Buses de expansión
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Los buses de expansión. Las ranuras de expansión, slots en inglés, son conectores de la placa principal en los que se insertan las tarjetas que sirven de interface entre el microprocesador y los dispositivos periféricos. Como su nombre lo expresa, sirven para la expansión de funciones de la computadora. Debido a este concepto, las computadoras de la plataforma PC pueden ser sistemas abiertos que admiten el incremento de funciones y la posibilidad de adoptar periféricos diversos y de cualquier fabricante, siempre que sean "compatibles".
Sumario
Los buses de expansión en la plataforma PC
Cada uno de los conectores va asociado a una línea por la que circula la información desde los periféricos hacia el microprocesador y viceversa, las cuales, en conjunto, forman el canal de comunicación al que se denomina "bus de expansión". En la práctica, a estos conectores se les conoce indistintamente con el nombre de bus, conector, ranura de expansión o slot.
Con este recurso, IBM pretendía establecer un estándar en la computación personal, permitiendo, mediante una política de licencias, que terceros fabricantes produjeran sus propios periféricos, tarjetas y hasta computadoras basados en las especificaciones del IBM PC, surgiendo así las máquinas y sistemas "compatibles".Este inteligente movimiento por parte de IBM, congregó en torno a la plataforma PC a miles de fabricantes de hardware y software de todo el mundo, alcanzando un desarrollo inusitado y un abaratamiento de los sistemas.
Aunque actualmente todas las plataformas de computadoras personales parten del concepto de ranura de expansión, ninguna mantiene la política de licencias como IBM, e identificar a simple vista la tecnología utilizada por una tarjeta madre y, por consiguiente, el tipo de tarjetas que pueden utilizarse en cada sistema.
El bus PC-XT
La IBM PC-XT original fue construida con base en el microprocesador Intel 8088, el cual es un circuito que trabaja con un bus interno de datos de 16 bits, aunque su bus externo es de 8 bits. Fue así como quedó definida en 8 bits la longitud del byte y de los primeros buses de expansión.
El slot ISA-8 es un conector con doble hilera de 31 contactos metálicos, espaciados entre sí a una distancia de 0.1 pulgadas (alrededor de 2.5 mm).
El bus AT
Cuando se fabricó la primera computadora AT dotada con el procesador 80286 de Intel dado que este circuito fue capaz de manejar palabras de 16 bits en su bus externo, duplicando potencialmente la cantidad de información que podía ser transferida entre el CPU y sus periféricos, fue necesario adaptar la ranura de expansión para adecuarla a las nuevas prestaciones. Sin embargo, para mantener la compatibilidad con las tarjetas ya existentes, se respetó la forma y características del bus ISA-8, pero se le añadió una extensión dedicada al manejo de las señales correspondientes a los 8 bits adicionales. Por otra parte, a las tarjetas se les añadió una hilera adicional de terminales metálicas (36 en total, 18 por cada lado), dando un total de 98 puntos de conexión.
Como las primeras computadoras AT utilizaban un procesador de 6 MHz, la velocidad de intercambio su bió hasta esa frecuencia; posteriormente, cuando surgió un CPU capaz de alcanzar los 8 MHz, IBM declaró que la velocidad estándar de operación del bus ISA-16 sería de esa frecuencia, puesto que no se preveía un aumento significativo en la velocidad de los procesadores.Esto limitó la velocidad de operación de las tarjetas controladoras, defecto que persiste ahora, cuando se utilizan procesadores de 200 MHz. En la actualidad, a pesar de su limitación en velocidad, las tarjetas ISA-16 son las más empleadas a nivel mundial.
Microprocesadores de 32 bits y sus conectores de expansión
Cuando Intel lanzó al mercado el microprocesador 80386, el cual trabaja con palabras digitales de 32 bits, se reunieron los principales fabricantes de computadoras personales compatibles para definir y estandarizar los parámetros de un nuevo tipo de ranura de expansión, capaz de manejar este bus de datos ampliado.
El resultado fue el spot tipo EISA (Enhanced ISA o ISA mejorado). Además, el"grupo de los nueve" decidió mantener el límite a 8 MHz, buscando una compatibilidad hacia atrás, o sea, que en el nuevo conector mejorado se pudieran insertar sin problemas tarjetas ISA normales. Esta situación planteó una solución interesante: los diseñadores no quisieron tomar la misma respuesta que cuando se pasó del bus ISA-8 al bus ISA-16, que consistió en añadir un conector suplementario para manejar las señales adicionales.
Para conservar la tendencia de compactación en la nueva ranura de expansión, se incluyeron contactos más angostos, de modo que pudiera ser insertado un contacto de tarjeta ISA por dos contactos en la ranura EISA. De esta manera, si la separación entre terminales del slot ISA era de 0.1 de pulgada, en la ranura EISA sería de solamente 0.05 de pulgada.
Por razones de compatibilidad, la hilera superior de conectores coincide perfectamente con las especificaciones ISA-16, mientras que la hilera inferior es la encargada de manejar las señales adicionales que permitirán a este slot manejar datos de 32 bits.
Cabe mencionar que la ranura EISA tiene ventajas que van más allá del simple aumento de bits. Entre las principales, se encuentra la capacidad de intercambiar información de manera muy rápida entre periféricos, sin necesidad de que intervenga el microprocesador central debido a su característica de "bus mastering" o "mando a nivel de bus".
Otras característica sobresaliente del bus EISA, es que presenta una velocidad máxima de intercambio de información que fácilmente llega a los 33 MB por segundo (MB/s), contra los 8 MB/s del ISA-8 y los casi 20 MB/s del ISA-16.
Sin embargo, los productores de tarjetas periféricas han desaprovechado esta ventaja, por lo que el verdadero rendimiento de este bus apenas si supera el de un ISA convencional, situación por la que pronto quedó relegado por nuevas tecnologías, sin haber obtenido una gran difusión.
Sin embargo, por este enfoque tan innovador se perdieron los beneficios de la compatibilidad, teniendo que ser diseñadas tarjetas especiales para el bus MCA. Es indudable que este slot presenta múltiples ventajas sobre sus predecesores, entre las que se cuentan: capacidad para manejar sistemas multiprocesador; velocidad máxima teórica de 33 MHz en el intercambio de información, aunque las presiones de los fabricantes obligaron a IBM a fijar como mínimo estándar 10 MHz; mando a nivel de bus; etc.
Las aplicaciones gráficas y el bus local VESA
Cuando Intel anunció el microprocesador 486, base de la cuarta generación de computadoras PC, el mundo del software de aplicación había sufrido un cambio sus tancial. La resolución mínima para trabajar aceptablemente con Windows es la VGA estándar (640 x 480 puntos por pulgada a 16 colores), y esto demanda un gran flujo de bits.
Ante esta situación, la Asociación de Estándares para Video Electrónico (Video Electronics Standard Association), mejor conocida por sus siglas, VESA, diseñó un slot adicional capaz de agregarse a las ranuras ISA y EISA y mejorar así el desempeño de los sistemas. La principal característica de este slot es su conexión directa con los buses que salen del microprocesador, sin necesidad de pasar por el Chipset.
Cabe aclarar que, aunque la mayoría de la literatura técnica asegura que el bus VESA funciona a la misma velocidad del microprocesador, esto no se cumple en los sistemas 486DX2 ó DX4, en los que el CPU funciona al doble o triple de la frecuencia con la que opera el resto de la tarjeta; lógicamente, en estos casos el bus VESA trabaja a una fracción de velocidad del propio microprocesador y con un límite máximo de 33 MHz.
La velocidad teórica en la transferencia de archivos de este slot es de alrededor de 130 MB/s, superando con mucho el desempeño de un bus EISA normal.
El conector VESA está fabricado con la misma tecnología del slot microcanal, esto es, una separación entre conectores de 0.05 de pulgada y una forma física muy semejante al slot MCA, debido a que no utiliza doble nivel de terminales como el bus EISA.
Hay que mencionar que el bus VESA maneja palabras de 32 bits, por lo que únicamente se puede utilizar en máquinas 386DX o superiores, aunque realmente su máximo desempeño se logra en computadoras 486 de alta velocidad (33 MHz o más).
El bus local PCI
A la par del lanzamiento del procesador Pentium, Intel presentó un nuevo tipo de conector de expansión, que es el que ha predominado en máquinas de alto desempeño en los últimos años. Este nuevo slot recibió el nombre de bus local PCI (Peripheral Components Interconnect = interconexión de componentes periféricos).
Al igual que el procesador Pentium, que posee un bus externo de 64 bits, el slot PCI también contempla el manejo de 64 bits en paralelo (aunque la mayoría de las tarjetas madres en el mercado tan solo incorporan el slot PCI de 32 bits), además de que permite el mando a nivel de bus.Sin embargo, presenta un problema que puede ser una limitante a futuro: para reducir el número de terminales, los diseñadores de Intel decidieron enviar los datos de control por medio de una interface multiplexada, con un límite de frecuencia de 33 MHz. Y aunque por el momento esta limitación no parece muy importante, hay que recordar IBM también enfrentó una situación similar cuando fijó la velocidad del bus ISA en 8 MHz.
Fuentes
Computación aplicada
- http://www.slideshare.net/jcmoreno/ISA-8 tarjetas-de-expansión en la pc
- http://www.informaticamoderna.com/ISA-16 tarjetas-de-expansión en la pc
