BUSES DE EXPANSION Cada tarjeta de expansión, bien sea un adaptador de video, una tarjeta de sonido o una tarjeta de interfaz de red, está diseñada para comunicarse con la tarjeta madre y la CPU a través de un solo estándar de interfaz y comunicaciones llamado bus. Una computadora generalmente soporta por lo menos dos buses de expansión y con frecuencia más, y cuanto más, mejor. Un bus de expansión, también llamado arquitectura bus, define una interfaz especifica que consiste en cuantos datos lleva, cuán rápido loa transfiriere, como se conecta a la tarjeta madre y como interactúa con la CPU o la RAM. Bus es una palabra inglesa que significa "transporte". En arquitectura de computadores, un bus puede conectar lógicamente varios periféricos sobre el mismo conjunto de cables. Aplicada a la informática, se relaciona con la idea de las transferencias internas de datos que se dan en un sistema computacional en funcionamiento. En el bus todos los nodos reciben los datos aunque no se dirijan a todos éstos, los nodos a los que no van dirigidos los datos simplemente los ignoran. Por tanto, un bus es un conjunto de conductores eléctricos en forma de pistas metálicas impresas sobre la tarjeta madre del computador, por donde circulan las señales que corresponden a los datos binarios del lenguaje máquina con que opera el Microprocesador. Los primeros buses de computadoras eran literalmente buses eléctricos paralelos con múltiples conexiones. Hoy en día el término es usado para cualquier arreglo físico que provea la misma funcionalidad lógica que un bus eléctrico paralelo. Los buses modernos pueden usar tanto conexiones paralelas como en serie, y pueden ser cableados en topología multidrop o en daisy chain, o conectados por hubs switcheados, como el caso del USB. Desde el comienzo, la Computadora ha actualizado todos esos tipos de buses de expansión. De hecho, el estándar utilizado en las computadoras originales todavía se encuentra disponible en la mayoría de los diseños de tarjeta madre. Por otra parte, varios diseños que buscaron mejorar el original pasaron a la historia, dejando esencialmente solo unos cuantos a continuación se enumeran las estructuras del bus de las computadoras que han sido las mas populares con los años.

ISA (industry Standard architecture, arquitectura estándar en la industria)

El bus de expansión ISA es ahora obsoleto, pero la mayoría de las tarjetas madre todavía tienen por lo menos una ranura ISA para ofrecer compatibilidad con modelos anteriores respecto al hardware. usted todavía puede comprar tarjetas de expansión ISA, pero son difíciles de conseguir. En la mayoría de las tarjetas madre, las ranuras de expansión ISA son de 16 bits. Que también soportara tarjetas de 8bits. Una tarjeta de 8 bits tendría solo la mitad del extremo izquierdo del conector lateral de borde en el borde inferior de la tarjeta. La ranura ISA, se divide en dos secciones. La tarjeta de 16 bits ocupa ambas secciones.

Algunas de las tarjetas ISA mas resientes son compatibles con plug-and play, pero no para la mayoría. Esto se significa que los dispositivos ISA requieren al menos alguna configuración manual. El bus ISA también es denominado bus AT, por la PCAT de IBM en la cual se instalo originalmente. Compare los conectores laterales de borde con la tarjeta de expansión para otras arquitecturas de bus de expansión. En la tarjeta madre, las ranuras ISA son normalmente negras.

EISA (EXTENDED ISA, EXTENDIDA) El bus EISA extendió el bus a 32 bits y agrego dominio de bus. las ranuras de expansión EISA también son compatibles con versiones anteriores de las tarjetas ISA, con una ranura seccionada que soporta tarjeta ISA de 8 bits y de 16 bits. Se ha remplazado con el bus PCI pero todavía se encuentra disponible en algunos diseños de tarjeta madre. Al igual que ranuras ISA, las EISA también son negras y se colocan al lado de las ranuras ISA en aquellas tarjetas madre que las incluyen.

Bus local VESA (VESA Local Bus, VL bus)

El bus VL es una arquitectura de bus desarrollada por VESA (Asociación de estándares electrónicos de video) para utilizarla con el procesador 486. un bus local es aquel que se adhiere a la misma estatura de bus utilizada por la CPU. El bus VL es un bus de 32 bits que soportaba el dominio de bus (bus mastering). El bus PCI ha remplazado esencialmente el bus VL en las computadoras tiene una ranura de expansión para bus VL, es la que se encuentra al lado de las ranuras ISA y EISA que tienen la ranura extra adicionada al extremo y es de aproximadamente cuatro pulgadas de largo en total.

PCI (peripheral component, interconexión de componentes periféricos)

El bus PCI se introdujo con la primeras computadoras Pentium de Intel y se a convertido en estándar de facto para las tarjetas de expansión en las tarjetas madre mas recientes. El bus PCI es común en las computadoras Macintosh y en las estaciones de trabajo de alto nivel. El bus PCI, el cual es un bus local, soporta normalmente dispositivos montados o conectados directamente a la tarjeta madre así como en las ranuras de expansión PCI. La mayoría de las tarjetas madre incluyen tres o cuatro de las ranuras blancas de expansión PCI. El bus PCI soporta interfaces de 32 bits y 64 bits y capacidad total de plug-and-play, lo que ofrece instalaciones y configuraciones sencillas de manejar. Su longitud de ranuras mas cortas hace que las tarjetas madre sean pequeñas, uno de los motivos de su popularidad.

AGP (Accelerated graphics port, puerto acelerado de gráficos) A pesar de que este bus de expansión es como los buses ISA y PCI, se utiliza solo para un tipo de tarjeta de video. Se desarrollo principalmente para mejorar los gráficos en 3D. otro objetivo del AGP era hacer que las tarjetas de video fueran mas económicas retirando memoria de las tarjetas de video, pero como la memoria se volvió mas barata, su beneficio esta en el desempeño de gráficos en 3D. El AGP corre a velocidades más rápidas que el bus PCI. Hay tres velocidades diferentes para tarjetas de video AGP: 1 AGP, 2 x AGP y 4x AGP, las cuales transfieren datos de video de 264 MBps a 1 GBps. La ranura AGP café es un poco más corta que la ranura PCI blanca y generalmente están cerca. La 11-6 ilustra la ubicación de la ranura AGP en una tarjeta madre con factor de forma AT en relación con las ranuras ISA y PCI. DOMINIO DE BUS (BUS MASTERING) La arquitectura de bus PCI incluye una tecnología llamada dominio de bus que permite que una tarjeta de expansión transfiera datos directamente hacia y desde la memoria principal de la computadora (RAM) y hacia y desde otros controladores de dispositivos periféricos con capacidad de dominio de bus sin la necesidad de pasar por la CPU. El dominio de bus permite al controlador del bus PCI transferir datos desde un dispositivo PCI directamente a la memoria. Esto libera la CPU para realizar otras tareas, haciendo por tanto mas eficiente a todo el sistema.

ARQUITECTURAS DE BUS LOCAL Normalmente, el bus de expansión es independiente de las estructuras del bus del sistema utilizadas por los componentes del sistema central. La CPU, el conjunto de chips y la memoria principal utilizan un bus interno o del sistema para mover datos entre ellos interactuando con el bus de expansión y de entrada/salida cuando sea necesario. Se dice que le bus del sistema interno es “local” a la CPU y otros dispositivos internos. El bus local permite a los dispositivos que se adhieren a el la capacidad de operar y mover datos a altas velocidades ofrecidas por las arquitecturas del bus interno. Las velocidades del bus local y los buses de expansión y de entrada/salida ya no son muy diferentes, lo que ha reducido la necesidad de utilizar arquitecturas de bus local como el bus local VESA (bus VL).

INTERFAZ DE LA COMPUTADORA PERSONAL PORTATIL

Las computadoras portátiles como los laptops, notebooks, palmtops, y otras computadoras compactas portátiles, utilizan una interfaz de expansión, la CPU Card. La interfaz de la PC Card permite que tarjetas de expansión especialmente diseñadas se inserten y utilicen de inmediato mientras que le sistema esta activo y sin necesidad de abrir caja del sistema. Esta interfaz, antes conocida como interfaz PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association, Asociación Internacional para tarjetas de memoria de computadoras personales), en honor al organismo que la desarrollo, utiliza un zócalo de 68 pines que se conecta directamente al bus del sistema de la computadora. Las tarjetas PC Card se insertan dentro del zócalo para agregar recursos o dispositivos a la computadora.

CARACTERISTICAS DE LA PC CARD Las tarjetas PC Card son tarjetas de expansión del tamaño de una tarjeta de crédito que se utilizan para agregar no solo el adaptador o controlador para un dispositivo periférico, son todo el dispositivo mismo. Las tarjetas PC Card pueden utilizarse para agregar más memoria, un disco duro, un MODEM, un adaptador de red, una tarjeta de sonido y más. Las tarjetas que encajan dentro de la ranura de la tarjeta PC Card tienen todas una altura y un ancho estándar de 85.6 milímetros (mm) por 54 mm, o aproximadamente 31/3 pulgadas por 21/4 pulgadas. En lo que las tarjetas PC Card difieren es en su grosor, las tarjetas mas gruesas por lo general contienen mas función o capacidad. La PCMCIA ha desarrollado estándares para tres tamaños de ranura de la tarjeta PC Card (y los dispositivos que se ajustan a ella). Tipo I Esta ranura y tarjeta tiene 3.3 mm (aproximadamente un octavo de pulgada) de grosor. Se utiliza para agregar memoria DRAM y flash. Las ranuras tipo I son utilizadas comúnmente en computadoras muy pequeñas, como las palmtops. La PCMCIA ahora ha desarrollado un nuevo factor de forma mas pequeño llamado la tarjeta miniatura que es 73 por ciento mas pequeña que la tarjeta PC Card tipo I. la tarjeta miniatura con una área menor de 1.5 pulgadas cuadradas, esta siendo utilizada en computadoras palmtop y los nuevos teléfonos inteligentes, entre otros dispositivos. TIPO II Esta ranura tiene 5 mm (aproximadamente una quinta parte de una pulgada) de grosor. Las tarjetas tipo II son en su mayoría tarjetas de entrada/salida como módems y tarjetas de interfaz de red (NIC). TIPO III las ranuras tipo III tienen 10.5 mm (justo menos de la mitad de una pulgada) de grosor. Se utilizan para agregar unidades de disco duro, módems multifuncionales y tarjetas adaptadoras de red (NIC), y transceptores de red inalámbricos 802.11.

Interconexión de componentes periféricos (PCI). Se incluye soporte para el bus de interfaz PCI en el conjunto de chips del sistema en todas las computadoras clase Pentium. PCI es el utilizado comúnmente para tarjetas para gráficos 2D, tarjetas de sonido, tarjetas de interfaz de red y otras tarjetas de expansión que se instalan directamente en la tarjeta madre. Claro que se requiere una ranura para la tarjeta PCI. El PCI es una estructura de bus y como tal puede soportar un número de dispositivos diferentes. Las ranuras PCI, se encuentran prácticamente en todas las tarjetas madre clase Pentium.

AGP (Puerto acelerado para gráficos) la interfaz fue diseñada específicamente para utilizarla como una interfaz del sistema de video. El AGP, el cual corre dos veces más rápido que la interfaz PCI, crea un enlace de alta velocidad entre la tarjeta de video y el procesador de la computadora personal. La interfaz AGP también esta directamente relacionada con la memoria del sistema del computador personal, lo que hace posible que las imágenes de 3D se almacenen en la memoria principal y que los sistemas 2D utilicen la memoria RAM del sistema para algunos cálculos. Todas las tarjetas de video AGP requieren que las tarjetas madre tengan una ranura AGP. EL AGP es un puerto y como tal puede soportar solo un dispositivo. Generalmente existe solo una ranura AGP en una tarjeta madre (véase la figura 12-6), y esta reservada para la tarjeta de gráficos. El AGP esta remplazando rápidamente al PCI como la interfaz de preferencia las tarjetas de video por su transferencia de datos mas rápida. De hecho, el AGP ha evolucionado en varias versiones y cada una es múltiplo del estándar original. Por ejemplo, el AGP 1X tiene una tasa de transferencia de datos de 266 MBps (comparado con 133 MBps del PCI), AGP 2X soporta 533 MBps, y el AGP 4X transfiere datos a 1.07 GBps.

PCI-Express

Ranura PCI-Express 1x PCI-Express (anteriormente conocido por las siglas 3GIO, 3rd Generation I/O) es un nuevo desarrollo del bus PCI que usa los conceptos de programación y los estándares de comunicación existentes, pero se basa en un sistema de comunicación serie mucho más rápido. Este sistema es apoyado principalmente por Intel, que empezó a desarrollar el estándar con nombre de proyecto Arapahoe después de retirarse del sistema Infiniband. PCI-Express es abreviado como PCI-E o PCIE, aunque erróneamente se le suele abreviar como PCIX o PCI-X. Sin embargo, PCI-Express no tiene nada que ver con PCI-X que es una evolución de PCI, en la que se consigue aumentar el ancho de banda mediante el incremento de la frecuencia, llegando a ser 32 veces más rápido que el PCI 2.1. Su velocidad es mayor que PCIExpress, pero presenta el inconveniente de que al instalar más de un dispositivo la frecuencia base se reduce y pierde velocidad de transmisión. Este bus está estructurado como enlaces punto a punto,full-duplex, trabajando en serie. En PCIE 1.1 (el más común en 2007) cada enlace transporta 250 MB/s en cada dirección. PCIE 2.0 dobla esta tasa y PCIE 3.0 la dobla de nuevo. Cada slot de expansión lleva uno, dos, cuatro, ocho, dieciséis o treinta y dos enlaces de datos entre la placa base y las tarjetas conectadas. El número de enlaces se escribe con una x de prefijo (x1 para un enlace simple y x16 para una tarjeta con dieciséis enlaces. Treinta y dos enlaces de 250MB/s dan el máximo ancho de banda, 8 GB/s (250 MB/s x 32) en cada dirección para PCIE 1.1. En el uso más común (x16) proporcionan un ancho de banda de 4 GB/s (250 MB/s x 16) en cada

dirección. En comparación con otros buses, un enlace simple es aproximadamente el doble de rápido que el PCI normal; un slot de cuatro enlaces, tiene un ancho de banda comparable a la versión más rápida de PCI-X 1.0, y ocho enlaces tienen un ancho de banda comparable a la versión más rápida de AGP.

Slots PCI Express (de arriba a abajo: x4, x16, x1 y x16), comparado con uno tradicional PCI de 32 bits, tal como se ven en la placa DFI LanParty nF4 Ultra-D PCI-Express está pensado para ser usado sólo como bus local, aunque existen extensores capaces de conectar múltiples placas base mediante cables de cobre o incluso fibra óptica. Debido a que se basa en el bus PCI, las tarjetas actuales pueden ser reconvertidas a PCI-Express cambiando solamente la capa física. La velocidad superior del PCI-Express permitirá reemplazar casi todos los demás buses, AGP y PCI incluidos. La idea de Intel es tener un solo controlador PCIExpress comunicándose con todos los dispositivos, en vez de con el actual sistema de puente norte y puente sur. Este conector es usado mayormente para conectar tarjetas graficas. PCI-Express no es todavía suficientemente rápido para ser usado como bus de memoria. Esto es una desventaja que no tiene el sistema similar HyperTransport, que también puede tener este uso. Además no ofrece la flexibilidad del sistema InfiniBand, que tiene rendimiento similar, y además puede ser usado como bus interno externo. PCI-Express en 2006 es percibido como un estándar de las placas base para PC, especialmente en tarjetas gráficas. Marcas como Ati Technologies y nVIDIA entre otras tienen tarjetas graficas en PCI-Express.