Comunicación interna en la computadora

Transcripción

1 Comunicación interna en la computadora

2 Buses Elemento responsable de establecer una correcta comunicación entre dos o más dispositivos de la computadora, una característica clave de un bus es que se trata de un medio de transmisión compartido, es por lo tanto el dispositivo principal de comunicación. El bus, quizá fuera mejor decir los buses ya que existen varios con diversas funciones, es un circuito que conecta el procesador central con todo el resto de componentes de la computadora. El bus sirve para que le llegue al procesador la información y las solicitudes de trabajo, desde el exterior, y envíe hacia afuera los resultados del trabajo realizado

3 BUS LOCAL El bus que conecta la CPU con los otros elementos del procesador se conoce como bus local o bus de la CPU. Es un bus muy rápido y conecta la CPU con las tarjetas de la placa base y los controladores de los dispositivos externos. Al contrario que con el EISA, MCA y PCI, el bus VL no sustituye al bus ISA sino que lo complementa. Bus EISA Una ranura de expansión, bus de expansión ó "Slot" es un elemento que permite introducir dentro de si, otros dispositivos llamados tarjetas de expansión (son tarjetas que se introducen en la ranura de expansión y dan mas prestaciones al equipo de cómputo).

4 EISA proviene de las siglas de ("Extended Industry Standard Architecture") ó arquitectura estándar de la industria. Este tipo de ranura se comercializa con una capacidad de datos de 32 bits. Los bits en las ranuras de expansión significan la capacidad de datos que es capaz de proveer, este dato es importante ya que por medio de una fórmula, es posible determinar la transferencia máxima de la ranura ó de una tarjeta de expansión.

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6 Características generales de la ranura EISA EISA se podría considerar una ranura de expansión de tercera generación junto con MCA. Se comercializó con un elevado precio, por lo que no fue muy difundido. Su 2 capacidades de datos que maneja es de 32 bits. Físicamente tiene 2 secciones de contactos, con buen ajuste al momento de colocar las tarjetas. Tienen una velocidad de transferencia de 33 Megabytes/s (MB/s) hasta 40 MB/s. Cuentan con una velocidad interna de trabajo de 8.33 MHz. Cuenta con una función llamada "bus master" ó mando a nivel de bus, que permite trabajar de manera directa con los dispositivos sin que intervenga el microprocesador.

7 Bus y bus de datos EISA El "bus" es una palabra que traducida literalmente significa transporte. El bus es un conjunto de líneas eléctricas que el dispositivo integra para comunicarse con el resto de los componentes de la computadora. Hay varios tipos de bus, ya que cada dispositivo necesita enviar diferentes tipos de información, entre ellos están los siguientes: Ejemplo: tenemos un dato que va a ser guardado en memoria RAM. Bus de direcciones: se encarga de que determinar en que lugar exacto de memoria se escribirá el dato. Bus de control: maneja el momento y la forma de escribir el dato. Bus de datos: se encarga de enviar el dato. El más utilizado para describir las características es el bus de datos, y el rendimiento del bus EISA está en función de la velocidad del dispositivo y su capacidad de datos.

8 Ranura de expansión MCA MCA proviene de las siglas de ("Micro Channel Architecture") ó arquitectura micro canal de IBM. Este tipo de ranura se comercializaba con una capacidad de datos de 16 bits y 32 bits. Los bits en las ranuras de expansión significan la capacidad de datos que es capaz de proveer, este dato es importante ya que por medio de una fórmula, es posible determinar la transferencia máxima de la ranura ó de una tarjeta de expansión.

9 Características generales de la ranura MCA MCA se podría considerar una ranura de expansión de tercera generación junto con la ranura EISA. Fue una nueva ranura de expansión desarrollada por IBM para sus equipos PS/2. No cuenta con compatibilidad con las ranuras ISA y ranuras EISA. Integra una capacidad de datos de 16 bits y 32 bits. Reduce radiaciones emitidas con mayor cantidad de tierras físicas. Tienen una velocidad de transferencia de 20 Megabytes/s (MB/s) para 16 bits y 40 MB/s para 32 bits. Cuentan con una velocidad interna de trabajo de 10 MHz. Cuenta con una función llamada "bus master" ó mando a nivel de bus, que permite trabajar de manera directa con los dispositivos sin que intervenga el microprocesador.

10 Bus y bus de datos MCA El "bus" es una palabra que traducida literalmente significa transporte. El bus es un conjunto de líneas eléctricas que el dispositivo integra para comunicarse con el resto de los componentes de la computadora. Hay varios tipos de bus, ya que cada dispositivo necesita enviar diferentes tipos de información, entre ellos están los siguientes: - Ejemplo: tenemos un dato que va a ser guardado en memoria RAM. Bus de direcciones: se encarga de que determinar en que lugar exacto de memoria se escribirá el dato. Bus de control: maneja el momento y la forma de escribir el dato. Bus de datos: se encarga de enviar el dato. El más utilizado para describir las características es el bus de datos, y el rendimiento del bus MCA está en función de la velocidad del dispositivo y su capacidad de datos

11 Ranura de expansión PCI PCI proviene de las siglas de ("Peripheral Components Interconect") ó componentes periféricos interconectados. Este tipo de ranura fue desarrollado por Intel y lanzado al mercado en 1993, se comercializa con una capacidad de datos de 32 bits y 64 bits para el microprocesador Intel Pentium. Los bits en las ranuras de expansión significan la capacidad de datos que es capaz de proveer, este dato es importante ya que por medio de una fórmula, es posible determinar la transferencia máxima de la ranura ó de una tarjeta de expansión.

12 Características generales de la ranura PCI PCI se podría considerar una ranura de expansión de cuarta generación. Integra una capacidad de datos de 32 bits y 64 bits para el microprocesador Intel Pentium. Tiene una velocidad de transferencia de hasta Megabytes/s (MB/s) a MB/s respectivamente. Cuentan con una velocidad interna de trabajo de 33 MHz para 32 bits y 66 MHz para 64 bits. Cuenta con una función llamada "bus master" ó mando a nivel de bus, que permite trabajar de manera directa con los dispositivos y la memoria RAM sin que intervenga el microprocesador

13 Consta básicamente de una pieza ranurada, dónde se encuentran pequeños conectores; está se encuentra soldada en la parte superior de la tarjeta principal ("Motherboard"), cuenta con 47 terminales.

14 Tarjetas para insertar en la ranura PCI Las tarjetas diseñadas para la ranura PCI principalmente son tarjetas controladoras, tarjetas de audio, tarjetas de video, tarjetas de expansión de puertos y tarjetas de red entre otras.

15 Usos específicos de la ranura PCI Se utiliza para dar mayores capacidades al equipo, tales como aumentar las prestaciones de audio, aumentar capacidad de despliegue de gráficos para videojuegos, aumentar el número de puertos USB ó puertos esata, etc. Actualmente es muy utilizada pero hay una variante llamada ranura de expansión PCI-Express, de la misma familia pero que esta ganando terreno en el campo de la aceleración de gráficos.

16 Al contrario que con el EISA, MCA y PCI, el bus VL no sustituye al bus ISA sino que lo complementa. Un PC con bus VL dispone para ello de un bus ISA y de lascorrespondientes ranuras (slots) para tarjetas de ampliación. Además, en un PCcon bus VL puede haber, sin embargo, una, dos o incluso tres ranuras deexpansión, para la colocación de tarjetas concebidas para el bus VL, casi siempregráficos. Solamente estos slots están conectados con la CPU a través de un busvl, de tal manera que las otras ranuras permanecen sin ser molestadas y las tarjetas ISA pueden hacer su servicio sin inconvenientes.

17 VL-bus bus VL no sustituye al bus ISA sino que lo complementa. Un PC con bus VL dispone para ello de un bus ISA y de las correspondientes ranuras (slots) para tarjetas de ampliación. Además, en un PC con bus VL puede haber, sin embargo, una, dos o incluso tres ranuras de expansión, para la colocación de tarjetas concebidas para el bus VL, casi siempre gráficos. Solamente estos slots están conectados con la CPU a través de un bus VL, de tal manera que las otras ranuras permanecen sin ser molestadas y las tarjetas ISA pueden hacer su servicio sin inconvenientes.

18 El VL es una expansión homogeneizada de bus local, que funciona a 32 bits, pero que puede realizar operaciones a 16 bits. VESA presentó la primera versión del estándar VL- BUS en agosto de El VL-BUS se acerca mucho al diseño del procesador De hecho presenta las mismas necesidades de señal de dicho chip, exceptuando unas cuantas menos estrictas destinadas a mantener la ompatibilidad con los 386

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20 BUS DE DATOS Está formado por varias líneas de control, cada una de las cuales transporta un bits a la vez, el número de líneas depende del tamaño de la palabra, si la palabra mide 32 bits se necesita un bus de datos con 32 líneas de modo que todos los bits de una palabra puedan trasmitirse al mismo tiempo. El bus de datos transfiere tanto las instrucciones que provienen del procesador como las que se dirigen hacia él. Se trata de un bus bidireccional. Un bus de datos es un dispositivo mediante el cual al interior de una computadora se transportan datos e información relevante. Su funcionamiento es sencillo: en un bus, todos los distintos nodos que lo componen reciben datos indistintamente, aquellos a los que estos datos no son dirigidos los ignoran y, en cambio, aquellos para los cuales los datos tienen relevancia, los comunican. Desde el punto de vista técnico, un bus de datos es un conjunto de cables o conductores eléctricos en pistas metálicas sobre la tarjeta madre o mother de la computadora. Este conjunto de conductores circulan las señales que conduce los datos.

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22 BUS DE DIRECCIONES Permite el acceso a una palabra en particular en la memoria. l bus de dirección depende del espacio y el direccionamiento de la memoria, si la memoria tiene dos palabras, el bus de direcciones necesita transportar n bits a la vez, por consiguiente debe tener n bits. Direcciones: Identifica el periférico referido. El bus de direcciones, (también conocido como bus de memoria) transporta las direcciones de memoria al que el procesador desea acceder, para leer o escribir datos. Se trata de un bus unidireccional

23 BUS DE CONTROL Lleva la comunicación entre el CPU y la memoria. Por ejemplo debe haber un código enviado entre el CPU a la memoria para especificar una operación de lectura y escritura. El numero de líneas utilizadas en el bus de control dependen del número total de comandos de control que necesita la computadora, si una computadora tiene dos acciones de control se necesitan N líneas pata el bus de control por que en N bits pueden definirse dos operaciones diferentes. Control: Lleva información referente al estado de los periféricos (petición de interrupciones) El bus de control (en ocasiones denominado bus de comando) transporta las órdenes y las señales de sincronización que provienen de la unidad de control y viajan hacia los distintos componentes de hardware. Se trata de un bus bidireccional en la medida en que también transmite señales de respuesta del hardware.

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42 INTERRUPCIONES. Una interrupción es una operación que suspende la ejecución de un programa de modo que el sistema pueda realizar una acción especial. La rutina de interrupción ejecuta y por lo regular regresa el control al procedimiento que fue interrumpido, el cual entonces reasume su ejecución.

43 - HARDWARE. Las interrupciones hardware ocurren cuando un dispositivo necesita atención del procesador y genera una señal eléctrica en la línea IRQ que tiene asignada. Esta señal es recogida y procesada por el controlador de excepciones PIC antes de ser senviada al procesador, lo que puede realizarse de dos formas, según el tipo de interrupción sea enmascarable o no enmascarable. Cuando se habla de una significa que, bajo control del software, el procesador puede aceptar o ignorar (enmascarar) la señal de interrupción. Para ello se envía una señal a la patilla INTR, y el procesador la atiende o la ignora en función del contenido de un bit (IF) en un registro (FLAGS) que puede estar habilitado o deshabilitado. En el primer caso, cuando se recibe la señal, el procesador concluye la instrucción que estuviese en proceso y a continuación responde con una combinación de señales en algunas de sus patillas componiendo una sucesión de dos señales INTA ("Interrupt Acknowledge".

44 La primera señal es simplemente un aviso; la segunda es una petición para que el PIC coloque en el bus de datos un Byte con el número de interrupción, de forma que el procesador pueda localizar el servicio solicitado. El valor recibido (0-255) es multiplicado por 4 para calcular la dirección del vector correspondiente en la tabla de vectores de interrupción, lo que se realiza mediante un desplazamiento binario de dos posiciones a la izquierda. Interrupción no enmascarable significa que la interrupción no puede ser deshabilitada por software. Este tipo de interrupciones ocurren cuando se recibe una señal en la patilla NMI ("Nonmaskable Interrupt") del procesador. Se reservan para casos en que es crítica la respuesta, por ejemplo que se detecte un error de paridad en la memoria. Además son de prioridad más alta que las enmascarables.

45 SOFTWARE. Los procesadores Intel de la gama x86 y compatibles, disponen de una instrucción INT que permite generar por software cualquiera de los 256 tipos de interrupción anteriormente descritos. El proceso seguido es exactamente el mismo que si se recibe una interrupción hardware en la patilla INTR, salvo que en este caso se conoce el tipo de interrupción, y no se requiere ningún ciclo INTA. Este tipo de interrupciones son de prioridad más alta que las de hardware (enmascarables y no enmascarables), de forma que si se recibe una interrupción hardware mientras que se ejecuta una software, esta última tiene prioridad.

46 FUNCIONES DE LA BIOS Las funciones de la BIOS se invocan, desde los programas de usuario, ejecutando una interrupción software con un cierto valor inicial en los registros. La BIOS emplea un cierto rango de interrupciones, cada una encargada de una tarea específica: INT 10h: Servicios de Vídeo (texto y gráficos). INT 11h: Informe sobre la configuración del equipo. INT 12h: Informe sobre el tamaño de la memoria convencional. INT 13h: Servicios de disco (muy elementales: pistas, sectores, etc.). INT 14h: Comunicaciones en serie. INT 15h: Funciones casette (PC) y servicios especiales del sistema (AT)

47 INT 16h: Servicios de teclado. INT 17h: Servicios de impresora. INT 18h: Llamar a la ROM del BASIC (sólo máquinas IBM). INT 19h: Reinicialización del sistema. INT 1Ah: Servicios horarios. INT 1Fh: Apunta a la tabla de los caracteres ASCII (8x8 puntos).

48 FUNCIONES DEL DOS El DOS emplea varias interrupciones, al igual que la BIOS; sin embargo, cuando se habla de funciones del DOS, todo el mundo sobreentiende que se trata de llamar a la INT 21h, la interrupción más importante con diferencia. INT 20h: Terminar programa (tal vez en desuso). INT 21h: Servicios del DOS. INT 22h: Control de finalización de programas. INT 23h: Tratamiento de Ctrl-C. INT 24h: Tratamiento de errores críticos. INT 25h: Lectura absoluta de disco (sectores lógicos). INT 26h: Escritura absoluta en disco (sectores lógicos). INT 27h: Terminar dejando residente el programa (en desuso). INT 28h: Idle (ejecutada cuando el ordenador está inactivo). INT 29h: Impresión rápida en pantalla (no tanto). INT 2Ah: Red local MS NET. INT 2Bh-2Dh: Uso interno del DOS. INT 2Eh: Procesos Batch. INT 2Fh: Interrupción Multiplex. INT 30h-31h: Compatibilidad CP/M-80. INT 32h: Reservada.

49 Acceso directo a Memoria Qué es una transferencia por acceso directo a memoria? El modelo de transferencia de información se denomina transferencia por programa, porque la transferencia de un dato del controlador a memoria, o viceversa, se realiza como consecuencia de la ejecución de instrucciones de un programa (ver figura 1).

50 Una alternativa a la transferencia por programa es la transferencia por acceso directo a memoria (DMA) (Aquellas computadoras que tienen canales DMA pueden transferir datos desde y hacia los dispositivos con menos utilización de CPU que aquellas computadoras sin canales DMA. Básicamente una transferencia DMA consiste en copiar un bloque de memoria de un dispositivo a otro. Esa transferencia se lleva a cabo por el controlador DMA, en lugar del CPU.

51 El controlador DMA es generalmente un chipset de la placa madre) en la que el propio controlador se responsabiliza de leer o escribir los datos en memoria. Aunque la transferencia sea por DMA, seguirá siendo necesaria la sincronización entre el procesador y el controlador, para que el primero sepa cuándo ha terminado la transferencia. Esta sincronización puede realizarse por encuesta o por interrupción.

52 Qué registros debe tener un controlador que realiza transferencia por DMA? Para que un controlador pueda realizar una transferencia por DMA (por ejemplo, enviar un dato a memoria), necesita conocer la dirección de memoria involucrada en la transferencia (es decir, la dirección donde debe escribir el dato o de donde debe leerlo). El controlador deberá tener un registro de dirección (Radr), en el que el procesador pueda escribir la dirección involucrada en la transferencia (ver figura 2).

53 Como ahora el procesador no tendrá que leer ni escribir el dato directamente del controlador (que es lo que ocurría en la transferencia por programa), no será necesario que el registro de datos del controlador (Rdat en la figura 2) sea visible desde el procesador (es decir, el controlador no tendrá registro de datos mapeado en el espacio de memoria ni en el espacio de entrada/salida). El hecho de que la transferencia sea por DMA no tiene ninguna implicación adicional sobre los otros registros del controlador. LEA EAX, dato OUT Radr, EAX

54 Cuándo es adecuada la transferencia por DMA? La transferencia por DMA no tiene ventajas sobre la transferencia por programa cuando se trata de transferir un dato aislado. Ese sería el caso de lecturas del teclado, o de escrituras en la impresora. Suponiendo que representan la lectura de un carácter del teclado. Se ve que no hay demasiadas diferencias en cuanto a trabajo que debe hacer el procesador o tiempo que tarda la transferencia.

55 La transferencia por DMA es adecuada cuando debe transferirse un bloque de datos (es decir, una serie de bytes consecutivos de memoria). En el caso de la transferencia de un bloque de datos por DMA, el procesador debe escribir en el registro Radr La dirección de memoria involucrada en la transferencia. Cuando el controlador esté en disposición de transferir el siguiente byte del bloque usará la dirección que hay en Radr para leer o escribir la memoria (según el sentido de la transferencia) e incrementará el valor de la dirección dejándola preparada para la transferencia del siguiente byte. La operación de entrada/salida acabará cuando hayan sido transferidos todos los datos del bloque (ver figura 3).

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57 Las ventajas de la transferencia de un bloque de datos por DMA frente a la transferencia por programa son: La transferencia se hace mucho más rápido (no se pierden ciclos para ejecutar instrucciones que transfieran datos) El procesador puede hacer otras cosas mientras el controlador está realizando la transferencia (siempre que la sincronización sea por interrupción) El ejemplo típico de controlador que realizar transferencias de bloque de datos (y no de datos aislados) es el controlador de disco, ya que en un disco la información se lee y se escribe por bloques.

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63 Componentes

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66 Características

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68 Clasificación de las tarjetas

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76 Monitor

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78 Tipos de monitores

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91 Sistema de discos. Dispositivos Almacenamiento Secundario Cintas Magnéticas Discos Magnéticos: HD, floppy Discos Magneto-ópticos: mini-disk Discos Laser ú Opticos: CD, DVD Discos de Edo. Sólido: Flash Drives

92 Como funciona un disco duro Los discos duros generalmente utilizan un sistema de grabación magnética analógica. En este tipo de disco encontramos dentro de la carcasa una serie de platos metálicos apilados girando a gran velocidad. Sobre estos platos se sitúan los cabezales encargados de leer o escribir los impulsos magnéticos. Hay distintos estándares a la hora de comunicar un disco duro con la computadora. Los más utilizados son IDE/ATA, SCSI, y SATA, este último siendo de reciente aparición.

93 Dentro de un disco duro hay varios platos (entre 2 y 4), que son discos (de aluminio o cristal) concéntricos y que giran todos a la vez. El cabezal (dispositivo de lectura y escritura) es un conjunto de brazos alineados verticalmente que se mueven hacia dentro o fuera según convenga, todos a la vez. En la punta de dichos brazos están las cabezas de lectura/escritura, que gracias al movimiento del cabezal pueden leer tanto zonas interiores como exteriores del disco.

94 Cada plato tiene dos caras, y es necesaria una cabeza de lectura/escritura para cada cara (no es una cabeza por plato, sino una por cara). Si se mira el esquema Cilindro-Cabeza-Sector (más abajo), a primera vista se ven 4 brazos, uno para cada plato. En realidad, cada uno de los brazos es doble, y contiene 2 cabezas: una para leer la cara superior del plato, y otra para leer la cara inferior. Por tanto, hay 8 cabezas para leer 4 platos. Las cabezas de lectura/escritura nunca tocan el disco, sino que pasan muy cerca (hasta a 3 nanómetros). Si alguna llega a tocarlo, causaría muchos daños en el disco, debido a lo rápido que giran los platos (uno de revoluciones por minuto se mueve a 120 km/h en el borde).

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96 Retardos: disk-latency / seek-time Inicio: Seleccionar superficie ó RW-head (ms) Seek time: posicionar brazo en pista correcta (ms) Rotational delay: esperar sector en disco giratorio (ms) Transfer: Transferencia de datos de un sector (DMA-buffer-cabeza)

97 Planificación de Disco Cuando un proceso desea leer/escribir a disco llama al SO Al efectuar la llamada, el proceso se suspende El SO coloca petición en fila de espera del dispositivo El Algoritmo de Planificación busca peticiones afines El Manejador-Dispositivo lee/escribe bloques designados