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