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Entrada y Salida: Comunicación entre Procesador y Periféricos - Prof. Margalef, Apuntes de Arquitectura de ordenadores

Universitat Autònoma de Barcelona (UAB)Arquitectura de ordenadores
Prof. Tomás Manuel Margalef

Una introducción a los dispositivos de e/s o periféricos, sus características y necesidades de comunicación con el procesador. Además, se abordan técnicas básicas para gestionar la e/s, como sincronización y transferencia de datos, y se mencionan soportes h/w como interrupciones y dma. Se incluyen ejemplos de dispositivos como teclado, ratón y pantalla de video, y se discuten conceptos relacionados como normalización, asincronismo y concurrencia.

Tipo: Apuntes

2017/2018

Subido el 15/01/2018

tootila
tootila 🇪🇸

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Entrada y Salida: Motivación
•Dispositivos E/S o Periféricos
–Necesidad de comunicar procesador con el exterior
–Gran variedad funcional y eléctrica
–Necesidad de interfaz normalizado
–Asincronismo y Concurrencia
•Técnicas Básicas para gestionar la E/S:
–Sincronización con el Periférico
–Transferencia de Datos con el Periférico
•Soporte H/W
–Automatizar sincronización (Interrupciones) y
Transferencias (DMA)
–Enlaces de comunicación (Buses)
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Entrada y Salida: Motivación

  • Dispositivos E/S o Periféricos
    • Necesidad de comunicar procesador con el exterior
    • Gran variedad funcional y eléctrica
    • Necesidad de interfaz normalizado
    • Asincronismo y Concurrencia
  • Técnicas Básicas para gestionar la E/S:
    • Sincronización con el Periférico
    • Transferencia de Datos con el Periférico
  • Soporte H/W
    • Automatizar sincronización (Interrupciones) y Transferencias (DMA)
    • Enlaces de comunicación (Buses)

Dispositivos E/S o Periféricos

  • Keyboard input human 0. Device Behavior Partner Data rate (KB/sec)
  • Mouse input human 0.
  • Voice input input human 0.
  • Scanner input human 400.
  • Voice output output human 0.
  • Line printer output human 1.
  • Laser printer output human 200.
  • Graphics display output human 60,000.
  • Modem input or output machine 2.00-8.
  • Network/LAN input or output machine 500.00-6000.
  • Floppy disk storage machine 100.
  • Optical disk storage machine 1000.
  • Magnetic tape storage machine 2000.
  • Magnetic disk storage machine 2000.00-10,000.

Ejemplo: Memory Mapped Video Display

  • Los pixels de pantalla se almacenan como datos en memoria
  • Cada pixel se representa con varios bits, para codificar el color

Memory Mapped Video Display (2)

Velocidad y Cantidad de Datos

  • Teclado y Ratón: muy pocos datos pero en momentos

impredecibles

  • Pantalla de Video: muchos datos por segundo, variando

según los detalles y el movimiento de la escena

  • Discos: datos a ráfagas, y la velocidad puede variar

según la posición de la pista dentro del disco

Posicionamiento del cabezal

Periféricos: Resumen

  • Función: Comunicar y Almacenar Información
  • Rendimiento del Periférico: Ancho de Banda
    • Capacidad máxima de intercambiar información (Bytes / seg.)
  • Necesidad de normalizar la interconexión:
    • gran variedad funcional y eléctrica
    • simplificaría la incorporación de periféricos al computador
  • Asincronismo:
    • En muchas ocasiones es imposible prever el momento exacto en que habrá que transmitir un dato
  • Concurrencia:
    • Muchos periféricos funcionando simultáneamente, que pueden reclamar la atención del procesador

Interfaz: Procesador - Periféricos

Main memory

I/O controller

I/O controller

I/O controller

Disk G orauptphuicts^ Network

Memory– I/O bus

Processor

Cache

Interrupts

Disk

  • Los controladores de E/S se conectan al procesador con

un enlace (bus) normalizado

Modelo de Programación de la E/S

  • Acceso a periféricos a través

del Sistema Operativo:

Detección, Instalación dinámica, Abstracción (ficheros), Protección, Rendimiento

  • A bajo nivel los periféricos se

ven como un conjunto de

registros especiales

  • Recibir/Enviar dato == Leer/Escribir Registro
  • Enviar Orden == Escribir Reg.
  • Preguntar Estado == Leer Reg.

KBstatus 1 KBdata 00001101

Sincronización de la E/S

  • Definición : La sincronización consiste en un protocolo mediante el cual procesador y periférico se ponen de acuerdo en el momento apropiado para intercambiar información
  • Sincronización por encuesta :
    • El procesador lee un registro de estado del controlador E/S para saber cuándo la transferencia se puede realizar (dato disponible, o periférico listo para recibir)
    • El procesador ejecuta un bucle leyendo el estado del periférico hasta verificar que el estado cambia ( Espera Activa )
  • Sincronización por interrupción :
    • El procesador recibe una señal indicando que un evento en el periférico ha provocado un cambio de estado
    • El procesador lee el registro de estado para ver el cambio que se ha producido

Transferencia de Datos E/S

  • E/S Programada:
    • Procesador interviene para cada dato transferido - DMA (direct memory access) - Transferencias sin la intervención del Procesador

Interrupciones: Soporte H/W

  • Señal externa de entrada al procesador
  • Encuesta (por H/W) dentro del ciclo de instrucción
    • Al final del ciclo de instr. se comprueba petición pendiente
    • En caso positivo, se transfiere el control a un rutina de servicio de interrupción (RSI) (ó interrupt handler )
    • Cuando la RSI acaba, el programa original reanuda la ejecución

Transferencia Directa a Memoria (DMA)

  • Controlador de DMA: dispositivo que lleva a cabo transferencias de datos entre memoria y controlador de E/S de forma automática
  • El procesador sólo ha de programar la transferencia - Dirección de memoria - Puerto del Controlador E/S - Nº y Tamaño de Datos - Lectura / Escritura
  • El procesador es avisado (con una interrupción) cuando la transferencia ha finalizado (correctamente, o con error)

Técnica 2: E/S por interrupciones

  • Sincronización por Interrupciones
  • Cada Transferencia requiere la

gestión/control de la CPU

Transfer

Other activity

Técnica 3: E/S con DMA

  • Sincronización por interrupciones capturadas por DMA
  • Transferencia de datos mediante controlador DMA
    • CPU gestiona transferencias a nivel de bloques de datos

Transfer

Other activity