Fundamentos de los Buses en la Arquitectura de Computadoras

En el ámbito de la informática, un bus se define como un conjunto de cables o líneas de bits por los que circula información de un mismo tipo. Estos canales de comunicación son esenciales para la interconexión y el intercambio de datos entre los diferentes componentes de un sistema informático, como la CPU, la memoria y los dispositivos de entrada/salida.

Tipos de Buses Principales

Los sistemas informáticos modernos emplean principalmente tres tipos de buses para gestionar el flujo de información:

1. Bus de Datos

El Bus de Datos es el canal por el cual la Unidad Central de Procesamiento (CPU) intercambia la información que el sistema manipula (los datos) con otros componentes. Este bus es fundamental para la lectura y escritura de datos en la memoria y en los periféricos.

• Tamaño: Puede variar, siendo comunes tamaños de 8, 16, 32, 64, 128 bits, entre otros. Este tamaño determina la cantidad de datos que pueden transferirse simultáneamente.
• Bidireccional: Permite que la información fluya en ambas direcciones, es decir, desde la CPU hacia otros componentes y viceversa.
• Triestado: Dispone de un estado de alta impedancia que permite desconectar el bus de la CPU, facilitando su uso por otros dispositivos en modos como el Acceso Directo a Memoria (DMA).

El Bus de Datos se identifica genéricamente con la letra 'D' (de Data en inglés). Las señales que lo componen se nombran individualmente mediante el nombre genérico del bus más un subíndice que identifica su peso binario en la información. Por ejemplo, en una CPU de 8 bits, el Bus de Datos se compone de 8 líneas de señal denominadas D7, D6, ..., D0.

2. Bus de Direcciones

Para localizar la información en la memoria o en los dispositivos de E/S, la CPU necesita señalar la dirección exacta donde se encuentra. El Bus de Direcciones es el encargado de transmitir estas direcciones.

• Tamaño: Comúnmente de 8, 16, 20, 24, 32 o 64 bits. El tamaño del bus de direcciones determina la cantidad máxima de memoria que la CPU puede direccionar.
• Unidireccional: La información fluye en una única dirección, desde la CPU hacia la memoria o los dispositivos.
• Triestado: Al igual que el Bus de Datos, puede desconectarse de la CPU para permitir que otros elementos del sistema tomen el control del bus (por ejemplo, en operaciones DMA).

Las señales que componen el Bus de Direcciones toman el nombre genérico del bus más un subíndice que identifica su peso binario en la información de dirección. Así, para una CPU con un Bus de Direcciones de 16 bits, este estaría constituido por las señales A15, A14, ..., A0.

3. Bus de Control

El Bus de Control está formado por todas las señales que regulan el funcionamiento externo e interno de la CPU y la coordinación entre los componentes del sistema. A diferencia de los buses de direcciones y de datos, las líneas de señal que lo constituyen no toman su nombre de un genérico del bus, sino que disponen de nombres propios que hacen referencia a la función específica que cada señal realiza. Podemos clasificar estas señales en varios grupos:

• Señales de Control del Sistema: Son generadas por la Unidad de Control (U.C.) de la CPU y dirigen operaciones generales del sistema.
• Señales de Control de la CPU: Permiten controlar el funcionamiento de la CPU desde el exterior, como señales de interrupción o reinicio.
• Señales de Control del Bus: Mediante estas señales, otro elemento del sistema puede solicitar a la CPU el control de los buses. En otras palabras, se solicita a la CPU que desconecte sus líneas de direcciones, datos y control del bus del sistema. Con ello, se permite que otro elemento del sistema (como un controlador DMA) sea quien controle los buses de Datos y Direcciones para realizar transferencias directas.