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

Fichas de vocabulario técnico sobre conceptos de arquitectura de buses, jerarquías de interconexión, líneas funcionales, transferencias y especificaciones de puertos físicos.

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; puede ser la CPU o un controlador autorizado para transferir datos.

Destino

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

Controlador

Componente que adapta las operaciones del sistema al dispositivo y gestiona la comunicación con una interfaz.

Protocolo

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

Transmisión paralela

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

Transmisión serial

Forma de comunicación en la que los bits se transmiten de manera secuencial a lo largo de uno o más carriles (por ejemplo, USB o PCI Express).

Bus compartido

Recurso de comunicación en el cual múltiples participantes utilizan un mismo medio o conductores para transmitir información.

Señalización diferencial

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

Ancho del bus de datos

Cantidad de bits que el bus puede transportar en paralelo durante una sola transferencia de datos.

Ancho de direcciones

Cantidad de bits disponibles para seleccionar posiciones en memoria o dispositivos; con $n$ bits se pueden representar un total de $2^{n}$ direcciones.

Frecuencia de funcionamiento

Magnitud que mide los ciclos por segundo de una señal de reloj, expresada en hercios ($1\text{ MHz} = 10^{6}\text{ ciclos/s}$).

Período ($T$)

Duración de un único ciclo de reloj, calculada como la inversa de la frecuencia: $T = \frac{1}{f}$.

MT/s y GT/s

Millones y miles de millones de transferencias por segundo; representan la cadencia de operaciones y no equivalen por sí solos a bytes por segundo.

Tasa teórica ($R_{\text{teórica}}$) de un bus paralelo

Capacidad máxima de transferencia calculada mediante la fórmula $R_{\text{teórica}} = \frac{W}{8} \times f \times k$, donde $W$ es el ancho de datos en bits, $f$ la frecuencia en $\text{Hz}$ y $k$ las transferencias por ciclo.

Tasa útil ($R_{\text{útil}}$) y eficiencia ($\eta$)

Cantidad real de datos transferidos por unidad de tiempo tras descontar cabeceras, demoras, errores y arbitraje, modelada como $R_{\text{útil}} = R_{\text{teórica}} \times \eta$.

Jerarquía tradicional de buses

Organización en niveles que utiliza un bus del sistema compartido para CPU y memoria principal, y un puente de E/S que deriva hacia un bus de expansión compartido para periféricos.

Puente (Bridge)

Elemento que conecta segmentos o niveles de interconexión, adaptando señales y protocolos, además de almacenar datos temporalmente para amortiguar diferencias de velocidad.

Jerarquía de altas prestaciones

Organización que acerca los recursos de mayor demanda a la CPU mediante controladores integrados y enlaces dedicados punto a punto para evitar la contención de buses compartidos.

DMI (Direct Media Interface)

Enlace punto a punto utilizado en plataformas Intel para concentrar la comunicación entre la CPU y el chipset de entrada y salida.

Líneas de datos

Conductores funcionales del bus encargados de transportar el contenido de una lectura o escritura (instrucciones, valores numéricos o caracteres).

Líneas de direcciones

Conductores funcionales del bus que seleccionan la ubicación física de memoria o el registro de entrada/salida que participa en una transacción.

E/S mapeada en memoria

Esquema de direccionamiento en el cual los registros de los dispositivos ocupan rangos dentro del mismo espacio de direcciones que la memoria principal.

Líneas de control

Conjunto de señales del bus encargadas de coordinar la operación (lectura/escritura, selección, reloj, confirmación, arbitraje e interrupciones).

Bus síncrono

Tipo de bus que emplea una señal de reloj común como referencia temporal obligatoria para ordenar y sincronizar las fases de cada transacción.

Bus asíncrono

Tipo de bus que coordina las transferencias mediante señales explícitas de solicitud y confirmación (handshaking) sin requerir un reloj global común.

Arbitraje de bus

Mecanismo (centralizado o distribuido) que decide qué solicitante obtiene el control y uso de un recurso o bus compartido.

DMA (Direct Memory Access)

Mecanismo que permite a un controlador mover bloques de datos directamente entre un periférico y la memoria principal sin intervención continua de la CPU.

Puerto

Punto de conexión funcional que ofrece un equipo informático hacia el exterior.

Conector

Pieza física y disposición geométrica de contactos que permite enlazar dos elementos.

Adaptador pasivo

Accesorio que redirige líneas eléctricas entre conectores cuando las señales de origen ya son eléctricamente compatibles con el destino.

Convertidor activo

Accesorio que contiene circuitería electrónica encargada de transformar y traducir señales o protocolos entre extremos incompatibles.

Conexión en caliente (Hot plug)

Capacidad de una interfaz para conectar o retirar dispositivos mientras el equipo permanece encendido.

Puerto PS/2

Puerto serial con conector mini-DIN de seis contactos dedicado a la conexión de teclado (morado) y ratón (verde) con líneas independientes de reloj y datos.

RS-232

Estándar de interfaz serial tradicional, frecuentemente implementado mediante conectores DE-9 (DB-9), utilizado en consolas de administración e instrumentación.

UART

Circuito integrado que convierte datos paralelos internos del procesador en secuencias seriales de bits para su transmisión, y viceversa.

Notación 9600 8N1

Ajuste de comunicación serial que especifica una velocidad de $9600\text{ baudios}$, $8\text{ bits}$ de datos, sin paridad (None) y $1\text{ bit}$ de parada.

USB (Universal Serial Bus)

Arquitectura de interconexión serial administrada por un controlador anfitrión (host) que centraliza la comunicación y energización de periféricos.

Enumeración (USB)

Proceso mediante el cual el anfitrión USB detecta un dispositivo conectado, consulta sus capacidades, le asigna una dirección lógica y carga el controlador adecuado.

Transferencia de control (USB)

Tipo de transferencia USB empleada para la configuración, comandos iniciales y gestión administrativa de los dispositivos.

Transferencia Bulk (Masiva)

Transferencia USB orientada al envío de grandes volúmenes de datos con verificación y recuperación de errores, sin garantía de ancho de banda constante o latencia fija.

Transferencia Interrupt (USB)

Transferencia USB periódica programada por el anfitrión para consultar eventos pequeños y recurrentes originados por periféricos.

Transferencia isócrona

Servicio de transferencia periódico con reserva de ancho de banda para flujos en tiempo real (como audio), donde se prioriza la continuidad sobre la retransmisión de pérdidas.

USB Power Delivery (USB PD)

Especificación de carga que negocia la entrega de energía en puertos USB compatibles, admitiendo potencias de hasta $240\text{ W}$.

FireWire (IEEE 1394)

Interfaz serial para interconexión de nodos de alta velocidad con soporte para flujos isócronos, empleada históricamente en cámaras digitales, audio y discos.

Conector TS

Conector de audio analógico de $3{,}5\text{ mm}$ con dos contactos conductores (punta y cuerpo), utilizado para transportar una señal mono no balanceada.

Conector TRS

Conector de audio analógico de $3{,}5\text{ mm}$ con tres contactos conductores (punta, anillo y cuerpo), utilizado para señales estéreo o audio balanceado.

Conector TRRS

Conector de audio analógico de $3{,}5\text{ mm}$ con cuatro contactos conductores (punta, dos anillos y cuerpo), utilizado en tomas combinadas de auriculares con micrófono.

Conector 8P8C (RJ-45)

Conector modular de ocho posiciones y ocho contactos comúnmente empleado en redes de telecomunicaciones y cableado Ethernet de par trenzado.

10GBASE-T

Tecnología Ethernet sobre par trenzado de cobre con tasa nominal de $10\text{ Gb/s}$, capaz de alcanzar hasta $100\text{ m}$ bajo cableado certificado Cat 6A.

Power over Ethernet (PoE)

Tecnología que permite alimentar eléctricamente dispositivos de red a través de los mismos conductores de cobre del cable Ethernet.

DVI (Digital Visual Interface)

Interfaz física diseñada para la transmisión de video entre una fuente y un monitor mediante señales TMDS.

DVI-D

Variante del conector DVI configurada exclusivamente para el transporte de señales de video digital.

DVI-A

Variante del conector DVI diseñada exclusivamente para la emisión de señales de video analógico.

DVI-I

Variante de DVI integrada que incluye contactos para transmitir tanto señales digitales como analógicas en un único conector.

DVI Dual Link

Configuración digital de DVI que incorpora un segundo conjunto de canales de datos para incrementar el ancho de banda y admitir mayores resoluciones.

HDMI (High-Definition Multimedia Interface)

Interfaz digital estándar diseñada para la transmisión simultánea de video y audio digital sin comprimir entre fuentes y pantallas.

ARC y eARC

Canales de retorno de audio en HDMI que permiten a una pantalla enviar sonido hacia un receptor o barra de sonido sin requerir un cable dedicado adicional.

Thunderbolt

Tecnología de interconexión serial de alta velocidad que multiplexa datos PCI Express, video DisplayPort y alimentación eléctrica en un solo cable.

Thunderbolt 5

Generación de Thunderbolt con tasa simétrica de $80\text{ Gb/s}$ bidireccional y un modo de refuerzo asimétrico de hasta $120\text{ Gb/s}$ en un sentido para alta demanda de pantalla.