Este documento describe los componentes principales del sistema de entrada/salida de un computador. Explica que los dispositivos de E/S se clasifican en grupos como presentación de datos, almacenamiento, comunicación y adquisición. Describe las características y formas de operación de los dispositivos de E/S, incluidas las interfaces y el acceso directo a memoria.

1. Sistema de entrada/salida Escuela Politécnica Nacional Ing. Patricio Proaño

2. Contenido Introducción Componentes de Hardware: Grupos de dispositivos Características Operación de los dispositivos Formas de Operación Interfaces de periféricos Acceso Directo a memoria (DMA)

3. Introducción El Sistema de E/S es el encargado de las comunicaciones del computador con el exterior (memoria ↔ mundo exterior) . En general es responsable de todos los procesos de E/S. Componentes generales: De Software (SO y drivers) De Hardware (dispositivos, controladores, módulos E/S) Funciones generales: Emitir órdenes a los dispositivos Captar las interrupciones Manipular errores

4. Componentes de Hardware Conjunto de unidades funcionales encargadas de las operaciones de entrada/salida. Unidades de entrada: permiten escribir en la memoria desde el exterior programas y datos. Unidades de Salida: permiten leer el contenido de la memoria (resultados de la ejecución de programas). Para cumplir estas funciones se utilizan diferentes dispositivos periféricos. Se los clasifica de acuerdo a varias referencias.

5. Grupos de dispositivos Referencias Presentación de datos Almacenamiento de datos de comunicación con otros procesadores Adquisición de datos Unidad de información Sistema de Entrada / Salida

6. Grupos de dispositivos De presentación de datos Permiten la interactuación del usuario con el sistema Intercambian datos fundamentalmente con la memoria principal y el procesador. Dispositivos: Monitor (CRT, LCD), Mouse, Teclado, Impresora.

7. Grupos de dispositivos De almacenamiento de datos Forman parte de la jerarquía de memoria. Interactúan de forma autónoma con la máquina. Dispositivos: discos y cintas magnéticas, CD, DVD.

8. Grupos de dispositivos De comunicación Permiten la comunicación con otros procesadores remotos a través de redes. Para establecer eventos de comunicación reciben ordenes de los usuarios. También interactúan de forma autónoma con el sistema. Dispositivos: Modems, Tarjetas de Red (NIC).

9. Grupos de dispositivos De adquisición de datos Permiten la comunicación con sensores y actuadores que operan de forma autónoma en el entorno del computador. Se utilizan en sistemas de control automático de procesos por computador y suelen incorporar conversores de señales A/D y D/A.

10. (Adquisición de datos) Adquisición de datos es el proceso de obtener o generar información de manera automatizada desde recursos de medidas analógicas y digitales como sensores y dispositivos bajo prueba. Utiliza una combinación de hardware y software basados en PC para brindar un sistema de medida flexible y definido por el usuario. A menudo, se debe acondicionar sensores y señales antes que un dispositivo de adquisición de datos los adquiera.

11. (Adquisición de datos)

12. (Adquisición de datos)

14. Grupos de dispositivos Unidad de información transmitida Dispositivos de bloques Almacenan la información en bloques de tamaño fijo, cada uno con una dirección propia. Permite leer, escribir o buscar un bloque sin dependencia de los demás. Dispositivos de caracteres Aceptan o entregan un flujo de caracteres sin considerar estructuras de bloques. No son direccionables y, por tanto, no permiten operaciones de búsqueda.

15. Características de los periféricos Generales Identificación única del dispositivo por parte de la CPU. Capacidad de envío y recepción de datos. Sincronización de la transmisión, exigida por la diferencia de velocidad de los dispositivos de E/S con la CPU.

16. Características de los periféricos Específicas Tienen formas de funcionamiento muy diferentes entre sí, debido a las diferentes funciones que realizan y a los principios físicos en los que se basan. La velocidad de transferencia de datos es también diferente entre sí, y diferente de la presentada por la CPU y la memoria. Suelen utilizar datos con formatos y longitudes de palabra diferentes.

17. Operación de los dispositivos Los periféricos operan en base a tres eventos: La identificación del dispositivo que se realiza con un decodificador de direcciones. La sincronización entre dispositivos que se manipula por medio de registros de estado y control. El envío y la recepción de datos que tiene lugar a través de registros de entrada y salida de datos.

18. Operación de los dispositivos Decodificador de Direcciones Registros de estado y control Circuitos de Sincronización Registros de datos Entrada y/o Salida Línea de control Línea de datos Línea de direcciones Identificación Envío/Recepción

19. Formas de operación (1) Espacios de direcciones unificados Las unidades de E/S se ubican en el espacio único de direcciones como si fuesen elementos de memoria. A cada unidad de E/S se le asigna un conjunto de direcciones (suficiente para diferenciar todos sus registros internos). La interacción entre CPU y unidad de E/S se realiza a través de instrucciones de referencia a memoria. El bus del sistema es único.

20. Formas de operación

21. Formas de operación (2) Espacios de direcciones independientes (Memoria y E/S) Las unidades de E/S se ubican en un espacio de direcciones diferente al de memoria (Espacio de E/S). La interacción entre CPU y unidad de E/S se realiza a través de instrucciones específicas de E/S. La separación de espacios de direcciones puede soportarse a través de: Un bus único de uso compartido entre Memoria y E/S en función del estado de una línea de control MEM/IO. Con buses diferentes.

22. Formas de operación

23. Interfaces de periféricos La interfaz es la conexión entre el mecanismo del dispositivo y el bus del sistema. Define la forma en que las señales pasan entre el bus del sistema y el periférico. También permite: Seleccionar la unidad a la que se quiere acceder. Define el formato de los datos. Emite todas las órdenes de bajo nivel requeridas para la comunicación. La interfaz a veces se encuentra sobre la main board.

24. Interfaces de periféricos La interfaz se presenta en dos modalidades: Controlador básico Controlador especializado Cada controlador tiene un conjunto de registros ( Puerto de E/S ) que se usan para la comunicación con la CPU. Tipos: Registros de datos (búfer de E/S) Registros de órdenes Registros de estado Ejemplos de puertos son los puertos paralelos, los puertos serie, los puertos USB.

25. Interfaces de periféricos

27. Continuará ......