Módulo II: La interfaz del bus - Interconexión con los buses

Fichas de vocabulario técnico sobre la interfaz del bus, jerarquía de interconexión, líneas funcionales, puertos, conectores y estándares de comunicación física.

Bus

Medio de comunicación y conjunto de reglas que permiten intercambiar información entre componentes de un computador.

Iniciador

Elemento que comienza una operación en el bus, el cual puede ser la CPU o un controlador autorizado para transferir datos.

Destino

Componente que responde a la solicitud de una operación en el bus, por ejemplo una memoria o un registro de un dispositivo.

Controlador

Componente que adapta las operaciones del sistema al dispositivo y gestiona las transacciones con los periféricos.

Protocolo

Conjunto de reglas que define el formato, el orden, la temporización, la confirmación y el tratamiento de errores de las operaciones.

Transmisión paralela

Forma de transmisión en la que varios bits viajan simultáneamente por líneas conductoras distintas (por ejemplo, un bus de datos de $32\text{ bits}$).

Transmisión serial

Forma de transmisión en la que los bits se envían como secuencias a través de uno o más carriles dedicados (por ejemplo, USB o PCI Express).

Bus compartido

Medio de comunicación donde varios participantes utilizan un mismo recurso compartido para transferir información, requiriendo arbitraje.

Señalización diferencial

Técnica empleada en carriles seriales de alta velocidad donde la información se representa mediante la diferencia de tensión entre dos conductores.

Ancho de datos

Cantidad de bits que un bus puede transportar en paralelo en una sola transferencia.

Ancho de direcciones

Cantidad de bits disponibles para seleccionar posiciones, donde con $n\text{ bits}$ se pueden representar $2^n$ direcciones diferentes.

Capacidad direccionable

Espacio total direccionable calculado mediante la expresión $\text{Capacidad direccionable} = 2^n \times \text{tamaño de cada unidad direccionable}$.

Carril serial (Lane)

Camino de señalización en un enlace serial que, como en PCIe, incluye un par conductor para transmitir y otro par para recibir.

Frecuencia de funcionamiento

Número de ciclos por segundo que realiza una señal de reloj, expresado en hercios ($\text{Hz}$) y cuyo período es $T = \frac{1}{f}$.

Tasa de transferencia teórica ($R_{\text{teórica}}$)

Velocidad máxima ideal de transferencia calculada para un bus paralelo como $R_{\text{teórica}} = \frac{W}{8} \times f \times k$, donde $W$ es el ancho en bits, $f$ la frecuencia en hercios y $k$ las transferencias por ciclo.

Tasa de transferencia útil ($R_{\text{útil}}$)

Cantidad real de datos de interés transferidos por unidad de tiempo tras descontar sobrecargas de protocolo, modelada como R_{\text{útil}} = R_{\text{teórica}} \times \boldsymbol{\text{\texteta}}.

Jerarquía tradicional de buses

Organización en niveles donde la CPU, la memoria principal y el puente de E/S comparten el bus del sistema, mientras los controladores de periféricos se conectan al bus de expansión.

Puente de E/S

Elemento que conecta distintos niveles o buses del sistema, adapta velocidades y protocolos, almacena datos temporalmente y añade cierta latencia.

Memoria caché

Memoria de acceso rápido que conserva copias de información reciente para reducir el tráfico hacia la memoria principal.

Jerarquía de altas prestaciones

Organización moderna que integra controladores y enlaces punto a punto dedicados (como PCIe) para componentes de alta demanda, canalizando los demás mediante un chipset de E/S.

Direct Media Interface (DMI)

Enlace dedicado de alta velocidad utilizado en plataformas Intel para concentrar la comunicación entre la CPU y el chipset de E/S.

Líneas funcionales del bus clásico

División de las líneas de un bus en tres grupos principales: líneas de direcciones (destino), líneas de datos (contenido) y líneas de control (coordinación).

Líneas de datos

Conductores bidireccionales del bus que transportan el contenido efectivo de una operación de lectura o escritura.

Líneas de direcciones

Señales del bus que identifican y seleccionan la ubicación física de la memoria o el registro de E/S que interviene en la transferencia.

E/S mapeada en memoria

Método arquitectónico en el cual los registros de los dispositivos de entrada/salida ocupan rangos dentro del mismo espacio de direcciones que la memoria principal.

Líneas de control

Conjunto de señales encargadas de coordinar la operación, indicando lectura/escritura, selección, sincronismo, confirmación, solicitud y eventos de interrupción.

Bus síncrono

Bus cuyas fases y transacciones están ordenadas en base a una referencia temporal periódica proporcionada por una señal de reloj.

Bus asíncrono

Bus que coordina sus fases mediante señales mutuas de solicitud y confirmación (handshake), sin depender de un reloj central.

Arbitraje de bus

Mecanismo centralizado o distribuido que evalúa prioridades o turnos rotativos para conceder el uso de un bus o recurso compartido.

DMA (Acceso Directo a Memoria)

Técnica que permite a un controlador mover bloques de datos entre un periférico y la memoria principal sin intervención directa de la CPU en cada dato.

Estado de espera

Intervalo temporal adicional introducido en una transacción para permitir que un destino complete la operación cuando aún no está listo.

Puerto

Punto de conexión funcional que un equipo informático ofrece para comunicarse con el exterior.

Conector

Pieza física con una disposición mecánica y de contactos conductores determinada para acoplar puertos y cables.

Adaptador pasivo

Accesorio que redistribuye mecánicamente los contactos entre dos conexiones cuando las señales eléctricas de origen ya son compatibles con el destino.

Convertidor activo

Accesorio que contiene circuitería electrónica activa para transformar señales o protocolos incompatibles entre origen y destino.

Conexión en caliente (Hot-plugging)

Propiedad que permite conectar o retirar dispositivos periféricos mientras el equipo permanece encendido y en funcionamiento normal.

Puerto PS/2

Puerto serial clásico con conector circular mini-DIN de seis contactos usado para teclado (color morado) y ratón (color verde).

RS-232

Estándar de comunicación serial tradicional, común con conector DE-9 (DB-9), empleado en consolas de gestión y sistemas industriales.

UART

Circuito integrado que convierte datos entre el formato paralelo interno del computador y la secuencia serial de la línea de comunicación.

Configuración 9600 8N1

Ajuste serial que define una velocidad de 9600 baudios, 8 bits de datos, sin bit de paridad (None) y 1 bit de parada.

Enumeración (USB)

Proceso inicial donde el host detecta un dispositivo USB conectado, consulta sus características, le asigna una dirección y carga su controlador.

Transferencia Bulk (USB)

Modo de transferencia USB para grandes cantidades de datos con detección y corrección de errores, sin tiempo fijo garantizado.

Transferencia Interrupt (USB)

Modo de transferencia USB programado de forma periódica por el host para atender eventos pequeños y de respuesta rápida.

Transferencia Isochronous (USB)

Modo de transferencia periódico para flujos sensibles al tiempo (como audio) que prima la cadencia temporal constante sobre la retransmisión de pérdidas.

USB Power Delivery (USB PD)

Especificación que negocia alimentación eléctrica a través de USB-C, admitiendo potencias de hasta $240\text{ W}$.

FireWire (IEEE 1394)

Interfaz serial histórica (versiones S400 y S800) diseñada para intercambio entre nodos y tráfico isócrono con reserva de ancho de banda.

Conectores TS, TRS y TRRS

Formatos analógicos de $3,5\text{ mm}$ con 2 contactos (TS, mono no balanceado), 3 contactos (TRS, estéreo o balanceado) y 4 contactos (TRRS, estéreo con micrófono).

RJ-45 (8P8C)

Conector modular de ocho posiciones y ocho contactos empleado habitualmente en cableado estructurado para redes Ethernet.

DVI-D

Variante de Digital Visual Interface que contempla exclusivamente señales de video digitales, requiriendo conversión activa para conectar con VGA.

DVI-I

Variante de Digital Visual Interface cuyo conector físico incluye pines tanto para señal de video digital como para señal analógica.

HDMI

High-Definition Multimedia Interface; interfaz estándar diseñada para el transporte unificado de video digital sin comprimir y audio multicanal.

Thunderbolt

Tecnología de interconexión serial de alta velocidad que multiplexa tráfico de datos PCIe y video DisplayPort sobre conectores Mini DisplayPort o USB-C.