U3S1: Buses de Comunicación (aspectos generales)

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TEZIUTLÁN
MATERIA:
ARQUITECTURA DE
COMPUTADORAS
ENERO - JUNIO 2017

ASPECTOS GENERALES
BUSES DE
COMUNICACIÓN

INTRODUCCIÓN
BUSES
Elemento físico que permite la comunicación
entre dos o más elementos en una
computadora.
Conjunto de cables o pistas de conducción
que unen múltiples subsistemas.
La acción de transporte de datos por medio
de ellos se denomina Transferencia de
Información

ASPECTO FÍSICO DEL BUS
Desde un punto de vista físico, los buses
son un conjunto de Conductores
Eléctricos paralelos sobre una Tarjeta
de Circuito Impreso (PCB), los
Conectores o Slots y los Cables de
Datos
BUSES
Desde el punto de vista lógico, los buses
son las líneas o conductores por las
cuales la información o las señales de
control viajan entre los bloques o
elementos digitales de un sistema

PARÁMETROS DE UN BUS
Velocidad de transferencia
de información medida en
MB/s.
Ancho de Banda
Número de líneas que
componen el bus.
(16, 32 o 64 bits)
Ancho o Tamaño del
Bus
Número de dispositivos
que se pueden conectar al
bus.
Capacidad de
conexión

REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE BUSES
Los buses se representan mediante líneas
con punta de flecha para indicar el sentido,
la dirección y el tipo de los datos o señales
que se transmiten.
Dependiendo del tamaño de los datos que
transmiten, el grosor de la línea es
diferente.
Bus Unidireccional
Bus Bidireccional
1 bit
2 o más bitsBus Unidireccional
Bus Bidireccional

Hay un conductor o línea por bit de información que se transfiere.
Elemento
1
Elemento
2
Si el bus transmite 8 bits, entonces habrá 8 líneas.
Elemento
1
Elemento
2

Si el bus consta de un número de bits considerable, entonces el
conjunto se representa mediante una línea gruesa y un indicativo
del tamaño de bus.
Elemento
1
Elemento
2
8 bits

U3S1: Buses de Comunicación (aspectos generales)

CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN
(SENTIDO DE LA INFORMACIÓN)
BUSES DE
COMUNICACIÓN

SENTIDO DE LA INFORMACIÓN
DE UN BUS
Las líneas de un bus pueden también ser clasificarlas según su direccionalidad:
Líneas Unidireccionales
Emisor Simple Emisor Múltiple

Las líneas de un bus pueden también ser clasificarlas según su direccionalidad:
Líneas Bidireccionales
SENTIDO DE LA INFORMACIÓN
DE UN BUS

ORGANIZACIÓN DE LA
COMUNICACIÓN DEL BUS
La transferencia de los buses se realiza, desde su nivel más elemental, entre dos
elementos básicos: Un dispositivo Maestro (MASTER) y un dispositivo Esclavo (SLAVE).

Es la unidad que inicia y controla la transferencia de
datos hacia la(s) unidad(es) Esclava(s). Un ejemplo de
un dispositivo maestro es el Microprocesador
Para realizar una transacción por medio del bus, el
Master solicita una Petición de Operación mediante un
comando, que lleva la dirección del Slave al que se
pretende comunicar.
Una vez establecido el contacto, se inicia la
transferencia de información.
MAESTRO (MASTER)
ORGANIZACIÓN DE LA

Es el elemento que recibe las solicitudes y datos
provenientes del Master. Ejemplos de dispositivos
Esclavos son la Memoria RAM, los periféricos, etc.
Dependiendo de la petición del comando, el Slave
entra en contacto con el master devolviendo su
dirección, su estado (Ocupado, en Espera, etc.) y
enviando el dato solicitado o recibiéndolo.
Los estados de Master o Slave son dinámicos, es
decir, un Slave puede ser Master de otro
dispositivo.
ESCLAVO (SLAVE)
ORGANIZACIÓN DE LA

(TIPO DE INFORMACIÓN O CONTROL DE FLUJO)
BUSES DE
COMUNICACIÓN

TIPOS DE BUSES
Los buses se pueden clasificar en tres grupos:
Buses de Información Básica Buses de Control
Buses de Arbitraje

TIPOS DE BUSES
Bus de Información Básica
Buses utilizados por un Dispositivo
Maestro para definir los dos elementos de
una transferencia: La dirección del
dispositivo esclavo, los datos a transferir y
la operación a realizar.
Líneas de Direcciones. Determina el esclavo al
que se hace referencia.
Líneas de Control. Transmiten las solicitudes de
Estado y de Lectura/Escritura
Líneas de Datos. Transporta los datos de la
transparencia.

Bus de Control
Transmiten las órdenes que determinan la
operación de transferencias entre Maestro y
Esclavo, marcando el ordenamiento entre las líneas
de datos y de direcciones y del paso de los datos por
el bus. Se dividen en dos grupos:
Escritura (Write)
Lectura (Read)
Operación de Entrada (Input)
Operación de Salida (Output)
Líneas de Control Líneas de Sincronismo
Reconocimiento de
Transferencia (ACK)
Reloj (Clock)
Reset
TIPOS DE BUSES

Buses de Arbitraje
Establecen la prioridad entre diferentes
peticiones de acceso al bus.
Petición/Reconocimiento de Bus
(Acknowledge)
Cesión del Bus (Strobe)
Ocupación de Bus (Busy)
Master
1
Master
2
Slave
1
Slave
2
Slave
3
TIPOS DE BUSES

(UBICACIÓN FÍSICA)
BUSES DE
COMUNICACIÓN

TIPOS DE BUSES EN LA COMPUTADORA
Cortos y de alta velocidad.
A la medida del procesador y la
memoria interna.
Optimizados para transferencia de
bloques de caché.
Maximizar el ancho de banda
Bus de Conexión CPU-
Memoria Interna

Más largos y más lentos.
Estandarizados.
Pensados para conectar un amplio
rango de periféricos.
(ISA, PCI, AGP, USB, etc.)
Buses de Entrada/Salida
TIPOS DE BUSES EN LA COMPUTADORA

JERARQUÍA
BUSES DE
COMUNICACIÓN

JERARQUÍA DE BUSES
Las computadoras antiguas tenían una topología de bus único, llamado Backplane, el cual
conectaba al CPU con la memoria principal, y con los dispositivos de Entrada/Salida.
Bus del Sistema
El rendimiento se reduce al agregar nuevos dispositivos al bus.
Genera un cuello de botella significativo, por el acceso simultáneo de los elementos sobre el
mismo bus.

Son líneas de longitud pequeña, de alta velocidad y adaptado a la arquitectura particular del
sistema para maximizar y agilizar las operaciones entre procesador y memoria caché
Bus Local
El bus local aísla el tráfico procesador-caché del resto de transferencias del sistema.
JERARQUÍA DE BUSES

Reducen el tráfico del bus de sistema,
permitiendo al procesador ejecutar tareas
de manera paralela (Por ej. Un acceso a
Memoria y una operación de E/S)
Bus de Entrada/Salida o Bus de
Expansión
Los buses de expansión pueden ser estándar
(Serial, Paralelo, USB) o abiertos (PCI, ISA,
EISA, etc.) permitiendo diseñar
controladores de periféricos compatibles
JERARQUÍA DE BUSES

ESPECIFICACIONES PARA NORMALIZACIÓN DE
BUSES
BUSES DE
COMUNICACIÓN

ESPECIFICACIONES PARA BUSES
NORMALIZADOS
La normalización de un bus permite que
periféricos o controladores funcionen bajo un
sistema de reglas o formatos, logrando la
compatibilidad entre el sistema y demás
elementos.

Nivel Mecánico
Forma y tamaño de conectores, contactos por conector, y No. de dispositivos
soportados por el bus.
NORMALIZADOS

Nivel Eléctrico
Valores de Tensión (Voltaje), Forma de Señal, Polarización.
NORMALIZADOS

Nivel Lógico
Función de cada una de las señales en el bus (Direcciones, Datos, Control, etc.)
NORMALIZADOS

Nivel de Arbitraje
Protocolo de Arbitraje que utiliza el bus para el control de transferencias y accesos.
NORMALIZADOS

Nivel de Temporización o Sincronismo
Protocolo de Transferencia de Información empleado, que puede ser Síncrono o Asíncrono.
NORMALIZADOS

PROTOCOLOS DE TRANSFERENCIA
BUSES DE
COMUNICACIÓN

Bus Síncrono:
En los buses síncronos existe un reloj que
gobierna todas las actividades del bus, las cuales
tienen lugar en un número entero de ciclos de
reloj. La transferencia propiamente dicha coincide
con uno de los flancos del reloj.

Éste tipo de buses son
rápidos, pero no tienen
capacidad para conectar
unidades con velocidades
muy bajas o no conocidas a
priori.

Bus Asíncrono:
Los buses asíncronos utilizan un protocolo tipo
Handshaking para comunicarse el Master con el
Slave. Trabajan de tal forma que uno de los
elementos no avanza hasta que sabe que el otro
ha alcanzado un determinado estado, es decir,
ambos están coordinados.
Los buses asíncronos se escalan mejor con los cambios de
tecnología y pueden admitir una mayor variedad de
velocidades de respuesta en los dispositivos.

Protocolo Handshaking básico:
Master Slave
El Master activa la señal R/W y coloca la dirección del Slave al que
pretende comunicarse
El Slave detecta su dirección y la señal R/W, y envía una señal de
reconocimiento al Master para indicar que «Entra en Contacto»
El Master recibe la señal de reconocimiento y activa las líneas de datos
para realizar escritura o lectura
El Slave recibe los datos si la orden es de escritura o permite el acceso si
se trata de lectura; al mismo tiempo envía una señal de estado que
indica si está ocupado o disponible
El Master recibe la señal de estado del Slave y la confirmación de que la
lectura o escritura ha finalizado o si sigue en curso; una vez disponible se
puede realizar una nueva transferencia

PROTOCOLOS DE ARBITRAJE BÁSICOS
BUSES DE
COMUNICACIÓN

PROTOCOLOS DE ARBITRAJE
Un Protocolo de Arbitraje tiene la función de
garantizar el acceso a un bus cuando existen varios
dispositivos maestros:
• Procesador
• Dispositivos DMA
• Periféricos E/S
• Sistemas Multiprocesadores

Existen dos tipos de protocolos de arbitraje:
• Protocolos Centralizados
• En el sistema existe un árbitro que
controla las peticiones y concesiones.
• Protocolos Distribuidos
• El control del bus se realiza mediante los
dispositivos maestros de forma
cooperante.

BUSES DE
COMUNICACIÓN
ENCADENAMIENTO O DAISY CHAINING

Protocolo de encadenamiento (Daisy Chaining) de dos señales:
Protocolo centralizado que utiliza dos señales encadenadas: Petición y Concesión del Bus

ÁRBITRO
MASTER
1
El Master que pretende acceder al bus envía la señal de Petición al árbitro, que es propagada por los demás
dispositivos Master.
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
2
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
3
PETICIÓN
CONCESIÓN
BUS

ÁRBITRO
MASTER
1
El árbitro activa la señal de Concesión que es propagada por los Masters que no solicitaron el acceso al bus.
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
2
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
3
PETICIÓN
CONCESIÓN
BUS

ÁRBITRO
MASTER
1
El Master que recibe la señal de Concesión toma el control del bus y comienza su operación de
transferencia.
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
2
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
3
PETICIÓN
CONCESIÓN
BUS

ÁRBITRO
MASTER
1
Si un master envía una señal de petición mientras está accediendo al bus, bloquea su propagación al
árbitro hasta que finalice la utilización del bus.
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
2
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
3
PETICIÓN
CONCESIÓN
BUS

Protocolo de encadenamiento (Daisy Chaining) de tres señales:
Protocolo centralizado que utiliza tres señales encadenadas: Petición, Concesión y Ocupación del Bus

ÁRBITRO
MASTER
1
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
2
BUS
CONCESIÓN
OCUPACIÓN
La línea de Petición es común a todos los Masters; cuando uno de ellos solicita acceso al bus, el árbitro
recibe la petición y verifica el estado del bus.

ÁRBITRO
MASTER
1
Cuando el árbitro detecta que el bus está disponible, permite el envío de la señal de Concesión al master
que solicitó el acceso.
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
2
BUS
CONCESIÓN
OCUPACIÓN

ÁRBITRO
MASTER
1
Cuando el Master toma control del bus, activa la señal de Ocupación, la cual indica al árbitro que se está
realizando una transferencia; si otro Master realiza una petición, no tendrá concesión hasta que el Master
activo desactive la línea de Ocupación.
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
2
BUS
CONCESIÓN
OCUPACIÓN

Protocolo de encadenamiento (Daisy Chaining) de cuatro señales:
Protocolo centralizado que utiliza cuatro señales: Petición, Concesión, Ocupación y Reconocimiento del
Bus

ÁRBITRO
MASTER
1
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
2
BUS
CONCESIÓN
OCUPACIÓN
El proceso de control de las transferencias es similar al protocolo de señales, sólo que éste el árbitro
verifica el estado del bus y la presencia de algún Master con reconocimiento.
RECONOCIMIENTO

ÁRBITRO
MASTER
1
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
2
BUS
CONCESIÓN
OCUPACIÓN
Si el bus y la línea de reconocimiento están libres, se otorga la Concesión y se activa la señal de Ocupación; si en algún
punto otro Master realiza una petición en ese momento, encontrará el bus ocupado. Entonces activa la señal de
Reconocimiento para que en el momento en que el primer Master libera el uso del bus, tenga acceso y concesión
inmediatamente.
RECONOCIMIENTO

ÁRBITRO
MASTER
1
PETICIÓN
CONCESIÓN
MASTER
2
BUS
CONCESIÓN
OCUPACIÓN
Una vez libre el bus, se desactiva la señal de Reconocimiento, se le entrega Concesión al Master en espera y
éste activa la línea de Ocupación y toma control del bus.
RECONOCIMIENTO

BUSES DE
COMUNICACIÓN
ESTRELLA

BUSES DE
COMUNICACIÓN
ENCUESTA O POLLING

BUSES DE
COMUNICACIÓN
LÍNEAS DE IDENTIFICACIÓN

BUSES DE
COMUNICACIÓN
CÓDIGOS DE IDENTIFICACIÓN

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