Si quieres aprender sobre uno de los componentes claves de un equipo informático, siendo además, el responsable de la transmisión de la información entre los diversos dispositivos, entonces debes seguir leyendo este artículo que trata sobre del Bus de Datos, su definición, importancia, funcionalidad y mucho más.

BUS DE DATOS

¿Qué es un Bus de Datos?

Es una importante herramienta sistemática de una computadora o dispositivo que incluye un conector o un juego de cables, estos constituyen la vía de comunicación mediante la cual se envían datos entre dos o más elementos. Con el tiempo, se han desarrollado diferentes tipos de bus de datos con computadoras personales y otras partes de hardware. De manera especial, destaca porque es el que puede transportar los datos hacia y desde la memoria del equipo, o hacia o desde el procesador, siendo el que opera el dispositivo y también puede transferir información entre dos equipos informáticos.

La información de retransmisión del bus de datos está asociada con el lugar donde comienzan los datos o donde se enviarán. Cada una de las líneas de canal transmite bits de información, por lo que existe una relación proporcional que significa que cuantas más líneas incorpore, más datos puede obtener o direccionar. Por tanto, una de sus características es lo que se denomina tamaño o ancho de un bus, que ha pasado de 1, 4, 8, 16, 32, llegando ahora a 64 conductores, lo que confirma que un bus más grande y más ancho proporciona más espacio para el flujo de datos a través de un punto en un período de tiempo determinado.

Esto ha beneficiado los sistemas informáticos actuales volviéndolo más sofisticados porque los datos a menudo están en tránsito a través de las partes, componentes de la placa de la CPU y estructuras físicas periféricas. Tanto es así que, con las nuevas estructuras y diseños de red, los datos también están circulando entre diferentes hardware y un sistema cableado o virtual más amplio conectado. Por lo que las computadoras más nuevas pueden soportar buses de datos que pueden manejar rutas de datos mayores. Al mismo tiempo, se están creando dispositivos que pueden manejar esas tasas de bits más altas.

¿Para qué sirve un Bus de Datos?

Uno de los aspectos relevantes de un bus de datos es que permite la distribución y gestión de información en tiempo real en el sistema, es decir, permite que las aplicaciones y los dispositivos trabajen juntos como un sistema integrado. Esto simplifica los datos, porque en lugar de intercambiar mensajes, los componentes de software se comunican a través de objetos de datos compartidos. Las aplicaciones leen y escriben directamente el valor de estos objetos, que se almacenan en caché en cada participante.

En vista de lo anterior, un bus de datos facilita la interacción de las aplicaciones directamente con los datos, de manera que la infraestructura puede seleccionar los datos e imponer las reglas y garantías de parámetros de calidad, confiabilidad y seguridad del flujo de datos. También administra información futura, lo que le permite filtrar por propiedades de datos recibidos. Esta centralidad de la información implica que la interfaz son datos, por lo que no hay envoltorios o bloqueadores artificiales para interactuar como mensajes, objetos, archivos o patrones de acceso.

El propósito del bus es conectar lógicamente los distintos componentes de la computadora. La mayoría de los buses incluyen conductores metálicos a través de los cuales se transmiten señales eléctricas y se envían y reciben mediante circuitos integrados que admiten un protocolo que les permite transferir datos de carga útil. Además de los datos, se transportan otras señales digitales, como direcciones y señales de control. Los buses definen su capacidad de acuerdo con la frecuencia máxima de transmisión y el ancho de los datos.

Estos valores suelen ser inversamente proporcionales: si tiene una frecuencia alta, el ancho de los datos debe ser pequeño. Esto se debe a que la interferencia entre señales (diafonía) y la dificultad de sincronizarlas aumenta con la frecuencia, por lo que un bus con pocas señales es menos sensible a estos problemas y puede operar a alta velocidad. Todos los buses de computadora tienen funciones especiales como interrupciones y DMA que permiten que un dispositivo acceda a un procesador o memoria usando recursos mínimos.

Se puede decir entonces que el bus de datos es importante porque se utiliza para intercambiar información entre el procesador y el resto de unidades del equipo. También sirve para controlar el uso y el acceso al bus de datos y al bus de direcciones. Además, la cantidad de datos que se pueden enviar depende de la frecuencia y el tamaño de la información enviada por cada operación, repercutiendo en la velocidad de funcionamiento del equipo.

Buses de Datos en Serie y en Paralelo

Los dispositivos actuales utilizan buses de datos tanto en paralelo como en serie. Los primeros se emplean en conexiones más complejas que requieren la transportación de datos en muchos cables a la vez. Cada cable o ruta, carga un bit de datos, entre los ejemplos más comunes se encuentran el ATA, la tarjeta de PC y la interfaz de sistemas informáticos pequeños (SCSI). Por su parte, los buses seriales usan un cable o ruta y llevan todos los bits entre componentes, uno tras otro. Al respecto, vale mencionar que incluyen USB, también conocido como bus serial universal, así como el FireWire, el Serial ATA, y el SCSI conectado en serie.

Además, se puede señalar que un bus paralelo se caracteriza por sus conexiones físicas muy complejas, pero su lógica es muy simple, lo que lo hace muy útil en sistemas con baja potencia de cálculo. Por otro lado, el bus serie consta de unos pocos canales y su ancho de banda depende de la frecuencia de los datos enviados por el procesador. Aunque originalmente se usaban para conectar algunos dispositivos, ahora se usan para hacer conexiones para dispositivos como discos duros, unidades de estado sólido, tarjetas de expansión e incluso el bus del procesador integrado mucho más rápido.

BUS DE DATOS

Buses de Datos Internos y Externos

Gran parte de los equipos informáticos contienen un bus de datos interno y un bus de datos externo. El bus de datos interno, también conocido como bus local, conecta todos los componentes que se encuentran en la placa base, como la CPU y la memoria. El bus de datos externo conecta todos los dispositivos periféricos a la placa base. Hay disponible una variedad de buses de datos externos diferentes, el tipo apropiado de bus de datos depende del periférico conectado a la computadora.

Hay varias arquitecturas utilizadas para un bus interno que han evolucionado gradualmente a medida que avanza la tecnología informática. La mayoría de las computadoras contienen múltiples buses para controlar la entrada y la salida. Se sabe que las computadoras de otras generaciones se caracterizaron por el hecho de que contenían un bus de arquitectura estándar (ISA), que tenían o no ranuras reales en la placa base. ISA fue la primera arquitectura estándar y todavía se usa a veces para compatibilidad con dispositivos más antiguos o más lentos, como mouse y módems.

A medida que aumentaron los requisitos de rendimiento de las computadoras y la industria pasó de un sistema basado en caracteres a un sistema gráfico, se desarrollaron nuevas arquitecturas de bus. El bus local de Video Electronic Standards Association (VESA), también conocido como VLB, se introdujo en 1992. Este estándar aumentó la velocidad de comunicación y mejoró el rendimiento del video. Por su parte, a principios de la década de 1990 se implementó con gran aceptación el bus interno de Interconexión de Componentes Periféricos (PCI).

El bus PCI ofrecía una transferencia de información mejorada y más potente a través del dominio del bus. El estándar PCI también facilitó el uso de un gran ancho de banda. La velocidad de este tipo de bus local se puede configurar de forma síncrona o asíncrona para que el usuario pueda overclockear el sistema para aumentar los procesos. Sin embargo, debido a la creciente demanda de más manejo de gráficos, estos fueron reemplazados por ranuras AGP (Puerto de gráficos acelerados), pero luego la interconexión de componentes periféricos express (PCI-E), se convirtió en una nueva versión popular del estándar.

Por otra parte, el bus de datos externo consta de datos de una computadora. Todos los componentes de enrutamiento de datos o cualquier dispositivo de datos opcional están conectados a él. Por lo tanto, toda la información enviada a través de este bus está disponible para todos los dispositivos conectados a la computadora. La placa base, es decir, el procesador, es la placa de circuito impreso principal de una computadora, que contiene el bus de datos externo, que está conectado a dispositivos de expansión que no forman parte del diseño o tablero principal.

BUS DE DATOS

Ahora bien, cuando se trata de tarjetas de expansión, también conocidas como tarjetas secundarias, las mini placas de circuito que están instaladas en las ranuras del bus de expansión están en la placa base. Otras formas son las ranuras que contienen y mantienen la memoria de la computadora. En particular, existen varios conectores en la placa base que brindan acceso al bus de datos para periféricos, como impresoras, escáneres, módems, entre otros, así como algunos dispositivos externos como teclados y mouses.

Controladores de Bus

Las versiones iniciales de las computadoras personales tenían placas base con buses de datos que estaban conectados directamente a la memoria y los periféricos del equipo, por lo estaban diseñados para funcionar en paralelo entre sí y tenían múltiples conexiones. No obstante, esta conexión directa ocasionó muchos problemas por varias razones, pero especialmente porque todos los dispositivos funcionaban a la misma velocidad.

Es importante destacar, que con los avances tecnológicos se corrigió este inconveniente, con la implementación de un controlador de bus para separar la CPU y la memoria de los dispositivos periféricos. Con esta adición, se aumentó la velocidad del procesador sin requerir el mismo incremento en las velocidades de los periféricos. Este sistema también permitió que las tarjetas de expansión se comunicaran entre sí sin pasar por la CPU, lo que resultó en una transferencia de datos más rápida.

Hay que considerar que, todos los dispositivos deben comunicarse entre sí a la misma velocidad, por lo que las velocidades de bus bajas pueden ralentizar todo el sistema informático. Por lo tanto, la velocidad a la que se intercambia información entre los componentes está regulada por un controlador de bus, que tiene como propósito hacer que la información proveniente de la CPU, por ejemplo, siempre viaje a una velocidad mucho mayor que la de los datos provenientes de otros componentes.

Bus de Direcciones

Como se señaló, un bus transfiere datos dentro del sistema informático, mientras que el bus de direcciones determina dónde deben transmitirse. Es importante comprender que el direccionamiento de la información es una estructura de bus del dispositivo utilizada para transferir datos entre dispositivos que se describe mediante la dirección de hardware de la memoria física, que tiene la forma de números binarios (es decir, 0 y 1), para permitir que el bus de datos acceda al almacenamiento de memoria.

La unidad central de procesamiento utiliza el bus de direcciones u otro tipo de acceso a la memoria llamado acceso directo a la memoria, que permite que algunos dispositivos localicen la dirección para transmitir comandos de lectura y escritura. La CPU ejecuta este proceso de todos los buses de direcciones en forma de bits. El bus de direcciones se ha integrado en la placa base de la computadora para hacerla compatible, menos costosa y permitir que muchos más dispositivos se conecten a la computadora.

Bus de Datos en Capas

En los sistemas de Internet industrial de las cosas (IIoT), la gestión del flujo de datos es de vital importancia, por lo que existe un nuevo modelo arquitectónico llamado modelo de bus de datos en capas, que se compone de múltiples buses de datos en función de las necesidades del modelo de datos y la calidad del servicio de comunicación. Por lo general, los buses de datos se implementarán en el borde de máquinas inteligentes o subsistemas de nivel inferior, como en un automóvil, una plataforma petrolera o una habitación de hospital.

Además, habrá uno o más buses de datos que integrarán estas máquinas o subsistemas inteligentes, facilitando así la comunicación de datos entre y con el centro de control de nivel superior o los sistemas de back-end. El centro de control o la capa de backend podría ser el bus de datos de la capa más alta del sistema, pero puede haber más de estas tres capas. Los sistemas IIoT típicos requieren compartir datos a través de múltiples redes, desde el borde hasta la niebla y la nube.

Por ejemplo, en un hospital conectado, los dispositivos deben comunicarse en una sala de operaciones, con estaciones de enfermería y monitores externos, con aplicaciones de análisis en tiempo real para alarmas inteligentes y soporte de decisiones clínicas y con registros de salud informáticos. Esto es difícil por varias razones. El gran volumen de datos provenientes de los dispositivos de transmisión podría abrumar fácilmente las redes de los centros de salud, por cuanto los datos del paciente deben ser rastreados de forma segura.

Además, los dispositivos y las aplicaciones deben interoperar, incluso cuando son desarrollados por diferentes fabricantes. Una arquitectura de bus de datos en capas es el marco ideal para resolver estos desafíos y desarrollar sistemas de múltiples niveles. En este sentido, es ventajoso implementar una arquitectura de bus de datos en capas, ya que incluye una rápida integración de dispositivo a dispositivo, con tiempos de entrega en microsegundos.

Además, representa un descubrimiento automático de datos y aplicaciones, con y entre buses de datos integración escalable, es decir, puede involucrar cientos de miles de máquinas, sensores y actuadores. A su vez, incorpora lo se denomina redundancia natural, ya que permite una disponibilidad y resistencia extremas. Así como, contempla un aislamiento jerárquico de subsistemas al facilitar el desarrollo de diseños de sistemas complejos.

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