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Índice……………………………………………………………………………………………………………………………...1,2 Gestión de Entradas y Salidas………………………………………………………………………………………….…3 Dispositivos o periféricos Dispositivos de entrada El teclado…………………………………………………………………………………………………………………..……….4 El mouse El escáner…………………………………………………………………………………………………………………………..5 Dispositivos de salida El monitor La impresora……………………………………………………………………………………………………………………..6 Dispositivo de bloque Unidad de disco óptico……………………………………………………………………………………………………….7 Unidad de disco duro Problemas entre los sistemas operativos y los dispositivos……………………………………………8 Control de entrada y salida Entrada y salida controladas por programas e interrupciones…………………………………………….9 Funciones E/S controlada por programa E/S controlada por interrupciones Clasificación de las interrupciones…………………………………………………………………………………….….10 Controlador de interrupciones Control/estado y datos de entrada y salida controladas por programas El microprocesador……………………………………………………………………………………………………………..11 Procesamiento de la Interrupción
Entrada y salida sincrónica Acceso Directo de la Memoria (DMA)………………………………………………………………………………12 Funcionamiento Modos de Operación……………………………………………………………………………………………………..….13 DMA por robo de ciclo DMA por ráfagas DMA transparente DMA Scatter-gather Procesadores de entrada y salida………………………………………………………………………………………14 Revisión de métodos de entrada y salida Acceso directo a memoria Buffer de entrada y salida…………………………………………………………………………………………………..15
Gestión de Entradas y Salidas Gestión de Entrada y Salida: esto representa los intercambios de información desde el procesador o incluso al acceso directo de la memoria. Esta actividad de entrada y salida se realiza gracias a la relación que hay entre el sistema operativo con los diversos periféricos, así administrar y controlar los estados y recursos que tienen cada uno de estos mediante los controladores de dispositivos.
Dispositivos o periféricos: Son aparatos solidos e independientes que van conectados a la unidad central de la computadora. Existen diversos tipos de dispositivos con funciones diferentes.
Existen tres tipos de dispositivos según su función:
Dispositivos de entrada: tienen la tarea de introducir información, órdenes, comandos e instrucciones para que la computadora lo procese con el sistema operativo.
Entre los más conocidos se encuentran:
El Teclado Un teclado es un dispositivo o periférico de entrada, en parte inspirado en el teclado de las máquinas de escribir, que utiliza una disposición de botones o teclas, para que actúen como palancas mecánicas o interruptores electrónicos que envían información a la computadora. Es un dispositivo apuntador utilizado para facilitar el manejo de un entorno gráfico en una computadora. Generalmente está fabricado en plástico, y se utiliza con una de las manos. Detecta su movimiento relativo en dos dimensiones por la superficie plana en la que se apoya, reflejándose
El Mouse Habitualmente a través de un puntero, cursor o flecha en el monitor. El ratón se puede conectar de forma alámbrica (puertos PS/2 y USB) o inalámbricamente (comunicación inalámbrica o wireless, por medio de un adaptador USB se conecta a la computadora y esta manda la señal al ratón, también pueden ser por medio de conectividad bluetooth o infrarrojo).Es un periférico de entrada imprescindible en una computadora de escritorio para la mayoría de las personas, y pese a la
aparición de otras tecnologías con una función similar, como la pantalla táctil, la práctica demuestra todavía su vida útil. No obstante, en el futuro podría ser posible mover el cursor o el puntero con los ojos o basarse en el reconocimiento de voz.
El Escáner Es un periférico que se utiliza para "copiar", mediante el uso de la luz, imágenes impresas o documentos a formato digital (a color o a blanco y negro). El escáner nace en 1984 cuando Microtek crea el MS-200, el primer escáner blanco y negro que tenía una resolución de 200dpi. Este escáner fue desarrollado para Apple Macintosh. Los escáneres pueden tener accesorios como un alimentador de hojas automático o un adaptador para diapositivas y transparencias.
Dispositivos de salida: son los que se encargan de procesar los resultados de salida de los procesos de datos. Y mostrarlos al usuario. Entre ellos tenemos:
El Monitor Es el principal dispositivo de salida (interfaz), que muestra datos o información al usuario.
La Impresora Es un dispositivo periférico del ordenador que permite producir una gama permanente de textos o gráficos de documentos almacenados en un formato electrónico, imprimiéndolos en medios físicos, normalmente en papel, utilizando cartuchos de tinta o tecnología láser (con tóner). Muchas de las impresoras son usadas como periféricos, y están permanentemente unidas al ordenador por un cable. Otras impresoras, llamadas impresoras de red, tienen una interfaz de red interno (típicamente wireless o ethernet), y que puede servir como un dispositivo para imprimir en papel algún documento para cualquier usuario de la red.
Dispositivo de bloques: Un dispositivo de bloques, en informática, es un componente de la computadora en el que los datos se transmiten en conjuntos indivisibles en la comunicación con la unidad central de proceso. Un ejemplo típico de dispositivo de bloque es un disco duro, que está ordenado internamente en sectores que típicamente son de 512 bytes, y al escribir o al leer del disco es necesario transferir esa cantidad de información como conjunto.
Entren los dispositivos de bloques se encuentran:
Unidad de Disco Óptico En informática, la unidad de disco óptico es la unidad de disco que utiliza una luz láser como parte del proceso de lectura o escritura de datos desde un archivo a discos ópticos a través de haces de luz que interpretan las refracciones provocadas sobre su propia emisión.
Es el dispositivo de almacenamiento de datos que emplea un sistema de grabación magnética para almacenar archivos digitales. Se compone de uno o más platos o discos rígidos, unidos por un mismo eje que gira a gran velocidad dentro de una caja metálica sellada.
Unidad de Disco Duro Sobre cada plato, y en cada una de sus caras, se sitúa un cabezal de lectura/escritura que flota sobre una delgada lámina de aire generada por la rotación de los discos. Es memoria no volátil.
Problemas entre el Sistema Operativo y los Dispositivos -Cada dispositivo tiene diferentes funciones. -Los dispositivos dependen de núcleo de sistema operativo. -Existe diferentes velocidades entre los dispositivo tanto como de entrada, salida y bloque. -El sistema operativo trata de buscar la mejor manera de realizar la función de entrada y salida.
Control de entrada y salida: mediante esta actividad el sistema operativo decide qué proceso hará uso del recurso, durante cuánto tiempo y en qué momento.
Entrada y salida Controladas por Programas e Interrupciones Elemento que proporciona un método eficaz entre el sistema central y el periférico.
Funciones: 1. 2. 3. 4. 5.
Control y temporización. Comunicación con la CPU. Comunicación con el dispositivo externo. Almacén temporal de datos. Detección de errores.
E/S controlada por programa: La CPU está pendiente en todo momento (sondeo constante mediante bucles) del estado de la E/S. Inconvenientes:
Pérdida de tiempo en bucles de espera. Algunos programas no permiten estar en bucles. Si varios periféricos
E/S controlada por interrupciones: Elimina bucles de sondeo de forma que entre la CPU y la unidad de entrada y salida existe una línea de comunicación hardware que provoca que cuando un periférico precisa de la extensión de la CPU, la unidad de E/S envía un nivel de extensión que provoca una interrupción en la CPU.
Clasificación de las interrupciones:
Origen Nro. de líneas Control de la CPU sobre la interrupción Identificación de la fuente de la interrupción Gestión de prioridad Niveles de interrupción:
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Externa =>periféricos. Internas => la propia CPU 1 línea. Múltiples líneas Enmascarables. No enmascarables. Múltiples líneas. Encuestas Vectorizadas Software. Hardware Nivel único. Multinivel
Controlador de interrupciones: Su misión es aumentar el número de líneas y encargarse e la gestión. Funciones:
Identicar la fuente de interrupciones Establecer las prioridades de cada periférico Activar/desactivar las interrupciones Enviar información a la CPU sobre la petición de interrupción y el periférico atender.
Control/estado y datos de entrada y salida controladas por programas: El procesador es el que tiene la mayor importancia y determina la actividad y el control sobre los procesos de entrada y salida y el programa indica en qué momento se ejecuta.
Se encarga de decidir el estado de los dispositivos indicando información del dispositivo como: datos listos para transmitir, dispositivo ocupado, dispositivo no conectado o error, etc.
El microprocesador Procesamiento de la Interrupción: 1) El dispositivo le envía una señal de interrupción al procesador. 2) El procesador termina la instrucción que estaba ejecutando antes que comience a responder a la interrupción. 3) El procesador investiga si hay una interrupción, si encuentra dicha interrupción le informa al dispositivo que la causo. 4) El procesador se prepara para transferir control a la interrupción y guarda información necesaria para terminar con el proceso que se interrumpió. 5) El procesador carga en la computadora la dirección de inicio del programa de servicio que se interrumpió. 6) Una vez completado con la interrupción, el procesador continúa con el ciclo de instrucción siguiente. 7) Cuando se termina con el servicio de la interrupción los registros vuelven a restaurarse.
Entrada y salida sincrónica: cuando la operación de entrada y salida finaliza, el control es retornado al proceso que la generó.
Entrada y salida Sincrónica: retorna al programa usuario sin esperar que la operación de entrada y salida finalice. Se necesita una llamada al sistema que le permita al usuario esperar por la finalización de entrada y salida, si es requerido.
Acceso Directo Memoria (DMA).
de
la
(Direct Memory Access o DMA). El acceso directo a memoria es una característica de las computadoras y microprocesadores modernos que permite que ciertos subsistemas de hardware dentro de la computadora puedan acceder a la memoria del sistema para la lectura y/o escritura, independientemente de la unidad central de procesamiento (CPU). De lo contrario, la CPU tendría que copiar cada porción de dato desde el origen hacia el destino, haciendo que ésta no esté disponible para otras tareas. Los subsistemas de hardware que utilizan DMA pueden ser: controladores de disco duro, tarjetas gráficas, tarjetas de red, tarjetas de sonido y tarjetas aceleradoras. También es utilizado para la transferencia de datos dentro del chip en procesadores con múltiples núcleos. DMA es esencial en los sistemas integrados.
Funcionamiento El mecanismo de acceso directo a memoria DMA es bastante complejo en sus detalles, y por supuesto, el movimiento de grandes volúmenes de datos entre memoria y un dispositivo requiere cierta intervención del procesador. El movimiento se hace a ráfagas, y cada transferencia se inicia con una interrupción que obliga al procesador a suspender su tarea para permitir un nuevo intercambio. Proceso. Empezaremos señalando que el DMA permite mover datos entre un puerto y memoria, o entre memoria y un puerto, pero no entre dos puertos o entre dos posiciones de memoria. Como veremos a continuación, cada transferencia DMA requiere cierta preparación previa; conocer el volumen de datos a transferir (la más simple es de 1 byte) y la dirección de inicio del búfer de memoria involucrado (del que
se leerán los datos o donde se escribirán). Para esto dispone de dos registros para cada línea; el contador y el registro de direcciones. Según se refieran a operaciones de lectura (memoria dispositivo) o escritura (dispositivo memoria) reciben distintos nombres porque su significado difiere: • Escritura: Dirección de inicio ("Write starting address"). Contador ("Write starting word count") • Lectura: Dirección actual de lectura ("Read current address"). Contador ("Read remaining word count") Después de cada transferencia (de 1 byte) el registro de direcciones del DMAC es incrementado en una unidad, y el contador es disminuido en una unidad. Cuando este último llega a cero, la transferencia ha concluido, el DMAC pone en nivel alto la línea T/C ("Terminal Count") en el bus de control y procede a enviar al procesador la señal EOP ("End of Process"). A partir de este momento el controlador no puede realizar otra transferencia hasta que sea programado de nuevo por la UCP. Aunque existen varios canales, el sistema de prioridades garantiza que solo uno de ellos puede estar en funcionamiento cada vez, de forma que sus funcionamientos no pueden solaparse, y la señal EOP se refiere forzosamente al canal activo en ese momento.
Modos de Operación • DMA por robo de ciclo: es uno de los métodos más usados, ya que requiere poca utilización del CPU. Esta estrategia utiliza uno o más ciclos de CPU para cada instrucción que se ejecuta. Esto permite alta disponibilidad del bus del sistema para la CPU, aunque la transferencia de datos se hará más lentamente. • DMA por ráfagas: esta estrategia consiste en enviar el bloque de datos solicitado mediante una ráfaga empleando el bus del sistema hasta finalizar la transferencia. Permite una altísima velocidad, pero la CPU no podrá utilizar el bus de sistema durante el tiempo de transferencia, por lo que permanece inactiva.
• DMA transparente: esta estrategia consiste en emplear el bus del sistema cuando la CPU no lo necesita. Esto permite que la transferencia no impida que la CPU utilice el bus del sistema; pero la velocidad de transferencia es la más baja posible. • DMA Scatter-gather: esta estrategia permite transmitir datos a varias áreas de memoria en una transacción DMA simple. Equivale al encadenamiento de múltiples peticiones DMA simples. Su objetivo es librar a la CPU la tarea de la copia de datos e interrupciones de entrada/salida múltiples.
Procesadores de entrada y salida • Revisión de métodos de entrada y salida: el procesador efectúa una sentencia de espera hasta que el dispositivo está preparado. La CPU se encarga solo dispositivo durante la • Entrada y salida por interrupciones: el procesador puede realizar otros procesos y solo atiende el dispositivo que produce la interrupción. • Acceso directo a memoria: el procesador solo se encarga de realizar el acceso a la memoria indicándole la cantidad de transferencias. Esta actividad solo se encarga de controlar las transferencias. Durante el proceso de entrada y salida el procesador puede realizar otras tareas.
Procesadores de entrada y salida o canales El canal es un procesador auxiliar dedicado a la operación de entrada y salida. Esto tiene una lista de instrucciones con límites y operaciones de entrada y salida, ya que son capaces de controlar las operaciones mediante las instrucciones.
Las instrucciones se almacenan en la memoria principal de la computadora. El procesador de entrada y salida ejecuta estas instrucciones y controla la transferencia de datos.
Buffer de entrada y salida Estos son espacios de memoria principal que se mantienen solo para almacenar datos que envían de los dispositivos o destino a ellos. Los buffers pueden ser buffer simples, que su transferencia de entrada se hace desde el dispositivo hacia el buffer que el sistema operativo guarda en la memoria principal a dicho proceso y buffer doble, es cuando un proceso transfiere sus datos a un buffer mientras que el sistema operativo vacía o llena el buffer secundario. Normalmente los datos se almacenan en un buffer mientras son transferidos desde un dispositivo de entrada (como un ratón o mouse) o justo antes de enviarlos a un dispositivo de salida (por ejemplo: altavoces). También puede utilizarse para transferir datos entre procesos, de una forma parecida a los búferes utilizados en telecomunicaciones. Un ejemplo de esto último ocurre en una comunicación telefónica, en la que al realizar una llamada esta se almacena, se disminuye su calidad y el número de bytes a ser transferidos, y luego se envían estos datos modificados al receptor.