LOS BUSES DEL PC EL BUS PCI - ?· 3. 1 Estructura del bus 3. 2 Ordenes del PCI . Sistemas de Multiprocesamiento…

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    23-Sep-2018

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  • LOS BUSES DEL PC

    EL BUS PCI

  • Sistemas de Multiprocesamiento Bus PCI

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    Realizado por:

    Beln Martn Muoz Melisa Nez Platero 5 Automtica y Electrnica

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    INDICE

    1. INTRODUCCIN AL PC Y A SUS BUSES

    1.1 Recursos de un PC

    1.1.1 Memoria 1.1.2 Puertos Entrada / Salida 1.1.3 Interrupciones 1.1.4 Canales de DMA 1.1.5 Escenario

    1.2 Algo sobre buses

    1.2.1 El bus tipo ISA 1.2.2 El bus tipo EISA 1.2.3 El bus tipo VESA LOCAL BUS (VLB) 1.2.4 El bus tipo Micro Channel Architecture (MCA) 1.2.5 El bus PCI 1.2.6 El bus AGP

    1.3 Algo sobre puertos

    1.3.1 El puerto paralelo 1.3.2 El puerto serie

    2. CONCEPTOS Y CARACTERSTICAS DE LOS BUSES

    2. 1 Estructura de un bus 2. 2 Jerarqua de buses

    3. CARACTERSTICAS DEL BUS PCI

    3. 1 Estructura del bus 3. 2 Ordenes del PCI

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    4. DESCRIPCIN FUNCIONAL DEL BUS LOCAL PCI

    4. 1 Seales del sistema 4. 2 Seales de control de transacciones 4. 3 Protocolo de transacciones 4. 4 Espacio de configuracin del interfaz 4. 5 Direccionamiento 4. 5. 1 Configuracin 4. 5. 2 Entrada/Salida y memoria 4. 6 Control de paridad

    5. DISEO DE INTERFACES PARA BUS PCI

    5. 1 Requerimientos para el diseo de interfaces PCI 5. 2 Soluciones comerciales 5. 2. 1 ASICs PCI 5. 2. 2 Dispositivos programables FPGA 5. 2. 3 Libreras de macroceldas para ASICs 5. 2. 4 Modelados de alto nivel, LogiCores 5. 3 Otras alternativas

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    1. INTRODUCCIN AL PC Y A SUS BUSES En las lneas siguientes hemos decidido describir una gua ejemplo, del desglose de una cantidad de trminos relacionados con el ordenador personal (PC) y lo que el hardware ha ido proporcionando al mercado desde la aparicin del primer ordenador compatible hasta los modernos equipos que ahora nos ofrece el panorama informtico. Pretendemos dar una breve descripcin de trminos tales como buses y puertos. Para comenzar vamos a comentar las siglas ms estandarizadas dentro de la terminologa informtica.

    Los PCs han ido variando su arquitectura con los aos a fin de conseguir ms potencia y velocidad. Este pequeo porttil incorpora ms tecnologa que la empleada en las primeras

    misiones espaciales.

    1. 1 RECURSOS DE UN PC

    Antes de comenzar el estudio de los buses del PC, y en concreto el bus PCI, vamos a dar unas definiciones bsicas, para la comprensin del entorno en el cual trabajan estos buses.

    Los principales recursos de un PC son: memoria, puertos de entrada/salida,

    interrupciones y canales de DMA.

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    1.1.1 MEMORIA

    Remontndonos al principio de los tiempos, a los microprocesadores 8088 y 8086, se les poda hacer funcionar en modo mnimo o mximo, segn estuviera cableada una de sus patillas.

    En cuanto, principalmente al uso de la memoria, los procesadores del 80286 en

    adelante funcionan en modo Real o Protegido. En modo Real el acceso a memoria fsica est limitado al primer megabyte, y a los primeros 64K-16 bytes del segundo megabyte. El procesador arranca en modo Real, y pasa a protegido ejecutando determinadas instrucciones.

    El MSDOS se dise para uso del primer megabyte, y distingue los primeros 640 K

    bytes (memoria convencional) del resto del primer megabyte. Con el transcurso de los aos se vio que esto era insuficiente. En ese resto tenemos el espacio de memoria de video (ram y rom), rom de diversos perifricos, rom bios, etc

    La memoria fsica por encima del primer megabyte se llama extendida. Hay que tener

    en cuenta que en el bus ISA de 16 bits slo hay acceso a los primeros 16 MB de memoria direccionable, ya que slo contiene los bits de direccin A0-A23.

    En resumen, se distingue:

    ? Primer megabyte, donde a su vez se distinguen:

    ? Memoria convencional: 640K iniciales. ? Resto de 384K

    ? Memoria extendida, cuyos primeros 64K-16 bytes conocidos como Memoria

    Alta (HMA) son accesibles en modo Real del 80286 en adelante.

    1.1.2 PUERTOS DE ENTRADA / SALIDA

    El rango de puertos puede ir de 0 a 0FFFFH; no obstante, en muchos PCs existe una

    limitacin al reconocimiento de puertos superiores al 3FFH. De estos totales, podemos distinguir varios rangos:

    ? 0-FFH: puertos estndar en la placa base, o reservados en el chipset. ? 100H-1FFH: algunos puertos estndar ? 200H-3FFH: la generalidad de puertos estndar en el bus ISA. ? 400H en adelante: funciones especiales, puertos en bus PCI, etc...

    Algunos puertos tienen nombres simblicos asignadas en el sistema operativo, como:

    ? Comunicaciones: COM1 (3F8H-3FFH), COM2 (2F8H-2FFH), COM3 (3E8H-3EFH) y COM4(2E8H-2EH).

    ? Impresoras: LPT1 (3BCH-3BFH), LPT2 (378H-37FH) y LPT3 (278H-27FH)

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    No obstante, puede ser que LPT1, por ejemplo, para el sistema operativo sea el primer puerto encontrado buscando segn orden anterior.

    Es importante conocer la ubicacin de otros puertos: Puerto de juegos: 200H-207H Puertos IDE: IDE primario: 1F0H-1F7H y 3F6H-3F7H. Usa IRQ14 IDE secundario: 170H-177H y 376H-377H. Usa IRQ15 IDE terciario: 1E8H-1EFH y 3EEH-3EFH. Suele usar IRQ11. IDE cuaternario: 168H-16FH y 36EH-36FH. Suele usar IRQ10.

    1. 1. 3 INTERRUPCIONES Desgraciadamente IBM, hacia 1981, hizo un diseo deficiente y pobre del sistema de

    interrupciones hardware del PC, que no se mejor mucho cuando apareci el AT, y que por compatibilidad se ha mantenido.

    Las interrupciones de sistema (fijas) son:

    ? IRQ0: reloj del sistema ? IRQ1: teclado ? IRQ2: cascada para IRQ8-15 ? IRQ6: disquetera ? IRQ8: reloj cmos ? IRQ13: coprocesador

    Las interrupciones casi fijas (pueden reasignarse) son:

    ? IRQ3: COM2 ? IRQ4: COM1 ? IRQ12: ratn PS/2 ? IRQ14: IDE primario ? IRQ15: IDE secundario

    El resto suele tener una asignacin tradicional:

    ? IRQ7: impresora si el software de impresin utiliza interrupciones, lo que suele ser configurable

    ? IRQ9: tarjeta grfica, si sta utiliza interrupciones ? IRQ10: tarjeta de sonido o de red ? IRQ11: tarjeta SCSI

    Supongamos un PC con tarjeta grfica que utiliza interrupciones, tarjeta de sonido,

    tarjeta de red, tarjeta SCSI, mdem interno, dos discos duros IDE, CDROM IDE, ratn PS/2, y queremos utilizar COM1 y COM2 simultneamente con el mdem interno.

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    La asignacin debe ser:

    ? IRQ3: COM2 ? IRQ4: COM1 ? IRQ5: mdem interno, configurado en COM3. ? IRQ7: tarjeta de sonido. El software de impresin no debe utilizar

    interrupciones (o bien cuando imprimamos no pondremos en marcha la tarjeta de sonido, y a la inversa).

    ? IRQ9: tarjeta grfica ? IRQ10: tarjeta de red ? IRQ11: tarjeta SCSI ? IRQ12: ratn PS/2 ? IRQ14: IDE primario, donde se instalarn ambos discos duros ? IRQ15: IDE secundario, donde se instalar el CDROM

    En el bus ISA las interrupciones podran compartirse si no se utilizan simultneamente,

    aunque para asegurar esto debera disponerse del esquema elctrico de las fuentes de interrupcin. En el bus PCI las interrupciones pueden compartirse, pero los sistemas operativos no soportan esta comparticin. Sobre 1999 las placas base ya no deberan incluir bus ISA.

    1. 1. 4 CANALES DE DMA

    Son:

    ? DMA0: libre (en primeros PCs se utilizaba para refresco de la memoria dinmica)

    ? DMA1: libre ? DMA2: disquetera ? DMA3: libre ? DMA4: cascada para DMA5-7 ? DMA5: libre, transferencias de 16 bits con DMA4 ? DMA6: libre, transferencias de 16 bits con DMA4 ? DMA7: libre, transferencias de 16 bits con DMA4

    A veces nos podemos encontrar que tarjetas de sonido se estn utilizando en puertos de

    impresora ECP o en dispositivos especiales.

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    1. 1. 5 ESCENARIO

    Normalmente, las dificultades en el uso de los recursos aqu mencionados provienen

    del pobre diseo de las interrupciones en el primer PC. De la misma forma, los perifricos para el bus ISA se disearon de modo que no se podan compartir las interrupciones, por lo que los sistemas operativos tampoco previeron que se compartieran.

    El bus PCI s permite compartir interrupciones, por lo que sistemas operativos nuevos

    como Linux, NT y Windows 98 ya prevn la comparticin. No obstante, en un PC moderno, y como se ha explicado, podemos localizar

    interrupciones en: ? Bus ISA: no compartibles, pero este bus tiende a desaparecer ? Internas en la placa base. ? Bus PCI: pueden compartirse ? Bus AGP: este es un bus nuevo, exclusivamente para placas grficas

    Luego, puede ser posible, por ejemplo, una tarjeta SCSI PCI y una tarjeta de red PCI

    ambas en IRQ11, pero sobre si la comparticin de interrupciones puede mezclarse de entre las cuatro partes antes dichas (por ejemplo, una tarjeta de red ISA y una tarjeta SCSI PCI ambas sobre IRQ11), aunque elctricamente debera ser fcil, no parece que los fabricantes de placas base lo hayan realizado, y no parece haber documentacin al respecto.

    1. 2 ALGO SOBRE BUSES

    Al hablar sobre ordenadores hemos de remitirnos a su propia terminologa y una de las palabras comnmente aceptadas dentro del mundillo electrnico / informtico es el de BUS, donde nos referimos a lo que podramos denominar el camino interno por donde circulan los datos dentro de un PC. Esto incluye a la comunicacin que se da entre el procesador, la memoria, las tarjetas del sistema, los dispositivos de almacenamiento (discos, DCs, etc..), y los puertos de conexin al exterior del ordenador.

    Un BUS, en trminos estrictamente electrnicos, es un canal constituido por una serie de conductores donde los diferentes componentes conectan entre s e intercambian informacin. Si quisiramos buscar un ejemplo podramos citar el recorrido que el cable telefnico describe dentro de nuestra casa. En este caso el Bus sera este cable y los dispositivos interconectados seran los diferentes equipos telefnicos de que dispongamos en nuestro hogar.

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    Al hablar de BUS nos referimos a lo que podramos denominar el camino interno por donde circulan los datos dentro de un PC.

    Dependiendo del tipo de Bus conseguiremos mejores o peores prestaciones del ordenador que utilicemos. Dentro de un PC -o de cualquier otro tipo de ordenador- se utilizan tpicamente tres tipos de Buses:

    ? Bus de DATOS ? Bus de CONTROL ? Bus de DIRECCIONES

    En la prctica podemos encontrar los siguiente estndares dentro de los tipos de Buses existentes:

    ? Bus ISA ? Bus EISA ? Bus VESA Local ? Bus MCA ? Bus PCI ? Bus AGP

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    Existen en el Mercado toda una serie de adaptadores para compatibilizar conexiones del

    ordenador. Vemos aqu diferentes adaptadores Todos los buses de los cuales hablaremos a continuacin se llaman buses de expansin, y se pueden definir como el conjunto de lneas encargadas de conectar el bus del sistema con otros buses de dispositivos externos a la placa principal, como una tarjeta controladora de discos, una controladora de videos, un controlador de CD-ROM, un fax-modem, una tarjeta multi I/O, etc... Buscando que la comunicacin de los datos entre los buses de dispositivos externos y el bus del sistema sea lo ms rpida posible, se han diseado varias arquitecturas o esquemas que combinan software (programas de manejo) y hardware (cantidad de lneas, conectores y circuitos electrnicos), entre las que se destacan el bus de expansin ISA, el EISA, el EDSI, el SCSI, el IDE, etc.... El bus de expansin usualmente dispone de 6 a 8 conectores de ranura o slots en los que se puede conectar, en cualquier orden, las tarjetas controladoras de dispositivos perifricos. Adems de tener acceso a las lneas principales del bus del sistema, los conectores del bus de expansin tambin tienen las lneas que conducen la potencia elctrica requerida por los dispositivos para funcionar. En apartados posteriores profundizaremos un poco ms en las caractersticas y en la estructura de los buses, as como en su jerarqua. En este momento daremos unas nociones bsicas de los diferentes tipos de buses de expansin que existen en el mercado.

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    1. 2. 1 EL BUS TIPO ISA

    El Bus tipo ISA (Industry Standard Architecture) es el tipo de BUS con el que naci el ordenador tipo PC tal y como hoy lo conocemos y, por tanto, el ms extendido y comn de los existentes. El bus ISA ha sido tambin uno de los mayores frenos al desarrollo hardware de los ordenadores desde su inicio ya que su naturaleza de 8 bits no fue actualizada a los 16 bits hasta el ao 1984. Su existencia actual se debe, principalmente, a la enorme compatibilidad existente en el mercado de las tarjetas de ordenador a nivel mundial. An as la norma ISA es ms que suficiente para muchos tipos de tarjetas (los MODEM de tipo genrico son un claro ejemplo de ello).

    El Bus tipo ISA (Industry Standard Architecture) es el tipo de BUS con el que naci el

    ordenador tipo PC tal y como hoy lo conocemos.

    Si echamos la vista atrs podemos ver que el Bus ISA naci a la sombra de los primeros chips 8088, los cuales utilizaban un bus de datos de tan slo 8 bits. En el ao 1984 la firma Intel introdujo en el mercado los procesadores de tipo 80286, lo que forz a ampliar la norma ISA a 16 bits. Para ello, simplemente se coloc a continuacin de algunas de las ranuras de expansin de 8 bits, otra ranura suplemento ms corta, la cual se encarga de manejar los 8 bits adicionales del bus de datos, adems de otras cosas. El bus ISA no ha sugerido ulteriores variaciones y existe en las placas base actuales. Puesto que el bus de datos puede manejar paralelamente datos hasta de 16 bits, muchos se refieren al bus de expansin como bus de 16 bits.

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    1. 2. 2 EL BUS TIPO EISA

    El Bus tipo EISA (Extended Industry Standard Architecture) hace mencin en su denominacin a la extensin de su uso, lo cual no es fiel reflejo de la realidad ya que el Bus EISA nunca ha sido utilizado de forma masiva en el mundo informtico. Su nacimiento no fue ms que...

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