3

Ya podemos comunicarnos con el dispositivo que deseamos y enviarle información, pero que
sucede si el microprocesador quiere recibir información o se le envía desde un dispositivo. En
el capítulo anterior vimos que un dispositivo puede enviar información, por ejemplo un tecla-
do. ¿Cómo se enteran los dispositivos si el microprocesador quiere recibir información y no
enviarla?

3.3 UN CANAL PARA INDICAR LA OPERACIÓN A REALIZAR
La solución a este problema es la incorporación de un tercer canal independiente a estos dos
últimos, por el cual se comunicará que operación desea realizar el microprocesador, por ejem-
plo: leer o escribir. Como este canal puede controlar diversas operaciones se va a llamar Bus
de Control.
Este Bus no solo indicará estas dos funciones, existen otras que se verán mas adelante, por lo
dicho podemos tipificarlo como bidireccional.
BUS de CONTROL

CPU D1 D2 D3 D4 D5 D6

64

BUS de DATOS

BUS de DIRECCIONES

Figura 4.4

De esta forma ya tenemos un conjunto tres de buses y cada uno con una función claramente
definida, al que puede ser conectado cualquier dispositivo, ¿pero todos los dispositivos son
iguales? No, la evolución tecnológica en la PC hace que a lo largo de su historia se vea una
sucesión de distintos tipos de dispositivos y por consiguiente se necesita un Bus específico
que lo pueda interpretar.


4 DISTINTOS TIPOS DE BUSES
Anteriormente hablamos de microprocesadores de 8 bits y hasta 64 bits que tenían su correla-
ción con el bus. Estos buses que pueden albergar dispositivos también se los llama Bus de
Expansión, y para ello necesitan de un conector donde poder colocar el dispositivo. Este co-
nector está unido al bus mediante la placa madre y se lo conoce como Slot (ranura).
Se los llama ranuras de expansión y como vimos en el capítulo anterior su objetivo es poder
agregar dispositivos (placas). Existen varios tipos de tecnologías y se las reconoce por el tipo
Slot (color y formato que estos poseen), la cantidad de bits de datos que manejan y la veloci-
dad a la que funcionan.

BUS ISA (8 BITS)
ISA (Industry Standard Architecture, Arquitectura Estándar de la Industria). Fue el primer bus
de expansión, utilizaba 8 bits y su color distintivo es el negro. Fue adoptado por la industria
como un estándar de facto ya que todos los fabricantes adoptaban las mismas características
técnicas y por consiguiente compatibilidad.

BUS ISA (16 BITS)
Este es el mas conocido de los buses ya que hasta hoy se lo puede ver el algunas placas ma-
dre, la diferencia con su antecesor es, cantidad de bits que maneja (16), cantidad de contactos
y tamaño de la ranura, pero manteniendo su color distintivo negro (ver figura 4.5). Por ser
cronológicamente los primeros, también son los más lentos de todos.

Conexiones del
Puente
panel trasero Zócalo para
Slot Norte
la CPU
AGP

Zócalos para
Slot
Memoria RAM
PCI

Conector para la
Conectores disquetera
IDE
Slot
ISA
Batería
Puente Memoria Figura 4.5
Sur ROM

La tecnología siguió avanzando y surgieron los procesadores de 32 bits, los nuevos dispositi-
vos de expansión requerían de una mayor cantidad de datos. La solución fue una nueva gene-
ración de buses.


Estos dos buses que se describen a continuación ya están en desuso y se citan como referencia

ESTUDIO
tecnológica.

VESA LOCAL BUS
VESA Local Bus (Video Electronics Standards Association Local Bus, Bus Local Asociación
de Estándares de Video Electrónico), fue una de las primeras ofertas para trabajar con 32 bits
de datos, la ranura de expansión utilizada es un conector de 56 contactos de color marrón que
se agregó a continuación de uno del tipo ISA 16.

EISA
EISA (Extended ISA, ISA Extendida) fue otra opción de 32 bits con una ranura de expansión
bastante particular, ya que el formato físico y electrónico es el mismo al ISA y posee un agre-
gado de contactos en la parte mas profunda del conector para la tecnología de 32 bits. De esta
forma la ranura de expansión mantiene la compatibilidad con ISA 16 de bits.

PCI
PCI (Peripheral Component Interconnect – Interconexión de Componentes Periféricos). Esta
es la versión de INTEL para el bus de 32 bits y compatible con su nueva generación de proce-
sadores llamados Pentium, el color característico del conector es blanco (ver figura 4.5).
También fue pensado para trabajar en el futuro con 64 bits. Esta es la tecnología que se utiliza
en la actualidad.

5 COMO SE COMUNICAN LAS MEMORIAS
Las memorias también requieren de un canal para comunicarse, pero tiene características que
pueden variar de acuerdo al modelo de microprocesador que se utilice.
Como vimos en el capitulo anterior existen diversas tecnologías de memorias, recordemos
que la evolución de la PC introdujo constantemente cambios en su tecnologías y las memorias
no fueron la excepción. Estos cambios también afectaron su aspecto externo o formato y es el
método que utilizaremos para poder diferenciarlas. A este formato lo vamos a llamar tipo de
memoria.

6 DISTINTOS TIPOS DE MEMORIA
Básicamente las podemos diferenciar por el tamaño, forma y cantidad de contactos. Como
dato relevante se pude agregar la cantidad de bits que pueden manejar.
Comencemos la descripción de los distintos tipos utilizados, desde las utilizadas al principio
de las PC y así hasta llegar a las más modernas, por orden de aparición y comenzando por:
SIMM 30(Single In-Line Memory Module – Modulo de Memoria en Línea Simple). De este
tipo (ver figura 4.6) hubo dos
modelos, el primero de 30
contactos que puede manejar 8
Bits, este se utilizó en los modelos
de PC como 80386, conocidas solo
Figura 4.6
como 386.
Más tarde se desarrolló el microprocesador 80486 o 486 que utilizaba
32 bits para datos y surgieron nuevas necesidades, la solución se llamó SIMM 72.

SIMM 72 (Single In-Line Memory Module – Modulo de Memoria en Línea Simple). En este
caso se llevaron a 72 los
contactos y se aumentó la
capacidad de manejar bits
a 32. No solo se
diferencia por la cantidad
de contactos, sino por su
tamaño y una ranura Figura 4.7
central para su posicionamiento, como se puede ver en la figura 4.7.

El próximo paso en la evolución de los microprocesadores, son los que utilizaron 64 bits
(Pentium y posteriores) como se describió al principio del capitulo. Esto hizo que se hiciera
falta un nuevo tipo de memorias para dicha tecnología y esta fue la DIMM.
DIMM (Dual In-Line Memory Module – Modulo de Memoria en Doble Línea). En este tipo
de memoria (ver figura
4.8) la diferencia es el
cambio de tamaño, la
cantidad de contactos que
pasó a 168, las ranuras de
posicionamiento (ahora
2) y la cantidad de 64 bits Figura 4.8
que puede manejar. Este tipo de memoria es la utilizada en la
actualidad.

Actualmente la tecnología implementada por los fabricantes de motherboards es DDR.
DDR (Double Data Rate, Doble Velocidad de Datos). En este tipo de memoria (ver figura
4.9) posee las mismas medidas y un aspecto similar a las DIMM pero con 184 contactos, una
sola ranura de posicionamiento, doble ranura para traba y mantiene los 64 bits que puede ma-
nejar. Es la próxima
generación de memorias y
como su nombre lo indica
tiene la capacidad de
transferir dos datos en un
solo ciclo de reloj o tic de
reloj como lo describimos
en las tecnologías de
memoria del capitulo anterior. Figura 4.9


La tecnología utilizada por INTEL con los primeros microprocesadores Pentium 4, y hoy en

ESTUDIO
día discontinuada por cuestiones de costo, rompía con todo lo anterior, proponía una veloci-
dad de trabajo de 400Mhz, 16 bits de datos e incorporaba una tecnología similar a la DDR en
sus resultados finales, transferir dos datos en un ciclo de reloj. Su nombre RIMM.
RIMM (Rambus In-Line Memory Module) es una marca registrada de la empresa RAMBUS
INC. En la figura 4.10 podemos apreciar que tiene el mismo tamaño que las DIMM , pero con
184 contactos, dos ranuras de posicionamiento que la hace no compatible con el resto, un sola
ranura para traba y un
distintivo recubrimiento
metálico, disipador de
calor ya que desarrollan
elevadas temperaturas.
La característica más
sobresaliente es que
esta tecnología solo Figura 4.10
maneja 16 bits.

Ya tenemos, distintos tipos de buses, con distintas velocidades, algunos más o menos veloces
que otros y cantidades distintas de bits que manejan. Por ejemplo las memorias RIMM traba-
jan con sólo 16 bits, un dispositivo sobre un bus PCI con 32 bits y el microprocesador con 64
bits.
¿Este microprocesador puede interpretar las necesidades de cada uno de los actores de este
ejemplo?
7 LA SOLUCIÓN SE LLAMA CHIPSET
El chipset (conjunto de chips) puede ser definido como un conjunto de microcircuitos que
dirigen el flujo de datos a y desde componentes claves de la PC. Esto incluye al mismo proce-
sador, memoria principal y los distintos buses de expansión. En el capítulo anterior también lo
definimos como cola lógica ya que tiene la función de unir a todos las partes antes menciona-
das, vimos que tenemos un Puente norte (ver figura 4.5) que es el encargado de enlazar al
microprocesador con la memoria principal y el Slot AGP. El Puente sur (ver figura 4.5) es el
encargado de comunicar al puente norte con los buses PCI, ISA y dispositivos de menor velo-
cidad.
Esta es una simplificación del trabajo que debe realizar un chipset, en realidad es más com-
plejo ya que requiere información sobre las características técnicas de cada componente al
que debe enlazar, para poder manejarlo adecuadamente. Por consiguiente cada vez que
hablamos de un chipset en particular, también lo hacemos de una placa madre específica in-
directamente (porque forma parte de ella) y a la inversa cuando nos referimos a un modelo de
placa madre.
En la actualidad el lanzamiento de un nuevo microprocesador se lleva toda la atención sin
tener en cuenta al chipset, pero son tan importantes como los microprocesadores ya que son
los responsables de poder implementar todas esas nuevas innovaciones tecnológicas promo-
cionadas, dando el soporte necesario para poder ejecutarlas.
Un ejemplo sería la memoria RIMM que no puede ser utilizada en cualquier máquina ya que
requiere de la combinación de un chipset (placa madre) adecuado y un microprocesador que
pueda soportar esta característica, esto lo hace posible sólo el chipset.


¿DONDE CONECTAMOS LOS PERIFÉRICOS?
En la sección 4 de este capitulo vimos el concepto de Slot o ranura de expansión vinculada a
un bus, pero ¿podemos conectar directamente un monitor (periférico) a un Slot?

8 NECESITAMOS UN INTERMEDIARIO
Esta es la respuesta, un intermediario que se lama Interface <-Interfeis-> (interfaz en caste-
llano), es una palabra que en computación designa en general a un hardware intermediario,
ubicado entre dos subsistemas independientes (el Slot de un bus y un periférico), que sirve
para comunicarlos y adaptarlos electrónicamente (el bus no sabe que es, ni como tratarlo).
Interface en inglés, y en computación, también refiere a la palabra adapter <-Adapter->
(adaptador en castellano), que se trata de una placa adaptadora, insertable en la placa madre.
Por este motivo podemos encontrarnos con ambos términos.
Debido a la integración de componentes en las placas madres algunas interfaces ya están in-
cluidas dentro de ellas.

Las principales interfaces son las de Entrada y Salida, también conocida por sus siglas en
inglés I/O (Input / Output).

Una de ellas es la Interfaz serie que utilizan un solo conductor para transportar los datos a y
desde el periférico, haciendo que los bits que forman los datos se transmitan uno a continua-
ción del otro (secuencialmente, en serie) por el mismo conductor. Este mecanismo hace que
esta interfaz se la utilice solo para dispositivos que requieran poca cantidad de información,
por ejemplo un mouse.
Otra es la interfaz paralela que utiliza ocho conductores para transportar los datos (bits),
transmitiendo todos al mismo tiempo, de esta forma se aumenta la cantidad de información
que transportamos por 8. Esta interfaz se utiliza para dispositivos que requieran mayor canti-
dad de información como una
Impresora, Scanner o Cámaras de
Video.
Estas dos interfaces y algunas otras
también se las conoce como
puertos. Se denomina puerto a una
conexión entre dos dispositivos o
un canal dedicado exclusivamente Figura 4.11
a un dispositivo (un solo conector). Los distintos tipos de conectores que
se utilizan se los puede ver en la figura 4.11. Se conoce como tipo DB 9 al conector para el
puerto serie, su denominación en el panel trasero es COM 1-2. Para el puerto paralelo reutili-
za un conector del tipo DB 25 y su denominación es LPT 1.
Podemos citar las interfaces que utilizan el Teclado y el Mouse que se conocen como puertos
PS/2 en alusión al tipo de conector que utilizó IBM en su modelo PS/2 del año 1986, en la
figura 4.11 se pueden ver ambos conectores con las denominaciones PS/2 KB (del inglés key-
board <-kibord->) y PS/2 Mouse.


Una menos conocida por estar en el interior, es la interfaz IDE (Integrated Device Electro-
nics, Electrónica Integrada en el Dispositivo) ver figura 4.5, que se utiliza para interconectar

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la placa madre con el disco rígido u otro dispositivo compatible, mediante una cinta de cable
especial para tal fin.
Otra interfaz con la misma suerte es la FDC (Floppy Disk Controllers, Controlador de Discos
Flexibles) ver figura 4.5, esta se utiliza para poder interconectar una disquetera (disquetera
ver capitulo anterior figura 3.24) a la placa madre mediante una cinta de cable especial, en
este caso la interfaz tiene este sólo propósito y no es compatible con ningún otro tipo de dis-
positivos.

9 NUEVAS TECNOLOGÍAS
Durante dos décadas los dispositivos periféricos debieron ser conectados a los puertos serie o
paralelo, con la consiguiente falta de velocidad. Luego del lanzamiento de Windows 95, un
grupo de empresas ya trabajaba para desarrollar un nuevo tipo de conexión, para satisfacer los
requerimientos de los últimos periféricos en plaza, por ejemplo video cámaras.
Esta tecnología debía ser totalmente amigable y no requerir de conocimientos técnicos por
parte del usuario, poder integrar la mayor cantidad de dispositivos periféricos sin comprome-
ter el funcionamiento interno de la PC. La solución se llamó USB.
USB (Universal Serial Bus – Bus Universal Serie) fue desarrollado en conjunto por las em-
presas Compaq, Digital, IBM, INTEL, Microsoft, NEC, y Northem Telecom. El USB ofrece
un nuevo conector estandarizado que permite el agregado
de cualquier dispositivo de entrada /salida en un conector
muy simple, lo que tiende a simplificar la gran variedad
de conectores existentes. Las características principales
que posee son, la utilización de la tecnología Plug & Play
(ver en próximos capítulos), posibilidad de conectar hasta
127 dispositivos y el aumento de velocidad respecto a sus
predecesores.
En la figura 4.12 se pueden ver los dos tipos de
conectores utilizados para los cables, Tipo A es el
utilizado del lado de la PC y el Tipo B es el utilizado en
el periférico. Este conector tiene 4 contactos, 2 de ellos
son para el transporte de señal y los restantes para
transportar una tensión de alimentación para energizar el
periférico si lo necesita, una característica de esta tecnología a tener en Figura 4.12
cuenta para la instalación de dispositivos es que el largo de los cables
utilizados no pueden exceder los 5 metros de longitud.
Otra tecnología no difundida en el mundo de la PC y con muchas posibilidades se llama
IEEE1394.

IEEE 1394 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Instituto de Ingenieros
en Electricidad y Electrónica) es un estándar aprobado por dicha institución e identificada por
su número. Esta tecnología también es conocida con el nombre de FireWire y fue concebida
por la empresa Apple con anterioridad a la creación de IEEE-1394. Otra empresa como SONY
utiliza esta tecnología pero con un nombre distinto, este es I-Link y también lo utiliza en pro-
ductos como cámaras de video.


Esta tecnología es totalmente amigable y es similar en varios aspectos al USB pero mucho
más rápido y soporta hasta 63 dispositivos. Este Bus fue pensado desde el principio para la
transmisión de una gran cantidad de datos, empresas como SONY y JVC lo utilizan como
medio para la transmisión de video digital
desde sus cámaras a una computadora.
En la figura 4.13 se puede ver el conector
utilizado, contiene 6 cables, de los cuales
dos pares son para el transporte de datos y
los dos restantes para una tensión de
alimentación que tiene como objetivo
energizar la interfaz de un dispositivo que
se encuentre apagado ocasionalmente y, la longitud del cable Figura 4.13
no puede exceder los 4.5 metros.

Otra tecnología desarrollada en la década de los 90’ por la industria de las PC llamada arqui-
tectura RISER que contribuiría a la reducción de costos y la flexibilización en los procesos de
manufacturación de placas madres. Está basada en integración de parte del producto en placa
madre y la restante en una placa adaptadora.

AMR (Audio Modem Riser) En 1998 hace su aparición esta tecnología que tiene la capacidad
de soportar ambas interfaces (audio y módem), pero tubo
varios inconvenientes que fueron detectados antes de su
lanzamiento, tales como la falta de soporte para tecnología
amigable y consumir una posición de un zócalo PCI (ver
figura 4.14)
Importante: esta tecnología es del tipo propietaria y no está
estandarizada por lo tanto el soporte técnico es únicamente
brindado por la empresa fabricante.
Otra tecnología con la misma base y los problemas resuel- Figura 4.14
tos es la CNR
CNR (Communication and Networking Riser) ver figura 4.15. Es un desarrollo de INTEL
para proveer a los fabricantes de PC de un producto de calidad a mitad de camino entre un
producto On-Board (integrado en la placa madre) y un costoso zócalo PCI, esto es debido a
que cada vez se hacía mas difícil la integración de productos por las interferencias producidas
dentro de la placa madre y su aprobación por los organismos de control de comunicaciones.
La solución fue sacar estos dispositivos
fuera de la placa madre, de esta forma el
fabricante queda en libertad de poder inte-
grar productos como, audio, módem y o
placas de red con un bajo costo de materia-
les.
Figura 4.15


Este tiene como ventaja el soporte de tecnología amigable y no ocupar un espacio de un zóca-

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lo PCI, sin embargo no es un Estándar es una tecnología propietaria al igual que el AMR.

Una categoría específica de Buses son los desarrollados para fines determinados o para solu-
cionar problemas individuales como: 3D, juegos, programas de diseño asistido por computa-
dora y reproducción de DVD entre otras aplicaciones en las que ya que no es suficiente la
cantidad de datos que puede manejar el bus más rápido disponible. La solución se llama AGP
AGP (Accelerated Graphics Port – Puerto de Gráficos Acelerado).A este canal se lo denomi-
na puerto, por ser la única conexión entre el canal y el conector, también se dice que la co-
nexión es dedicada, además está mecánicamente, lógicamente y eléctricamente separado de
cualquier otro Bus. Tiene conexión directa con el microprocesador y la memoria principal a
través de parte del chipset y no se pueden conectar otros dispositivos en su Slot. Puede mane-
jar 32 bits de datos y trabaja al doble de velocidad que el Bus PCI y el color utilizado para el
conector es marrón (ver figura 4.5). Fue desarrollado por INTEL y en su corta vida lleva va-
rias revisiones, por lo tanto debe tenerse cuidado con los distintos tipos que existen. En
próximos capítulos veremos sus características.


NOTAS


CUESTIONARIO CAPITULO 4

ESTUDIO
1.- ¿Para que sirve un BUS?

2.- ¿Cuántos tipos de buses conoce?

3.- ¿Para que necesito una interfaz?

4.- ¿Cuál es la función del CHIPSET?

5.- ¿Cuántos tipos de memoria conoce?


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