2.1 Buses

2.1 Buses.

BUS: Elemento responsable de establecer una correcta comunicación entre dos o más dispositivos del ordenador, una característica clave de un bus es que se trata un medio de transmisión compartido, es por lo tanto el dispositivo principal

de comunicación.

El bus, quizá fuera mejor decir los buses ya que existen varios con diversas funciones, es un circuito que conecta el procesador central con todo el resto de componentes de la computadora. El bus sirve para que le llegue al procesador la información y las solicitudes de trabajo, desde el exterior, y envíe hacia afuera los resultados del trabajo realizado

 

 

 

2.1.1 BUS LOCAL

El bus que conecta la CPU con los otros elementos del procesador se conocecomo

bus local o bus de la CPU. Es un bus muy rápido y conecta la CPU conlas tarjetas de la placa base y los controladores de los dispositivos externos.

Al contrario que con el EISA, MCA y PCI, el bus VL no sustituye al bus ISA sinoque lo complementa. Un PC con bus VL dispone para ello de un bus ISA y de lascorrespondientes ranuras (slots) para tarjetas de ampliación. Además, en un PCcon bus VL puede haber, sin embargo, una, dos o incluso tres ranuras deexpansión, para la colocación de tarjetas concebidas para el bus VL, casi siempregráficos. Solamente estos slots están conectados con la CPU a través de un busVL, de tal manera que las otras ranuras permanecen sin ser molestadas y las tarjetas ISA pueden hacer su servicio sin inconvenientes.

El VL es una expansión homogeneizada de bus local, que funciona a 32 bits, peroque puede realizar operaciones a 16 bits. VESA presentó la primera versión delestándar VL-BUS en agosto de 1992. La aceptación por parte del mercado fueinmediata. Fiel a sus orígenes, el VL-BUS se acerca mucho al diseño delprocesador 80486. De hecho presenta las mismas necesidades de señal de dichochip, exceptuando unas cuantas menos estrictas destinadas a mantener lacompatibilidad con los 386.

2.1.2 BUS DE DATOS

Está formado por varias líneas de control, cada una de las cuales transporta unbits a la vez, el número de líneas depende del tamaño de la palabra, si la palabramide 32 bits se necesita un bus de datos con 32 líneas de modo que todos losbits de una palabra puedan trasmitirse al mismo tiempo.El bus de datos transfiere tanto las instrucciones que provienen del procesador como las que se dirigen hacia él. Se trata de un bus bidireccional.

Un bus de datos es un dispositivomediante el cual al interior de unacomputadora se transportan datos einformación relevante.

Sufuncionamientoes sencillo: en unbus, todos los distintos nodos que locomponen reciben datosindistintamente, aquellos a los que estos datos no son dirigidos los ignoran y, encambio, aquellos para los cuales los datos tienen relevancia, los comunican.Desde el punto de vista técnico, un bus de datos es un conjunto de cables oconductores eléctricos en pistas metálicas sobre la tarjeta madre o ³mother´ delordenador. Sobre este conjunto de conductores circulan las señales que conducelos datos.

2.1.3 BUS DE DIRECCIONES

Permite el acceso a una palabra en particular en la memoria .El bus de direccióndepende del espacio y el direccionamiento de la memoria, si la memoria tiene dospalabras, el bus de direcciones necesita transportar n bits a la vez, por consiguiente debe tener n bits.

Direcciones: Identifica el periférico referido.

El bus de direcciones, (también conocido como bus de memoria) transporta lasdirecciones de memoria al que el procesador desea acceder, para leer o escribir datos. Se trata de un bus unidireccional.

2.1.4 BUS DE CONTROL

Lleva la comunicación entre el CPU y la memoria. Por ejemplo debe haber uncódigo enviado entre el CPU a la memoria para especificar una operación delectura y escritura.

El numero de líneas utilizadas en el bus de control dependen del número total decomandos de control que necesita la computadora, si una computadora tienedos acciones de control se necesitan N líneas pata el bus de control por que enN bits pueden definirse dos operaciones diferentes.

Control: Lleva información referente alestadode los periféricos (petición deinterrupciones)

.

El bus de control (en ocasiones denominado bus de comando) transporta lasórdenes y las señales de sincronización que provienen de la unidad de control y

 

viajan hacia los distintos componentes de hardware. Se trata de un bus bidireccional en la medida en que también transmite señales de respuesta del hardware.

2.1.5 BUSES NORMALIZADOS

Todos los buses poseen unas especificaciones normalizadas, como son:

- protocolos de transmisión de datos,

- velocidades y temporización de las transferencias,

- anchuras de los sub

-buses,

- y sistema físico de conexión (conectores estandarizados).

Los Buses normalizados más conocidos son:

1.    S-100 Bus (IEEE 696).

Puede considerarse como el primer bus normalizado para microcomputadores, siendo introducido por A tari para su computador 8080(sistema de 8 bits). En total disponía de unos 100 hilos.

2.    CAMAC (o IEEE 583).

El bus CAMAC (Computer Automated   Measurement and Control ´) Se  introdujo para interconectar instrumentos de medida nuclear es en 1969.

3.    GPIB ( o IEEE 488).

El GPIB (General Purpose Interface Bus´) fue ideado por HewlettPackard (1965 a 1975) usa 24 hilos, 8 de los cuales son para datos y el resto para señales de control.

viajan hacia los distintos componentes de hardware. Se trata de un busbidireccional en la medida en que también transmite señales de respuesta delhardware.

4.    Multibus (o IEEE 796).

Bus de 16 bit de datos introducido por Intel. En laactualidad hay una versión mejorada llamada Multibus-II (IEEE 1296) paratransferir datos de 32 bits.

5.    ISA Bus.

El bus ISA

(

³

Industrial Standard Architecture´

), es el bus introducidocon el IBM-PC. Tiene 64 hilos de los cuales 8 son para datos.

6.    ISA AT Bus.

Fue introducido con los IBM-AT (80286). Ideado paraarquitecturas de 16 bits, posee subdirecciones de 24 bits (direcciona hasta 16Mbytes) y es compatible, como no, con su antecesor de 16 bits.·

7.    MCA.

(

³

Micro-Channel Architecture´

) fue introducido por IBM en 1987 en susequipos PS/2. Es un bus para arquitecturas de 32 bits y es 10 veces más rápidoque el ISA AT, llegando a transferir hasta 20 Mbits/seg.

8.    EISA

(

Ex

tendet Industry Satandard Architecture´

). Es un bus ideado por 9fabricantes de ordenadores, para arquitecturas de 32 bits. Posee velocidad detransferencia de 33Mbits/seg. Es compatible con el bus ISA. Este bus puede soloser controlado por microprocesadores 80386, 80486 o superiores, y esautoconfigurable.

9.    SCSI

(

Small computer System Interface´)

es un estándar universal paraconexiones paralelas a periféricos. Suele utilizarse para unidades de discosmagnéticos y ópticos. Admite hasta 7 dispositivos y fue ideado para entornosUNIX y Macintosh. Permite velocidades de transferencia de 5 Mbits/seg hasta400 Mbits/seg. En la actualidad se está desarrollando el SCII-3, de 32 bits, quepodrá admitir hasta 32 periféricos conectados a gran distancia por fibra óptica(comunicación serie).·

10. Futurebus

(IEEE 896.1 e IEEE 896.2). Es una normalización proyectada paraequipos de muy altas prestaciones, que puede considerarse como una evoluciónde las normas Multibus II y VME. Diseñado para arquitectura de 64 bits. Permitela construcción de sistemas multiprocesador (de hasta 32 procesadores)compartiendo memoria

 

2.2 DIRECCIONAMIENTO

El direccionamiento de la memoria puede considerarse desde dos puntos devista:

Físico y lógico . El primero se refiere a los medios electrónicos utilizadosen el ordenador para acceder a las diversas posiciones de memoria. Elsegundo, a la forma en que se expresan y guardan las direcciones. En esteepígrafe nos referiremos exclusivamente a la forma en que son tratadas lasdirecciones de memoria del PC.

2.2.1 MODO REAL

·         Se utiliza para preparar el procesador para que opere en modo protegido

·          Se caracteriza por 20 bits de espacio de memoria segmentado(significa quesolo se puede direccionar un megabyte de memoria).

·          No presenta protección de memoria o multitarea a nivel hardware.

·          Acceso directo del software a la rutina del BIOS.

·           Conocido como dirección real.

·          Tiene un punto de vista físico (medios electrónicos) y lógico (forma deexpresarse al guardar las direcciones).  

·         Sus direcciones están indicadas en 5 dígitos hexadecimales.

·          Trabaja sobre sistema operativo MS-DOS, DR2

·          Desactiva las características del modo protegido. Para que sea compatible unsoftware viejo con chip nuevo.

2.2.2 MODO REAL VIRTUAL

ü  Diseñado para mejorar las multitareas y la estabilidad del sistema (soporta delhardware para memoria virtual y conmutación de memoria), protección dememoria.

ü   Opera en el microprocesador 8086.

ü   La mayoría de los sistemas operativos X86 corren en modo protegido,incluyendo Linux.

ü   Usado para ejecutar programas DOS en Windows/386, Windows 95,9,Milenium.

Esta técnica consiste en hacer creer al programa que dispone de más memoriaque la físicamente disponible en RAM. Este artificio tiene sentido porque en esemomento (y actualmente), la memoria extendida era mayor que la físicamentedisponible en muchos sistemas, además el disco duro era estándar en todos losequipos.

Esta RAM ficticia se conoce como memoria virtual una simulación conocida deantiguo en el mundo de los mainframes, que fue introducida en la informáticapersonal a partir del 8

0286. Este procesador ya disponía de un controlador hardware para este menester, de forma que su manejo no significaba una gransobrecarga para el Sistema. Su funcionamiento se basa en que cuando unaaplicación necesita más espacio y la memoria física está agotada, el controlador de memoria virtual proporciona espacio auxiliar utilizando un fichero de

intercambio ("Swap file") situado en memoria externa (disco durogeneralmenteH2), donde se almacena la información que no cabe en la RAM.

2.2.3 MODO PROTEGIDO (P/mode)

v  Tiene un espacio de dirección físico de 32 bits (Esta extensión no está presenteen procesadores 80386 que tiene un bus 80286).

v  Protección de memoria y soporte de hardware.

v  Linux, Open BSD y Windows 3.0 corren en modo protegido.

El modo protegido utiliza los registros de segmento como punteros a unos nuevosregistros de dirección de 24 bits denominados tablas de descripción ("descriptor tables"), que permiten acceder a un máximo de (16 MBytes) de memoria física,de forma que los registros de segmento son selectores que marcan el inicio deuna dirección de 24 bits. La memoria que se hacía accesible mediante estesistema se denominó memoria extendida

, para distinguirla de la antigua EMS. La posterior introducción del 80386, con registros de 32 bits, permitiódireccionar hasta (4 GBytes) de memoria externa.

Los nuevos micros incluyeron otras mejoras que permitían al Sistema Operativoun funcionamiento más cómodo y seguro de las aplicaciones cuando operaba en modo protegido Los mecanismos pertinentes estaban incluidos en el hardwareo al menos este proporcionaba recursos al SO para realizarlos cómodamente,aunque desde luego, para sacar provecho de estas mejoras el Sistema debíaestar preparado ex profeso. El DOS no podía utilizarlas, sí en cambio los sistemasmás avanzados del momento, como OS/2, Unix o Windows.

2.3 TEMPORIZACIÓN

La temporización se utiliza para controlar periodos de tiempo, espera un tiempoestableció para hacer algo.

Reloj

El reloj de una computadora se utiliza para dos funciones principales:

1. Para sincronizar las diversas operaciones que realizan los diferentessubcomponentes del sistema informático.

2. Para saber la hora.

El reloj físicamente es un circuito integrado que emite una cantidad de pulsos por segundo, de manera constante. Al número de pulsos que emite el reloj cadasegundo se llama Frecuencia del Reloj.La frecuencia del reloj se mide en Ciclos por Segundo, también llamadosHertzios, siendo cada ciclo un pulso del reloj. Como la frecuencia del reloj es devarios millones de pulsos por segundo se expresa habitualmente enMegaherzios.El reloj marca la velocidad de proceso de la computadora generando una señalperiódica que es utilizada por todos los componentes del sistema informáticopara sincronizar y coordinar las actividades operativas, evitando el que uncomponente maneje unos datos incorrectamente o que la velocidad detransmisión de datos entre dos componentes sea distinta

Cuanto mayor sea la frecuencia del reloj mayor será la velocidad deproceso de la computadora y podrá realizar mayor cantidad de instrucción es elementales en un segundo.

2.3.1 RELOJ DEL SISTEMA

Un reloj del sistema reside en la tarjeta madre. Este  envía una señal a todos los componentes de la computadora en ritmo, como un metrónomo.Generalmente, este ritmo se genera como una onda cuadrada, como lasiguiente:Sin embargo, en realidad la señal de reloj real, cuando se ve con unosciloscopio, se ve más como el ejemplo que se da a continuación

Cada onda en esta señal mide un ciclo de reloj. Si el reloj del sistemafunciona a 100MHZ, esto significa que hay 100 millones de ciclos del reloj en unsegundo. Cada acción en la computadora se marca con un tiempo medianteestos ciclos del reloj y para realizarse, cada acción toma cierto número de ciclosdel reloj. Cuando se procesa una solicitud de la memoria, por ejemplo, elcontrolador de la memoria puede informar al procesador que los datosrequeridos llegarán en seis ciclos de reloj. Es posible que el CPU y otrosdispositivos funcionen más rápido o más lento que el reloj del sistema. Loscomponentes de distintas velocidades requieren un factor de multiplicación o unfactor de división para sincronizarlos. Por ejemplo, cuando un reloj del sistemade 100MHZ interactúa con un CPU de 400MHZ, cada dispositivo entiende quecada ciclo de reloj del sistema es igual a cuatro ciclos de reloj del CPU; éstosutilizan un factor de cuatro para sincronizar sus acciones. Mucha gente asumeque la velocidad del procesador es la velocidad de la computadora. Sinembargo, la mayor parte del tiempo, el bus del sistema y otros componentesfuncionan a distintas velocidades.

2.3.2 RESET DEL SISTEMA

El reset del sistema iniciar el equipo o forma de mandar al equipo a su estadoinicial.Fuentes posibles del reset:

1.- RESET DE ALIMENTACION (POR): Es una transición positiva que genera unreset de alimentación y es usada solo en condiciones de encendido, no puedeemplearse para reducciones en el voltaje de fuentes de alimentación.Por ejemplo: cuando se mantiene presionada la tecla de encendido por más de30 segundos.

2.- RESET EXTERNO (RESET): Sube un nivel lógico 1 en menos de 2 ciclos dereloj, después que un dispositivo interno lo desactiva cuando la condición dereset es detectada, la terminal reset, es dirigida a 0 por un dispositivo interno en4 ciclos de reloj, entonces se desactiva. Si la terminal después de 2 ciclos dereloj tiene un valor 0 la CPU asume que ocurrió un reset externo, si la terminal es alta esto indica que el reset fue iniciado internamente por el sistema o elmonitor de reloj.Por ejemplo: cuando se presiona directamente el botón de reset que algunosordenadores tienen.

3.-RESET DE NO ADECUADA OPERACIÓN DE LA COMPUTADORA (COP):La arquitectura MCU incluye un sistema, este tipo de reset (COP) para proteger contra las fallas del software cuando el COP es habilitado el software esresponsable de guardar un temporizador.Por ejemplo: cuando se reinicia el equipo por un error de software.

4.- RESET DE MONITOR DE RELOJ: Esta basado en un conjunto internode resistor- capacitor que produce una demora de tiempo sin ningún flanco dereloj, el monitor de reloj puede generar opcionalmente un reset del sistema, lafunción dl monitor de reloj puede ser habilitada o deshabilitada por el bit decontrol.Por ejemplo: cuando el ciclo de reloj disminuye debido a la fuente de energía.

2.3.3.- ESTADOS DE ESPERA.

Cuando se conectan tarjetas de la PC, un problema común es igualar la velocidadde los ciclos del bus con la de las tarjetas. Es común que una tarjeta sea máslenta que el bus. Así, El bus de la PC esta diseñado para resolver este problema.La señal ready del bus se puede usar para extender la longitud del ciclo del buspara igualar una tarjeta lenta o para el bus del sistema hasta que se sincronice con el ciclo de la tarjeta.

Los ciclos del bus 8088 normalmente son de cuatro pulsos y se describen por T1 hasta T4. En algunos ciclos el hardware dela PC, automáticamente inserta unpulso ocioso extra llamado TW. La señal ready se usa para insertar estadosnuevos o adicionales de espera. Debido a que los diferentes ciclos del busrequieren distintos tiempos, la señal ready se debe controlar de manera diferente.El hardware de la PC no inserta estados de espera en los ciclos de lectura oescritura a memoria, sino que esto lo hace la tarjeta usando la señal ready.Si se introduce un estado de espera, entonces el tiempo normal de acceso a lamemoria (que es de 460 nseg con un reloj de 5 MHz) se alarga por un periodo dereloj (200 nseg) hasta 660 nseg

2.4 INTERRUPCIONES DE HARDWARE

INTERRUPCION: Es el estado en el cual el microprocesador detiene laejecución de un programa para atender una petición especial solicitada por elpropio programa o por un dispositivo físico se divide en enmascarable y noenmascarable.

 

2.4.1 ENMASCARABLES

Enmascarable (IRQ): un nivel bajo en esta línea da lugar a una secuencia deinterrupciones en la que se efectúa los siguientes pasos:

1. Se termina de ejecutar la instrucción que estaba ejecutando en el momento dela petición de interrupción.

2. La CPU analiza el contenido del bit de registro si el valor es 1  se ignora lainterrupción y continua ejecutándose el programa principal, si por lo contrario suvalor es 0 la interrupción es aceptada.

3. Guarda del contenido del contador del programa y el registro en la pila eimpide otra interrupción pasando a un nivel alto 1.

 

2.4.2 NO ENMASCARABLES

NMI una situación de baja en esta línea da lugar a una secuencia de interrupciónen la que se efectúan las siguientes operaciones:

1.    Se determina de ejecutar la instrucción que estaba ejecutando en el momentode la interrupción.

2.    La CPU no analiza el contenido del bit de registro y sin importar el valor quetenga atiende la interrupción.

3.    Guarda el contenido del contador del programa y el registro en la pila e impide otra interrupción poniendo al bit a 1.

 

2.5 ACCESO DIRECTO A MEMORIA

Puesto que la mayoría de datos que maneja el ordenador están antes o después en la memoria RAM, los intercambios entre esta y el resto de elementos son muy frecuentes. En general este intercambio es conducido por el procesador, pero en determinados casos, la memoria pueda realizar intercambios directamente con los periféricos sin intervención del procesador. Por ejemplo, el disco o una tarjeta de sonido, lo que conduce a un incremento del rendimiento del sistema. El mecanismo de acceso directo a memoria está controlado por un chip específico, el DMAC (³DMA Controller´), que permite realizar estos intercambios sin apenas intervención del procesador. En los XT estaba integrado en un chip 8237A que proporcionaba 4 canales de 8 bits (puede mover solo 1 Byte cada vez); sus direcciones de puerto son 000±00Fh. Posteriormente en los AT se instalaron dos de estos integrados y las correspondientes líneas auxiliares en el bus de control .En contra de lo que podría parecer, el resultado no fue disponer de 8 canales.

Para esto dispone de dos registros para cada línea; el contador y el registro de direcciones. Según se refieran a operaciones de lectura (memoria dispositivo) o escritura (dispositivo memoria) reciben distintos nombres porque su significado difiere:‡

 Escritura: Dirección de inicio (³Write starting  address´). Contador (³Writestarting word count´).

 Lectura: Dirección actual de lectura (³Read current address´). Contador (³Readremaining word count´)

 

1.5.1     Sistema de video.

El término video se refiere comúnmente a varios formatos: los formatos de video digital, incluyendo DVD, DVC y MPEG-4, y las cintas de vídeo analógico, incluyendo VHS y Betamax. El video se puede grabar y transmitir en diversos medios físicos: en cinta magnética cuando las cámaras de video registran como PAL o NTSC señales analógicas, o cuando las cámaras graban en medios digitales como MPEG-4 o DV El video puede ser entrelazado o progresivo.

El entrelazado fue inventado como un método de lograr una buena calidad visual dentro de las limitaciones de un estrecho ancho de banda. Las líneas entrelazadas de cada imagen están numeradas consecutivamente y divididas en dos campos: el campo impar (campo superior), que consiste en las líneas de los números impares y el campo pares (casilla inferior), que consiste en las líneas de los números pares. NTSC, PAL y SECAM son formatos entre lazados. La calidad de video se puede medir con métricas formales como PSNR o subjetivas con calidad de video usando la observación de expertos. La calidad de video subjetiva de un sistema de procesamiento de video puede ser evaluada como sigue:‡

·         Elige las secuencias de video (el SRC) a usar para la realización del test.

·         Elige los ajustes del sistema a evaluar (el HRC).‡

·          Elige un método de prueba para presentar las secuencias de video a los expertos y recopilar su valoración.‡

·          Invita a un número suficiente de expertos, preferiblemente un número no menor de 15.‡

·          Realiza las pruebas.‡

·          Calcula la media para cada HRC basándote en la valoración de los expertos.

 

SISTEMA DE DISCOS.

Existen básicamente dos tipos de discos IDE y SCSI. Las controladoras IDE sonlas que normalmente encontramos integradas en la placa madre y son las deuso más normal en los ambientes domésticos. Las controladoras SCSI, soncontroladoras profesionales, orientadas normalmente al ámbito profesional, y losdiscos y tecnologías SCSI son las punteras. Los discos salen en tecnologíaSCSI y uno o dos años más tarde, se implementan en tecnología IDE. Es decir,los SCSI llevan un par de años de diferencia en avance tecnológico siempre conrespecto a los IDE.Discos IDEDiscos IDE. Son los orientados normalmente al consumo domestico.Existen dos técnicas de acceso a estos discos. Son los modos PIO y los modosDMA.Técnicas de acceso I/OModos PIO: En los discos antiguos, el acceso a disco se hacía mediantetécnicas PIO (Program Input/Output).En cualquier caso conviene indicar las fuentes más importantes de informaciónasociada a vulnerabilidades de seguridad. No hay que olvidar que la mayor partede esta información es de dominio público y que los desarrollos posteriores quepuedan hacerse (bien a medida internamente o contratados) van a estar basadosen las mismas fuentes: