PCI


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bus PCITodo el panorama cambió con el anuncio por parte de Intel, en junio de 1992, de su nuevo bus local PCI ( Peripheral Component Interconnect ) para el nuevo procesador que igualmente traía Intel: el Pentium.

Este estandar, con algunas mejoras en velocidad, es el que persiste en la actualidad. PCI es ideal para los procesadores Pentium y posteriores, pero no para 486 o anteriores. Este bus es una conexión de alto rendimiento entre el procesador y las tarjetas de expansión. Está diseñado para soportar grandes transferencias de datos, lo que supone grandes cargas eléctricas, que era una de las limitaciones de su antecesor, el bus local VESA.

El nuevo estándar se basa en la estructura de la placa en función del microprocesador y del chipset ( conjunto de circuitos integrados o chips, que se encarga de enlazar y gestionar los distintos buses de datos que hay en la placa base). Las computadoras personales que cuentan con este estándar, utilizan un procesador de la familia Pentium y tienen un bus de sistema (no confundir con el bus PCI) que conecta la RAM, el procesador y la memoria caché de segundo nivel a una frecuencia de 33 Mhz. Esta frecuencia indica la velocidad en ciclos por sg. a la que puede comunicar el bus, enviando o recibiendo un dato por ciclo. Dependiendo del ancho de banda del bus de datos, un dato puede estar formado por 8, 16, 32 ó 64 bits ( en la arquitectura PCI del Pentium este ancho de banda es de 64 bits). Una parte importante den el diseño del PCI es el puente que une el bus PCI con el bus local del procesador, lo que permite una conexión directa virtual entre el procesador y los periféricos. Aunque opera de manera simultánea con el bus del procesador, el bus PCI tiene autonomía con respecto a éste, cosa que no conseguía el VESA.

Conector PCIPara que el bus de sistema pueda comunicarse con el resto de dispositivos del ordenador, el chipset le pone en contacto con el bus PCI. Para conectar los periféricos, el bus PCI incorpora a la placa base ranuras de expansión o slots ( generalmente blancos y más pequeños) por las que los periféricos pueden contactar con el bus. Para mantener la compatibilidad con las tarjetas de ampliación ISA / EISA, los chipsets facilitan una pasarela de conexión entre el bus PCI y el ISA / EISA. Por ello, es normal que en esta arquitectura aparezcan en una placa base 3 ó 4 ranuras ISA, que permiten conectar periféricos que requieren una capacidad de transferencia muy pequeña, como un modem interno o una tarjeta de red, y otras 3 ó 4 ranuras PCI donde se conectan otros periféricos que necesitan una mayor velocidad de transferencia, como pueden ser una tarjeta de vídeo, controladoras de disco, digitalizadores, etc.

Tarjeta madre ISA PCIAl tener que compartir la velocidad del bus PCI los dispositivos que a él estén conectados, el límite práctico de número de ranuras es de 3 para no sobrecargar la capacidad de transferencia del bus. También es verdad que ya se pueden encontrar placas base con 4 ranuras PCI para cualquier tipo de tarjeta y una conexión para un dispositivo construido dentro de la propia placa base. Este diseño soporta controladoras SCSI para disco duro que transfieren datos a través del bus PCI sin tener que usar un bus SCSI específico.

Todo lo anterior hace que los primeros buses PCI tuvieran una capacidad de transferencia de 132 MB/seg obtenida de los 33Mhz de velocidad y de los 32 bits de datos. ( (32/8)bytes * 33 Mhz). Esto en principio era suficiente para casi todo hasta que aparecieron las primeras tarjetas de vídeo en 3 dimensiones.

El diseño del bus PCI tiene tres características principales:

- Provee una configuración automática soportando Plug and Play.
- Permite producir interfaces con alto rendimiento a bajo costo.
- Su diseño tiene gran versatilidad para soportar una gran variedad de periféricos y accesorios.

Una de las ventajas es su escalabilidad, es decir que es capaz de adaptarse a los avances en el diseño del hardware, es que está diseñado para ser utilizado en multiprocesamiento y mantiene la promesa de un estándar común que es independiente de la familia del procesador con que se trabaje, evitando así el rediseño de circuitos integrados y tarjetas con la aparición de nuevos procesadores. Esto permite que los fabricantes se concentren en mejorar el rendimiento de sus productos en lugar de continuar rediseñando para diferentes velocidades de procesadores y tipos de buses.

Las ranuras, en función del número de bits que pueden transportar se distinguen en:

a. Ranuras PCI de 32 bits: las más comunes.
b. Ranuras PCI de 64 bits: son de reciente proliferación. Agrega una porción más de conectores a la de 32 bits.

Existen tres tipos de tarjetas PCI en función de los requerimientos eléctricos:

Tarjetas PCI de 5 voltios para PC.
Tarjetas PCI de 3.3 voltios para tarjetas de computadoras portátiles. Su ranura es diferente a la de 5 voltios. Tarjetas Universales que son tarjetas específicas PCI que seleccionan automáticamente el voltaje y son para los dos sistemas anteriores.

Las tarjetas PCI no cuentan con jumpers o swithes (interruptores) como todas sus antecesoras, siendo configuradas de manera directa y automática por firmware o software. Tienen una memoria ROM que contiene las especificaciones de configuración y de aquí obtiene el sistema los datos necesarios en la etapa de arranque. Todo esto a diferencia de las tarjetas ISA que tenían que ser configuradas manualmente, aunque eventualmente también se produjeron con Plug and Play(PNP,  conectar y usar).

En mayo de 1993 se da a conocer el bus PCI 2.0 que da soporte al procesador Pentium con un tamaño de datos de 64 bits, aunque también soporta 32 bits. Dependiendo de la velocidad puede obtener una capacidad de transferencia de 264 MB/s (a 33 Mhz.) o de 528 MB/s (a 66 Mhz). Es el bus local de alta velocidad más potente existente en el mercado en el momento.

En 1998 apareció un nuevo chipset, el 44OBX ( sobre placa base con el estándar ATX ) con un bus de sistema a 100 MHz de frecuencia. Recordemos que para el momento, la coexistencia de encapsulados diferentes en el mercado de los Pentium era normal, esto es: Para el procesador Pentium se utilizaron los sockets 3, 4, 5, 6, y 7, este último zócalo daba cabida a procesadores Pentium, MMX, AMD K6, Cyrix 586, etc. Otro, monopolizado por Intel es el Slot 1, que es donde se insertan los primeros Pentium II y III  así com en sus versiones Celeron.

Tal y como ha venido siendo su política habitual, Intel apostó exclusivamente por procesadores basados en su Slot 1, abandonando por completo al Socket 7. Otros fabricantes hicieron causa común en contra de esta política, con unos resultados mediocres, que han posibilitado que el bus de 100 MHz también se encuentre disponible en el Socket 7. El bus PCI anterior tenía un límite de 66 Mhz y los procesadores iban aumentando su frecuencia llegando hasta los 500 Mhz, con lo cual los multiplicadores (reductores de la velocidad del procesador) iban en aumento para no sobrecargar el bus PCI por encima de los 66 Mhz. Esto obligó la aparición del bus PCI 2.1 a 100 Mhz.

La placa base con chipset 440 Bx con bus de 100 Mhz también permite trabajar con procesadores que por sus multiplicadores están diseñados para funcionar a 66 Mhz, pero siempre en formato Slot 1. Esto es posible porque el chipset dispone de mecanismos para detectar la velocidad del reloj para la que fue diseñado el bus del procesador. Con una velocidad de 100 Mhz y un tamaño de palabra de 64 bits se puede obtener una capacidad de transferencia de 800 MB/s teóricos. Con 32 bits se alcanzan 400 MB/s.

Para aprovechar los 100 Mhz, esta especificación PCI permite que una de las ranuras trabaje a 66 Mhz simultáneamente con otra que lo haga a 33 Mhz. Todavía no se ha conseguido que una única ranura obtenga los 100 Mhz en exclusividad. La memoria RAM es la más afectada por la velocidad del bus PCI 2.1. La memoria de tipo EDO y sus predecesoras quedan fuera de juego, ya que sus tiempos de acceso estaban calculados para los 66 Mhz. La memoria RAM adecuada es una SDRAM de un tiempo de acceso menor de 10 nseg, equivalentes a 100 Mhz.

El bus PCI 2.1 permite trabajar simultáneamente con ranuras de expansión AGP 2x. Esto no supone un aumento de rendimiento espectacular con los Pentium II, ya que la mayoría de la información se va a buscar a la memoria caché (si esto no fuera así, el número de fallos de caché sería muy elevado, convirtiendo a la memoria caché en un mero elemento decorativo ... un lujo demasiado caro), si tenemos en cuenta que en los Pentium II, la memoria caché L2 se encuentra incorporada en el microprocesador y trabaja a mitad de frecuencia del procesador, lo que ocurra en el bus de sistema le es irrelevante. No siendo el caso de las placas con zócalo socket 7, ya que estas placas tienen la memoria caché L2 instalada sobre la propia placa, y por lo tanto, la comunicación entre procesador y caché L2 se realiza a través del bus de sistema, con lo que al aumentar la velocidad de éste, se aumenta notablemente el rendimiento. Como curiosidad, en diversas pruebas que se han efectuado, el aumento de velocidad de 66 a 100 Mhz en el bus de sistema, ha obtenido una mejora en el rendimiento del 2% en los Pentium II, y en torno a un 10% en los socket 7.

Con el bus PCI 2.1 se inicia una nueva carrera en velocidad de procesadores, desde 350 hasta 500 MHz (chipset lntel 44OBX), incrementando el rendimiento global del sistema, especialmente en placas con el Socket 7, además de que permite trabajar con tarjetas gráficas AGP en modo 2x, consiguiendo igualmente una nueva dimensión en velocidades de tarjetas gráficas. Este bus es capaz de trabajar también a 66 MHz , con lo que será posible utilizar un procesador pequeño, pensando en futuros cambios.

Dentro de las limitaciones de este bus, es que requiere el cambio de la placa base del ordenador, y en muchas ocasiones de la memoria RAM. Esto no supone un aumento de rendimiento notorio en el caso del Pentium II debido a que el caché interno es independiente de la velocidad del bus e igualmente no supone un aumento de rendimiento en las tarjetas AGP y PCI anteriores

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