Entrada salida y comunicación

Transcripción

1 Entrada salida y comunicación E/S de los computadores Introducción: Variedad de dispositivos. Modo de transfer. Tipo de información. Diferencias de velocidades (tasas de transferencias). Ejemplos de periféricos: Teclado. Pantalla. Disco duro. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 2

2 Ejemplo de dispositivos de E/S Clasificación de dispositivos de E/S: Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 3 Teclado Uso de controlador. Técnica de barrido (scan). Código de barrido de tecla. Código de ruptura de tecla. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 4

3 Disco Duro Almacenamiento no volátil. Conceptos: Tiempo de búsqueda (seek time). Retardo rotacional (3600 r.p.m.). Tiempo del controlador. Total: Tiempo de acceso de disco. Tiempo de transferencia (MB/s). Parámetros: Plato; Pista ( ); Sectores (256 bytes 4K por sector). Densidad constante de bits. Cilindro. Cabeza de rd/wr. Buffer de sector. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 5 Pantallas gráficas (CRT) Parámetros: Matriz de elementos o píxels (RGB). Frecuencia de refresco: 30 a 60 veces/seg. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 6

4 Pantallas gráficas (CRT) Parámetros: Barrido de la pantalla: Barrido horizontal y vertical. Buffer de refresco o encuadre Mapa de bits. Resolución: Ejemplo: 1280 x 1024 x 256 colores * MB (Tamaño del buffer de refresco). Actualización del buffer de refresco. Durante el barrido vertical. Uso de un buffer doble. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 7 Interfaces de E/S Necesidad de interfaz entre CPU y periférico: Estructura de los periféricos (dispositivos electromecánicos). Velocidades de transferencia de datos. Códigos y formatos de datos. Diferentes modos de operación. Solución: Controladores de periféricos: Interfaz. Conexión de periféricos: bus de E/S. Estandarización: VME, SCSI, PC-AT, etc Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 8

5 Bus de E/S e Interfaz Configuraciones: E/S mapeada en memoria (memory mapped). Todos los buses compartidos. E/S aislada o mapeada por instrucciones de E/S. Bus de datos y direcciones compartidos. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 9 Bus de E/S e Interfaz Configuraciones: Bus de E/S independiente. Necesidad de Adaptador de bus. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 10

6 Ejemplo de interfaz de E/S Arquitectura interna: Puertos: Datos, Control y Estado. Registro de Control. Registro de estado. Líneas de selección del puerto. Señal de habilitación.!!comunicación asíncrona!! Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 11 Transmisión por Simple Strobed Características: Señal de Strobe. Protocolos: Entrada. Salida. Desventaja: Falta de señal de validación (Acknowledge). Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 12

7 Transmisión por Handshake Características: Señal de Strobe. Señal de Acknowledge. Ventajas: Flexibilidad y confiabilidad. Detección de errores: Aviso mediante interrupción. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 13 Comunicación serie Paralelo vs. Serie: Necesidad de comunicación a largas distancias. Comunicación remota: Uso de convertidores de señales o Modems. Comunicación: Simplex, Half-Duplex, Full-Duplex. Tipos de transmisión serie: Síncrona. Sincronismo en la señal de reloj. Flujo continuo de datos para mantener el sincronismo. Asíncrona. Línea de comunicación en estado de reposo. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 14

8 Transmisión asíncrona Formato: Bit de START. Bits por carácter (5 a 9). Bits de STOP. Señal a nivel alto en ausencia de información. Velocidad de transmisión: Bits por segundos Baudios Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 15 Transmisión asíncrona Características: No hay necesidad de bits de STAR y STOP. Relojes siempre sincronizados. Sincronización a partir de los datos transmitidos. Transmisión continua de datos. Caracteres de sincronismo. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 16

9 Ejemplo de interfaz Composición: Registro de entrada y registro de salida: Entrada: código de barrido con formato de datos en paralelo. Salida: ejemplo velocidad de repetición al mantener la tecla. Registro de control y estado: Control: programación del dispositivo. Estado: información sobre el estado del teclado y del controlador. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 17 Modos de transferencia Tipos: Transferencia bajo control de programa: Transferencia iniciada por instrucción en el programa. Ciclo de espera (busy-wait loop). Transferencia por interrupción: Transferencia iniciada por el dispositivo de E/S mediante solicitud de interrupción. Rutinas de Servicio de Int. Transferencia por acceso directo a memoria: Transferencia entre Memoria y dispositivo de E/S. CPU Indica la dirección de memoria y número de palabras a transferir. Transferencia por robo de ciclos. Transferencia mediante procesador de E/S: Necesidad de un procesador de E/S (IOP). Manejo de periféricos mediante DMA e interrupción. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 18

10 Transferencia por programa Protocolo: Comunicación por Poolling Datos Ready Flag de Buffer Lleno Lectura desde la CPU Acknowledge Características: Control dedicado. Bajo rendimiento de la CPU. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 19 Transferencia por interrupción Transferencia activada por unidad fuente. Mecanismo de interrupción: Ejecución de una Rutina de Servicio de Interrupción (RSI). Interrupción vectorizada. Dirección de comienzo de la RSI. Mecanismo de tablas de vectores de interrupción. Interrupción no vectorizada: Necesidad de un vector de Interrupción. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 20

11 Prioridad en las interrupciones Esquema de interrupción con prioridad: Establecer el nivel de prioridad de la interrupción en curso. Peticiones de interrupción simultáneas: Atender a la interrupción más prioritaria. Mecanismo software: RSI única Prioridad establecida por orden de consulta. Desventaja: lento para muchos dispositivos de E/S. Mecanismo hardware: Se elimina la consulta de los dispositivos de E/S. Necesidad de suministrar el vector de interrupción. Posibles mecanismos: conexión de peticiones en serie o en paralelo. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 21 Conexión por Daisy Chain Conexión en serie. Prioridad por proximidad. Protocolo: Interrupt request Interrupt Acknowledge. Necesidad de vector de interrupción. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 22

12 Hardware de prioridad paralela Uso de un codificador de prioridades. Interrupción vectorizada. Dispositivo programable: Reg. de interrupción. Reg. de máscaras. Dirección parcial del vector de interrupción Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 23 Acceso Directo a Memoria Transferencias por bloques: Uso con dispositivos de E/S rápidos. Controlador de DMA: Control total de los buses del sistema por parte del controldador. CPU alta impedancia. Protocolo: Bus Request (BR) Bus granted (BG) Modos de transferencia: Transferencia a ráfagas. Transferencia por robo de ciclo. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 24

13 Controlador de DMA Contenido: Reg. de dirección. Autoincremento. Contador de palabras. Autodecremento. Reg. de control. Líneas de control. Inicialización: Dirección de comienzo del bloque de memoria. Número de palabras. Modo de transferencia: lectura o escritura. Bit de control de inicio de la transferencia. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 25 Transferencia por DMA Procedimiento: Programación del DMA. DMA Request. Bus Request. Bus Granted. Acknowledge DMA: Escritura. Lectura. Si el contaje es cero: Termina la petición de buses. Genera petición de interrupción a la CPU. Alternativa: DMA con más de un bus de control de dispositivos de E/S. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 26

14 Procesadores de E/S Procesador con capacidad de DMA y comunicación con varios dispositivos de E/S. CPU relevada de tareas de E/S. IOP: Capacidad de ejecutar sus propias instrucciones. Iniciado por la CPU ejecución de su propio programa. IOP E/S : Transferencia controlada por programa. IOP Memoria: Transferencia por DMA Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 27 CPU: Procesadores de E/S Proporciona instrucciones para iniciar las transferencias de E/S. Informa al IOP de la dirección de comienzo del programa a ejecutar. Realiza peticiones de estado de los dispositivos de E/S. Comunicación con IOP a través de la memoria. IOP: Ejecuta comandos almacenados en memoria. Solicita atención de la CPU mediante interrupciones. Fundamentos de computadores: Entrada salida y comunicación 28