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Sistema de entrada/salida
Escuela Politécnica NacionalIng. Patricio Proaño
Contenido
• Introducción• Componentes de Hardware:
– Grupos de dispositivos– Características– Operación de los dispositivos– Formas de Operación– Interfaces de periféricos
• Acceso Directo a memoria (DMA)
Introducción
• El Sistema de E/S es el encargado de las comunicaciones del computador con el exterior (memoria ↔ mundo exterior).
• En general es responsable de todos los procesos de E/S.
• Componentes generales:√ De Software (SO y drivers)√ De Hardware (dispositivos, controladores, módulos E/S)
• Funciones generales:√ Emitir órdenes a los dispositivos√ Captar las interrupciones√ Manipular errores
Componentes de Hardware
• Conjunto de unidades funcionales encargadas de las operaciones de entrada/salida.
• Unidades de entrada: permiten escribir en la memoria desde el exterior programas y datos.
• Unidades de Salida: permiten leer el contenido de la memoria (resultados de la ejecución de programas).
• Para cumplir estas funciones se utilizan diferentes dispositivos periféricos.
• Se los clasifica de acuerdo a varias referencias.
Grupos de dispositivos
Referencias• Presentación de datos• Almacenamiento de datos• de comunicación con otros
procesadores• Adquisición de datos• Unidad de información
Sistema de Entrada / Salida
Grupos de dispositivos
De presentación de datos• Permiten la interactuación del usuario
con el sistema
• Intercambian datos fundamentalmente con la memoria principal y el procesador.
• Dispositivos: Monitor (CRT, LCD), Mouse, Teclado, Impresora.
Grupos de dispositivos
De almacenamiento de datos
• Forman parte de la jerarquía de memoria.
• Interactúan de forma autónoma con la máquina.
• Dispositivos: discos y cintas magnéticas, CD, DVD.
Grupos de dispositivos
De comunicación• Permiten la comunicación con otros
procesadores remotos a través de redes.
• Para establecer eventos de comunicación reciben ordenes de los usuarios.
• También interactúan de forma autónoma con el sistema.
• Dispositivos: Modems, Tarjetas de Red (NIC).
Grupos de dispositivos
De adquisición de datos• Permiten la comunicación con sensores y
actuadores que operan de forma autónoma en el entorno del computador.
• Se utilizan en sistemas de control automático de procesos por computador y suelen incorporar conversores de señales A/D y D/A.
(Adquisición de datos)
• Adquisición de datos es el proceso de obtener o generar información de manera automatizada desde recursos de medidas analógicas y digitales como sensores y dispositivos bajo prueba.
• Utiliza una combinación de hardware y software basados en PC para brindar un sistema de medida flexible y definido por el usuario.
• A menudo, se debe acondicionar sensores y señales antes que un dispositivo de adquisición de datos los adquiera.
(Adquisición de datos)
(Adquisición de datos)
Grupos de dispositivos
Unidad de información transmitida
• Dispositivos de bloques
√ Almacenan la información en bloques de tamaño fijo, cada uno con una dirección propia.
√ Permite leer, escribir o buscar un bloque sin dependencia de los demás.
• Dispositivos de caracteres
√ Aceptan o entregan un flujo de caracteres sin considerar estructuras de bloques.
√ No son direccionables y, por tanto, no permiten operaciones de búsqueda.
Características de los periféricos
Generales• Identificación única del dispositivo por parte
de la CPU.
• Capacidad de envío y recepción de datos.
• Sincronización de la transmisión, exigida por la diferencia de velocidad de los dispositivos de E/S con la CPU.
Características de los periféricos
Específicas• Tienen formas de funcionamiento
muy diferentes entre sí, debido a las diferentes funciones que realizan y a los principios físicos en los que se basan.
• La velocidad de transferencia de datos es también diferente entre sí, y diferente de la presentada por la CPU y la memoria.
• Suelen utilizar datos con formatos y longitudes de palabra diferentes.
Operación de los dispositivos
• Los periféricos operan en base a tres eventos:
√ La identificación del dispositivo que se realiza con un decodificador de direcciones.
√ La sincronización entre dispositivos que se manipula por medio de registros de estado y control.
√ El envío y la recepción de datos que tiene lugar a través de registros de entrada y salida de datos.
Operación de los dispositivos
Decodificador de Direcciones
Registros de estado y control
Circuitos deSincronización
Registros de datosEntrada y/o Salida
Línea de control
Línea de datos
Línea de direcciones
Identificación
Envío/Recepción
Formas de operación
(1) Espacios de direcciones unificados
• Las unidades de E/S se ubican en el espacio único de direcciones como si fuesen elementos de memoria.
• A cada unidad de E/S se le asigna un conjunto de direcciones (suficiente para diferenciar todos sus registros internos).
• La interacción entre CPU y unidad de E/S se realiza a través de instrucciones de referencia a memoria.
• El bus del sistema es único.
Formas de operación
Formas de operación
(2) Espacios de direcciones independientes (Memoria y E/S)
• Las unidades de E/S se ubican en un espacio de direcciones diferente al de memoria (Espacio de E/S).
• La interacción entre CPU y unidad de E/S se realiza a través de instrucciones específicas de E/S.
• La separación de espacios de direcciones puede soportarse a través de:
√ Un bus único de uso compartido entre Memoria y E/S en función del estado de una línea de control MEM/IO.
√ Con buses diferentes.
Formas de operación
Interfaces de periféricos
• La interfaz es la conexión entre el mecanismo del dispositivo y el bus del sistema.
• Define la forma en que las señales pasan entre el bus del sistema y el periférico.
• También permite:√ Seleccionar la unidad a la que se quiere acceder. √ Define el formato de los datos.√ Emite todas las órdenes de bajo nivel requeridas para la comunicación.
• La interfaz a veces se encuentra sobre la main board.
Interfaces de periféricos
• La interfaz se presenta en dos modalidades:√ Controlador básico√ Controlador especializado
• Cada controlador tiene un conjunto de registros (Puerto de E/S) que se usan para la comunicación con la CPU.
• Tipos:√ Registros de datos (búfer de E/S)√ Registros de órdenes√ Registros de estado
• Ejemplos de puertos son los puertos paralelos, los puertos serie, los puertos USB.
Interfaces de periféricos