1.2.3 manejo de entrada-salida

Unidad 1: Arquitecturas de cómputo

1.2 Análisis de los componentes. 1.2.3 Manejo de la entrada/salida. 1.2.3.1 Módulos de entrada/salida.

Por: Ing. Juan Antonio Salinas Correa

1.2.3.1 Módulos de entrada/salida.

Una computadora no puede estar formado sólo por la CPU y la memoria. Para darle alguna utilidad debe comunicarse con el mundo exterior (periféricos) a través del subsistema de entrada/salida.



La velocidad de transmisión de datos de los periféricos es siempre menor que la de la memoria y la CPU. Es necesario amortiguar esa diferencia de velocidades.Debido a la gran diversidad de periféricos no es posible incorporar toda la lógica necesaria en el computador para manejar cada uno de éstos.Los tamaños y formatos de datos de los periféricos son diferentes a los del resto del computador.



Un buffer (o búfer) en informática es un espacio de memoria, en el que se almacenan datos para evitar que el programa o recurso que los requiere, ya sea hardware o software, se quede sin datos durante una transferencia.



Los datos se almacenan en un buffer mientras son transferidos desde un dispositivo de entrada o justo antes de enviarlos a un dispositivo de salida. También puede utilizarse para transferir datos entre procesos, de una forma parecida a los bufferes utilizados en telecomunicaciones.



Pueden ser implementados por software o hardware, aunque la gran mayoría son del primer tipo. Normalmente se usan cuando la frecuencias de transferencia de datos es distinta a la de procesado, dependiendo de las limitaciones del sistema, o también cuando la frecuencia es variable, como en la recepción de vídeo online (streaming).



Los buffers se utilizan, a menudo, conjuntamente con E/S de hardware, tal como unidades de disco, enviar o recibir datos a/o desde una red, o reproducción de sonido en un altavoz, etc.



Funciones Básicas del sistema de E/SDireccionamiento: Selección del dispositivo correspondiente de entre todos los dispositivos presentes en el sistema.



Funciones Básicas del sistema de E/SSincronización: Permitir que la CPU y la memoria (alta velocidad transferencia de datos) se puedan comunicar con los dispositivos de E/S (baja velocidad) sincronizando los envíos de datos entre ambos. (Inicio de la transferencia).



Funciones Básicas del sistema de E/STransferencia: El sistema de E/S debe tener toda la circuitería y señales de comunicación apropiadas para llevar a cabo la comunicación con cada uno de los dispositivos del sistema. (Método de transferencia).



La E/S se implementa mediante:

Un Periférico que es el Elemento que permite la transferencia de información entre la CPU y el mundo exterior, un módulo de E/S (controlador) y dispositivo externo.



El controlador se encarga de mover datos entre el dispositivo periférico que controla y el buffer de almacenamiento local. El tamaño del buffer varía de un controlador a otro y depende del dispositivo que controla.



Son posibles tres técnicas para las operaciones de E/S:E/S programadaE/S mediante interrupcionesDMA



E/S ProgramadaLos datos se intercambian entre el CPU y el módulo de E/S. El CPU ejecuta un programa que controla directamente la operación de E/S, incluyendo la comprobación del estado del dispositivo, el envío de la orden de lectura o escritura y la transferencia del dato. Cuando el CPU envía la orden debe esperar hasta que la operación de E/S concluya. Por: Ing. Juan Antonio Salinas Correa


E/S ProgramadaSi el CPU es más rápido, éste estará ocioso. El CPU es el responsable de comprobar periódicamente el estado del módulo de E/S hasta que encuentre que la operación ha finalizado.



E/S ProgramadaNormalmente habrá muchos dispositivos de E/S conectados al sistema a través de los módulos de E/S. Cada dispositivo tiene asociado un identificador o dirección. Cuando el CPU envía una orden de E/S, la orden contiene la dirección del dispositivo deseado.



E/S mediante InterrupcionesEl problema con E/S programada es que el CPU tiene que esperar un tiempo considerable a que el módulo de E/S en cuestión esté preparado para recibir o transmitir los datos. El CPU debe estar comprobando continuamente el estado del módulo de E/S. Se degrada el desempeño del sistema



E/S mediante Interrupciones



E/S mediante InterrupcionesUna alternativa es que el CPU tras enviar una orden de E/S continúe realizando algún trabajo útil. El módulo de E/S interrumpirá al CPU para solicitar su servicio cuando esté preparado para intercambiar datos. El CPU ejecuta la transferencia de datos y después continua con el procesamiento previo.



Procesamiento de la InterrupciónEl dispositivo envía una señal de interrupción al procesadorEl procesador termina la ejecución de la instrucción en curso antes de responder a la interrupción.El procesador comprueba si hay alguna interrupción. Si hay alguna, envía una señal de reconocimiento al dispositivo que la originó



Procesamiento de la InterrupciónEl procesador debe prepararse para transferir el control a la rutina de interrupción. Debe guardar la información necesaria para continuar con el proceso en curso en el punto en que se interrumpió. Guarda en la pila del sistema el contenido de los registros, etc.



Procesamiento de la InterrupciónEl procesador carga en el PC la dirección de inicio del programa de gestión o servicio de interrupción solicitada.Una vez modificado el PC, el procesador continúa con el ciclo de instrucción siguiente. Es decir, se transfiere el control a la rutina servidora de la interrupción.Cuando finaliza el servicio de la interrupción, se restauran los valores de los registros.



DMA (Direct Memory Access)La E/S con interrupciones, aunque es más eficiente que la E/S programada, también requiere la intervención del CPU para transferir datos entre la memoria y el módulo de E/S.



DMA (Direct Memory Access)se utiliza DMA para dispositivos de E/S de alta velocidad. E1 controlador del dispositivo transfiere un bloque de datos desde o para sus buffers de almacenamiento a memoria directamente sin intervención del CPU. Solo se produce una interrupción por bloque en lugar de tener una interrupción por cada byte (o palabra).



DMA (Direct Memory Access) El controlador de DMA interrumpe el CPU cuando la transferencia ha sido terminada . El CPU interviene solo al comienzo y al final de la transferencia.



Canales y procesadores de entrada/salida Siguiente evolución en los sistemas de E/S es tener un procesador capaz de interpretar secuencias de operaciones y de esa forma tener bajo su control un mayor número de operaciones y módulos de E/S, cada vez más complejas.



Canales y procesadores de entrada/salida• El canal de E/S es un “pequeño” procesador especializado en operaciones de E/S. Si además tiene memoria propia, entonces se lo llama procesador de E/S.



Canales y procesadores de entrada/salida• Para realizar una transferencia de E/S, la CPU primero ha de indicar qué canal de E/S ejecuta un determinado programaLa CPU también debe definir el área de almacenamiento temporal, establecer una prioridad y establecer las correspondientes acciones en caso de error.



Canales y procesadores de entrada/salida• Después de terminar la operación de E/S, el canal de E/S deja el resultado en un área de memoria y a continuación genera una interrupción para indicar que ha acabado.



Gracias por su atención


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