tema:5.1 principios de hardware de e/s
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ACT 4: PRINCIPIOS DEL HARDWARE DE E/S
EQUIPO INTERADO POR: PAOLA ABOYTES RICO Y LUIS ENRIQUE ZAPATERO AGUILERA.
MAESTRA:MAYA GICELA VILLAGOMEZ TORRESSABES. PLANTEL JUVENTINO ROSAS. A 20 DE FEBRERO DEL 2016.
CONTENIDO: DIAPOSITIVAIntroducción:Definición de Hardware de E/S. …………3Dispositivos de E/S. …………4Controlador de dispositivos. …………7E/S por asignación de memoria. …………11Acceso directo a memoria (DMA) …………15Repaso de las interrupciones. …………19Bibliografía. …………23Glosario. …………24
PRINCIPIOS DE HARDWARE DE E/S.
Son aquellos que permiten la comunicación entre la computadora y
el usuario.
Dispositivos de E/S.Se pueden dividir en dos categorías:
Dispositivos de bloque(Comunes) .• Como memorias • O discos durosDispositivos de carácter.• Impresoras, escáner,
teclados,• etc.
Los dispositivos de E/S cubren un amplio rango de
velocidades, lo cual impone una presión
considerable en el software para obtener un buen
desempeño sobre muchas ordenes de magnitud en
las velocidades de transferencia de los datos.
La propiedad esencial de un dispositivo de bloque es que es posible leer o escribir cada bloque, de manera independiente de los demás.
Un dispositivo de carácter envía o acepta un flujo de caracteres, sin importar la estructura del bloque, no es direccionable y no tiene ninguna opción de búsqueda.
Las unidades de E/S consisten en un componente mecánico y un componente electrónico
Controlador de dispositivos.
El componente electrónico se llama controlador de dispositivo o adaptador.El componente mecánico es el dispositivo en sí.
El trabajo del controlador es
convertir el flujo de bits y realizar
cualquier corrección de
errores necesaria.
5.1.3 E/S POR ASIGNACIÓN DE MEMORIA.
Cada controlador tiene unos cuantos registros que se utilizan para comunicarse con la CPU. El sistema operativo puede hacer que el dispositivo envíe o acepte datos, que
encienda o se apague.
Muchos dispositivos tienen un búfer que funciona para que el sistema operativo pueda leer y escribir.
Existen dos alternativas para comunicarnos con el CPU control y los búferes de datos de los dispositivos.
PRIMERA MANERA DE COMUNICARNOS• Se asigna un número de puerto de E/S, un entero de 8 o 16 bits.• Instrucciones especiales de E/S como.
• La CPU lee registro de control PUERTO y lo almacena en la CPU llamada REG, mediante el uso de: IN REG, PUERTO
• La CPU escribe el contenido REG en un registro de control. Los espacios de direcciones para la memoria de E/S son distintos como:
OUT PUERTO, REG
• La primera IN R0,4 lee el contenido del puerto 4 E/S y lo coloca en R0. El segundo MOV R0,4 lee el contenido de la palabra 4 y lo coloca en el R0.
IN R0,4 Y MOV R0,4
SEGUNDA MANERA DE COMUNICACIÓN
El segundo método, que se introdujo con la PDP-11, es asignar todos los registros de control al espacio de memoria. A cada registro se le asigna una dirección de memoria única a la cual no hay memoria asignada.
Este sistema E/S con asignación de memoria las direcciones asignadas se encuentran en la parte superior del espacio de direcciones.
Cuando el CPU desea leer una palabra de un puerto E/S coloca las líneas que necesita de la dirección del bus después con una
señal de READ en la línea de control del bus. Se utiliza una segunda línea de señal para indicar si se necesita el espacio de
E/S de la memoria.
Si sólo hay un espacio de direcciones de bus, entonces todos los
módulos de memoria y todos los dispositivos de
E/S deben examinar todas las referencias a
memoria para ver cuáles debe responder. Si la computadora tiene un
solo bus, como la imagen simplemente hará que todos almacenen cada
dirección.
La tendencia de las computadoras de hoy en día es tener un bus de memoria
de alta velocidad. Los sistemas Pentium pueden tener varios buces ( memoria,
PCI, SCSI, USB, ISA).
Un segundo posible diseño es colocar un dispositivo husmeador en el bus de
memoria para pasar todas las direcciones presentadas a los
dispositivos de E/S potencialmente interesados. El problema aquí es que los
dispositivos de E/S tal vez no puedan procesar las peticiones a la velocidad que puede procesarlas la memoria.
5.1.4 ACCESO DIRECTO A MEMORIA (DMA).La CPU puede solicitar datos de un
controlador de E/S un bit a la vez, pero al hacerlo se desperdicia el tiempo de la CPU, por lo que a menudo se utiliza un esquema distinto, conocido como DMA
(Acceso Directo a Memoria). Este sistema operativo solo puede utilizar DMA si el hardware tiene
un controlador de DMA separados para cada dispositivo.
CICLOPrimero el
controlador del disco
duro lee el bloque, bit
por bit.
Verificar errores de
lectura,
El controlador produce una interrupción
Cuando comienza a ejecutarse
lee el bloque del búfer un
bit o una palabra
La mayoría de los controladores de DMA utilizan direcciones físicas de memoria para sus transferencias. El uso de direcciones físicas requiere que
el sistema operativo convierta la dirección virtual del búfer de memoria deseado a una dirección física y así que escriba esta dirección física en el
registro del DMA.
• Al utilizar el búfer interno el controlador del disco interno puede verificar la suma de comprobación antes de iniciar una transferencia y si la suma es incorrecta se señala un error y no se realiza la trasferencia
• Una vez iniciada la trasferencia del disco, los bits siguen llegando a una velocidad constante, este listo o no el controlador para ellos.
Antes de inicial el DMA el disco lee primero los datos de búfer interno se preguntaran por qué el controlador no sólo almacena los bits en memoria tan pronto como los obtiene.
Sencillamente hay dos razones.
No todas la computadoras utilizan DMA. El CPU principal es más rápido que el
controlador DMA y puede realizar trabajos con mucha mayor facilidad. Si no hay otro trabajo que realizar el CPU
(rápido) tenga que esperar el controlador DMA (lento) para terminar. Además al deshacernos del controlador de MDA y hacer que la CPU realice todo el trabajo el software se ahorra dinero, lo cual es
importante en las computadoras de bajo rendimiento.
5.1.5 REPASO DE LAS INTERRUPCIONES.Cuando un dispositivo de E/S ha terminado
el trabajo que se le asignó, produce una interrupción. Para ello, impone una señal en una línea de bus que se le haya asignado.
Esta señal es detectada por el chip controlador de interrupciones en la tarjeta principal, que después decide lo que debe hacer. Tal como se muestra en la imagen.
Por otra parte, algunas computadoras antiguas no tienen un controlador
de interrupciones centralizado, por lo que
cada controlador de dispositivo solicita sus propias interrupciones.
El hardware siempre guarda cierta información
antes de iniciar un procedimiento del
servicio. Dicha información que es
guardada y su ubicación son de manera
considerable, entre una CPU y otra. Como mínimo
se debe de guardar el contador del programa
para que pueda iniciar el procesos interrumpido.
Una interrupción que deja al equipo en un estado bien definido se conoce como interrupción precisa (Walker y Cragon, 1995). Dicha interrupción tiene cuatro propiedades:• El contador del programa (PC) se guarda en un lugar
conocido.• Todas las instrucciones antes de la instrucción a la que
apunta el PC se han ejecutado por completo.• Ninguna instrucción más allá de la instrucción a la que
apunta el PC se ha ejecutado.• Se conoce el estado de ejecución de la instrucción a la
que apunta el PC.
Algunas computadoras están diseñadas de manera
que ciertos tipos de interrupciones y trampas sean precisas y otras no.
Ejem, hacer que las interrupciones de E/S sean precisas, pero las trampas producidas por errores de
programación sean imprecisas no es tan malo,
ya que no hay necesidad de intentar reiniciar un
proceso. Algunas máquinas tienen un bit que se puede
establecer para forzar a que todas las interrupciones
sean precisas.
La desventaja de establecer este bit es que obliga a la
CPU a registrar cuidadosamente todo lo que está haciendo, y a
mantener copias “sombra” de los registros para que
pueda generar una interrupción precisa en cualquier instante. Toda esta sobrecarga tiene un
gran impacto sobre el rendimiento.
BIBLIOGRAFIA:
(s.f.). Obtenido de http://www.monografias.com/trabajos33/dispositivos/dispositivos.shtml
(s.f.). Obtenido de http://exa.unne.edu.ar/informatica/SO/SO5.htm#SESID
(s.f.). Obtenido de https://www.google.com.mx/search?q=un+dispositivo+de+bloque&sourc
Tanenbaum., A. S. (2009). Sistemas Operativos Modernos. En A. S. Tanenbaum., Sistemas Operativos Modernos. (pág. 1104). Pearson.
GLOSARIO.
Adaptador: Un adaptador es un dispositivo en el que se adapta un hardware o un componente de software Bits: Es un dígito del sistema de numeración binario Caracteres: Representa cada uno de los caracteres de un lenguaje. Interfaces: Se utiliza para nombrar a la conexión física y funcional entre dos sistemas o dispositivos de cualquier tipo dando una comunicación
entre distintos niveles Sistema Operativo: Conjunto de órdenes y programas que controlan los procesos básicos de una computadora y permiten el funcionamiento
de otros programas Software: Conjunto de programas y rutinas que permiten a la computadora realizar determinadas tareas. DMA: Acceso Directo a Memoria. PCI: Es un foro mundial abierto destinado a la formulación, la mejora, el almacenamiento, la difusión y la aplicación permanentes de las normas
de seguridad para la protección de datos de cuentas. PSW: Program status Word es un área de la memoria o registro que contiene información sobre el estado de un programa utilizado por
el sistema operativo. Round-robin: uno de los algoritmos de planificación de procesos más simples dentro de un sistema operativo que asigna a cada proceso una
porción de tiempo equitativa y ordenada SCSI: Small Computer System Interface es una interfaz estándar para la transferencia de datos entre distintos dispositivos del bus de
la computadora.