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QUINTO CAPITULO
SUBSISTEMA DE ENTRADA/SALIDA Conjunto de hardware y software que
sirve de interfaz entre el usuario y el sistema. La Entrada/Salida
(E/S) es una unidad bsica de un sistema computador a travs de la
que se realiza la comunicacin con el exterior. La E/S tiene un
impacto muy significativo tanto en el rendimiento como en el coste
del sistema El diseo de la E/S, adems del rendimiento, ha de
contemplar aspectos de expandibilidad y
recuperacin ante fallos.
Conforme las CPUs son ms rpidas, tanto las mquinas grandes como
pequeas usan los mismos microprocesadores siendo entonces la
memoria y las E/S una caracterstica diferenciadora de las
mismas.
El xito de aplicaciones recientes (multimedia, internet,...)
fuertemente relacionadas con el
ancho de banda de la E/S. Las mquinas interactan con las
personas a travs de su sistema de E/S.
Figura 6.1 Subsistema de Entrada/Salida
El subsistema de E/S maneja comunicaciones que son asncronas
respecto a la CPU y que varan mucho en la cantidad de datos Los
aspectos que hay que tomar en cuenta en el diseo del subsistema de
E/S son: Localizacin de los datos: seleccin del dispositivo,
direccin de los datos dentro del
dispositivo.
Transferencia de los datos: cantidad de datos, velocidad de
transmisin y sentido de la transferencia (entrada y/o salida).
Sincronizacin: salida de datos cuando el dispositivo est
preparado para recibirlos, entrada cuando los datos estn
disponibles.
Tanto la demora, latencia, como la tasa de transferencia,
anchode banda, son independientes del reloj del procesador,
viniendo determinados por el movimiento de elementos mecnicos. Este
ancho de banda se llama punta, el nmero de bytes por segundo
trasferidos desde que comienza la transmisin. El ancho de banda
medio, que incluye el tiempo de latencia, es mucho menor. 6.1
CLASIFICACION.
6.1.1 Por la Forma de Inicializacin de Entrada/Salida.
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a) E/S programada El procesador inicia y controla cuando
finaliza la operacin de E/S. Un bit en un registro de salida indica
al dispositivo que comience una operacin determinada, y un bit en
un registro de entrada indica al procesador la finalizacin de la
operacin. Es suficiente cuando el dispositivo ni es demasiado rpido
para que el procesador lea y escriba los bits indicadores ni es
demasiado lento para que el procesador espere por l. Las impresoras
estn en esta categora.
b) Interrupciones de E/S El procesador inicia la operacin de E/S
y el dispositivo lo interrumpe cuando termina. Necesaria cuando los
tiempos de latencia son largos y variables. Las conexiones de red
estaran en esta categora.
Figura 6.2 Gestin de E/S por Interrupciones c) Acceso directo a
memoria (DMA) El dispositivo lee y escribe directamente en memoria
directamente, sin usar el procesador. Necesaria para anchos de
banda pico grande. Los discos duros estaran en esta categora..
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Figura 6.3 E/S sin DMA y con DMA
Figura 6.4 DMA con Memorias Multipuerto y con un solo Puerto
6.1.2 Segn la Complejidad. Los perifricos pueden ser: a)
Interfaz b) Canales o bus c) Procesadores
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6.1.3 Segn el Tipo de Datos. a) Sistemas de transmisin en
paralelo Se transmiten todos los bits del dato simultneamente.
Figura 6.5 Transmisin en Paralelo
Ventaja: se transmite de forma rpida (la ms rpida posible).
Desventaja: baja fiabilidad, ya que todos los bits no tienen las
mismas caractersticas de
transmisin. La distancia de transmisin es muy reducida, se
limita aproximadamente a 2 m. como mximo.
Uso: impresoras, scanner, ploter, etc.
b) Sistema de transmisin en serie Los bits del dato a transmitir
se envan por un solo canal, uno detrs de otro.
Figura 6.6 Transmisin en Serie
Ventaja: se puede alcanzar una distancia de transmisin muy
grande. Desventaja: la transmisin es muy lenta. Uso: mouse,
teclado, impresora serial, etc. La transmisin serie se subdivide en
tres tipos: o Simplex: se transmite en un nico sentido. (beeper). o
Half duplex: se tiene ambos sentidos de transmisin, pero uno a la
vez. (phone patch). o Full duplex: se transmite en ambos sentidos
simultneamente. (telfono). 6.2 INTERFAZ DE ENTRADA Y SALIDA.
Es el conjunto de elementos que sirve de unin entre el
procesador y el perifrico de E/S, cuando es algo complejo recibe el
nombre de controlador de entrada/salida. Un controlador de
entrada/salida debe ser capaz de: Identificar direcciones del
perifrico.
A B
Datos
A B
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Contar con un buffer. Es una memoria intermedia que est dentro
del perifrico, tiene como objetivo aliviar la carga del sistema,
mientras ms lento sea el perifrico, mayor tamao en el buffer.
Convertir las seales elctricas al tipo de seales manejadas por
el perifrico.
Figura 6.7 Interfaz de E/S La interfaz con dispositivos de
salida debe ser capaz de: Decodificar la parte baja del bus de
direcciones para generar un pulso nico correspondiente al
puerto de salida Combinar la seal de decodificador con la seal
WR para general el pulso de seleccin del
dispositivo de I/O Usar un latch que nos permitir tener acceso o
negar acceso al dispositivo de I/O La seal de seleccin del
dispositivo debe ser activa en alto debido al uso de latches
Figura 6.8 Interfaz de Salida
La interfaz con dispositivos de entrada debe ser capaz de:
Decodificar la parte baja del bus de direcciones para generar un
pulso nico correspondiente al
puerto de entrada Combinar la seal de decodificador con la seal
RD para general el pulso de seleccin del
dispositivo de I/O Usar un latch que nos permitir tener acceso o
negar acceso al dispositivo de I/O La seal de seleccin del
dispositivo debe ser activa en bajo debido al uso de latches
Perifrico ProcesadorInterfaz
Puede estar en un slot deexpansin o, si es de usogeneral se
ubica en la tarjetamadre.
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Figura 6.9 Interfaz de Entrada El acceso a dispositivos puede
ser de dos tipos como se muestra:
Figura 6.10 Tipos de Acceso a Dispositivos
Figura 6.11 E/S Mapeada en Memoria
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Figura 6.12 E/S Mapeada en Puertos
6.3 CANALES DE ENTRADA/SALIDA. Conjunto de interfaces que sirven
a perifricos con caractersticas comunes.
Figura 6.13 Canal de E/S
Los canales representan una extensin al concepto DMA. Tienen la
habilidad de ejecutar instrucciones de E/S, para lo que toman
completo control de la transferencia de datos, por lo tanto, la CPU
no ejecuta instrucciones de E/S. Las instrucciones almacenadas en
memoria principal que sern ejecutadas por un procesador especial en
el canal. La CPU inicia la transferencia de E/S instruyendo al
canal para ejecutar el programa que est en memoria, este programa
especifica dispositivos reas de memoria a usar, prioridades y
acciones ante errores. El canal siguiendo las instrucciones
controla la transferencia de datos.
6.4 PROCESADOR DE ENTRADA/SALIDA (PES). Es una tarjeta de
adaptacin de perifricos, con caractersticas inteligentes, cuenta
con un procesador y es capaz de ejecutar unas cuantas instrucciones
dedicadas a realizar el control del proceso entrada/salida. El PES
es un sistema programable que implementa varios canales de
entrada/salida y se programa de acuerdo a los perifricos que
controla. Un tipo muy conocido de PES es la tarjeta SCSI, que tiene
la capacidad de controlar con gran eficiencia diferentes tipos de
perifricos como HDs, lectoras de CD, scanner, ploter, etc.
CPU
CANAL
Perifrico
Perifrico
Perifrico
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Figura 6.14 PES SCSI
Figura 6.15 Estructura tpica del PES
Figura 6.16 Tipo de Conexin de los PES
CPUPES
Canal
Canal
Tarjeta SCSI