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Publicado el 7 de Julio del 2017
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Creado hace 12a (28/04/2011)
Tema 5

Sistema de Entrada/Salida

5.1.

Introducción

Una de las características básicas de un computador es su habilidad para intercambiar
datos con otros dispositivos. Esta capacidad permite también su comunicación con el ser
humano, tanto para aceptar datos como para comunicar resultados.

Existen una gran variedad de dispositivos, denominados dispositivos de entrada/salida
(E/S) o periféricos, que permiten la comunicación del computador con su entorno. Las
conexiones entre dispositivos de E/S, procesador y memoria se llevan a cabo mediante los
buses. Un bus es un canal de comunicación compartido que utiliza un conjunto de cables
para conectar múltiples subsistemas.

Para realizar la conexión entre la CPU y los dispositivos periféricos se necesita de

módulos de E/S debido a que los dispositivos de E/S:

Tienen unas velocidades de transmisión muy variadas, pero sensiblemente inferiores
a la de la CPU.

Suelen tener un ancho de palabra que no coincide con el ancho de palabra de la
mayoría de los computadores. Pueden transmitir bits individuales, bytes sueltos,
etc.

Algunos son de lectura (por ej. el teclado), otros de escritura (por ej. el monitor ) y
otros simultáneamente de lectura y escritura (por ej. el modem).

La figura 5.1 muestra diferentes tipos de periféricos indicando si son de entrada, de
salida o de almacenamiento, con quien interactúan (hombre o máquina) y sus velocidades
de transferencia.

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TEMA 5. SISTEMA DE ENTRADA/SALIDA

Figura 5.1: Dispositivos de E/S

5.2. Buses

Un bus es una vía de comunicación que conecta dos o más dispositivos. La característi-

ca clave de un bus es que se trata de un medio de transmisión compartido.

Las líneas que componen un bus se pueden clasificar en tres grupos funcionales:

Las líneas de datos del bus proporcionan el camino para transmitir datos entre
los módulos del sistema. El número de líneas del bus de datos determina el número
máximo de bits que es posible transmitir al mismo tiempo.

Las líneas de dirección se utilizan para designar (direccionar) la fuente o el des-
tino de los datos enviados por el bus de datos. La anchura del bus de direcciones
determina la cantidad máxima de memoria (y de dispositivos de E/S) direccionable
en el sistema.

Las líneas de control se emplean para gestionar el acceso y el uso de las líneas de
datos y dirección, señalizando peticiones y reconocimientos e indicando qué tipo de
información pasa por las líneas de datos.

La temporización es una parte fundamental del funcionamiento del bus ya que controla

la forma en que se coordinan los sucesos sobre el bus:

La temporización síncrona utiliza un protocolo para la comunicación que está go-
bernado por una señal de reloj. Todos los dispositivos conectados deben funcionar
a la misma frecuencia de reloj. Se puede implementar con un sistema secuencial
sencillo y puede funcionar a gran velocidad, pero no es adecuado para mezclar dis-
positivos con grandes diferencias de velocidad. Tiene una desventaja o problema
fundamental que es el sesgo de la señal de reloj (clock skew). El sesgo de reloj es la

DeviceBehaviorPartnerData rate (Mbit/sec)KeyboardInputHuman30,000.0001MouseInputHuman30,000.0038Voice inputInputHuman30,000.2640Sound inputInputMachine30,003.0000ScannerInputHuman30,003.2000Voice outputOutputHuman30,000.2640Sound outputOutputHuman30,008.0000Laser printerOutputHuman30,003.2000Graphics displayOutputHuman800.0000–8000.0000Cable modemInput or outputMachine0.1280–6.0000Network/LANInput or outputMachine100.0000–10000.0000Network/wireless LANInput or outputMachine11.0000–54.0000Optical diskStorageMachine30,080.0000–220.0000Magnetic tapeStorageMachine005.0000–120.0000Flash memoryStorageMachine32.0000–200.0000Magnetic diskStorageMachine800.0000–3000.0000 5.3. M ÓDULOS DE ENTRADA/SALIDA

3

diferencia, en tiempo absoluto, entre los instantes en que dos elementos de estado
reciben el flanco de reloj. Por culpa del sesgo los buses no pueden ser largos si son
rápidos. Los buses de memoria suelen ser síncronos.

En la temporización asíncrona, por el contrario, la ocurrencia de un suceso so-
bre el bus sigue otro suceso previo sin que tenga que producirse en un instante
concreto simultáneamente con la aparición de un flanco de reloj. Los dispositivos
implicados en la transferencia se coordinan mediante el intercambio de señales de
control (protocolo de handshaking ). Ya que no hay señal de reloj común, los
buses asíncronos pueden interconectar una gran variedad de dispositivos de diferen-
tes velocidades. Como no hay problemas de sesgo de reloj, permiten distancias más
largas. El inconveniente es que son más lentos debido a la sobrecarga introducida
para sincronizar emisor y receptor y es más difícil predecir el tiempo que va a llevar
una determinada transacción. Los buses de E/S son habitualmente asíncronos.

Al bus se conectan múltiples dispositivos y una señal transmitida por cualquiera de
ellos puede ser recibida por todas las otras unidades conectadas. En un mismo instante
de tiempo sólo es posible la transmisión por parte de un único dispositivo, sin embargo
la recepción puede ser realizada por varios simultáneamente. Si dos dispositivos inten-
tan transmitir en el mismo período de tiempo sus señales se solaparían y no se podrían
recuperar, por lo que existen mecanismos de arbitraje.

Existen 2 tipos de arbitraje básicos, el centralizado y el distribuido. En el arbitraje
centralizado, el controlador del bus o árbitro es el responsable de asignar el tiempo de
utilización del bus. En el arbitraje distribuido no existe un controlador central. Cada
módulo tiene la lógica de control suficiente para poder acceder al bus y todos actúan de
forma cooperativa. Esto puede ser por autoselección, cuando cada dispositivo determina
de forma independiente si él es el solicitante de más prioridad; o por detección de colisión,
cuando varios dispositivos intentan acceder al bus a la vez se produce una colisión que es
detectable. Una posible solución es esperar un tiempo aleatorio antes de volver a intentarlo.
El mismo mecanismo se utiliza en muchas redes de datos.

5.3. Módulos de Entrada/Salida

Un módulo de E/S actúa como interfaz entre el procesador y uno o más dispositivos

periféricos. Las funciones de los módulos de E/S son:

Control y temporización: puesto que los recursos internos, como memoria principal
y bus del sistema, deben compartirse entre distintas actividades, incluyendo la E/S.

Comunicación con el procesador: que implica el decodificar órdenes que le llegan del
procesador, intercambiar datos, informar de su estado,...

Comunicación con los dispositivos: que implica intercambiar órdenes, información
de estado y datos.

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TEMA 5. SISTEMA DE ENTRADA/SALIDA

Figura 5.2: Diagrama de bloques del módulo de E/S

Almacenamiento temporal de datos: puesto que la velocidad de transferencia desde
y hacia la memoria principal y el procesador puede ser varios órdenes de magnitud
superior que la de la mayoría de dispositivos periféricos. En ocasiones se reciben
grandes bloques de datos que se emiten bit a bit hacia el periférico, ó bien se leen
bit a bit y se agrupan antes de sacarlos del módulo.

Detección de errores y comunicación de estos al procesador.

La Figura 5.2 muestra un diagrama de bloques de un módulo de E/S. El módulo se
conecta al resto del computador a través de un conjunto de líneas (líneas de datos, líneas
de dirección y líneas de control). Los datos que se transfieren a y desde el módulo se
almacenan temporalmente en uno o más registros de datos. Además, puede haber uno o
más registros de estado que proporcionan información del estado presente. Estos registros
internos pueden ser leídos y escritos por la CPU y son el medio de intercambio de datos
con los dispositivos externos. La lógica que hay en el módulo interactúa con el procesador
a través de una serie de líneas de control. Estas líneas las utiliza el procesador para
proporcionar las órdenes al módulo de E/S. Algunas de estas líneas de control pueden
ser utilizadas por el módulo de E/S (por ejemplo, para las señales de arbitraje del bus).
El módulo también debe ser capaz de reconocer y generar las direcciones asociadas a los
dispositivos que controla. Cada módulo de E/S tiene una dirección única o, si controla
más de un dispositivo externo, un conjunto único de direcciones. Por último, el módulo
de E/S también posee lógica específica para la interfaz con cada uno de los dispositivos
que controla.

Cuando el procesador precisa transferir datos con un periférico, comienza colocando
en el bus de direcciones la dirección del módulo con el que tiene que comunicarse. Después
el módulo informa a la CPU del estado del periférico (ocupado, libre desconectado, etc.).
Si el periférico se encuentra disponible, el procesador solicita la transferencia mediante
una orden al módulo de E/S. Cuando el periférico es de entrada, como sucede por ejemplo
con el teclado, el carácter correspondiente a la tecla pulsada se almacena en el registro de
datos del módulo de E/S y de allí se envía a la CPU. Si es de salida, como por ejemplo

{Interfaz al bus del sistemaInterfaz adispositivo externo { 5.4. DIRECCIONAMIENTO DE LOS M ÓDULOS DE E/S

5

una impresora, el carácter a imprimir lo envía el procesador por el bus de datos al registro
de datos del módulo de E/S y de allí se manda a la impresora.

Existen módulos de E/S específicos para determinado tipo de periféricos, así como
otros que se adaptan al funcionamiento de varios. Distinguiremos entre 2 tipos de módulos
de E/S: utilizaremos el término controlador para los módulos de entrada salida más
básicos, y el de procesador para aquellos con capacidad de ejecutar programas.

5.4. Direccionamiento de los módulos de E/S

Como ya hemos visto en la sección anterior, la comunicación entre la CPU y el módulo
de E/S se realiza a
  • Links de descarga
http://lwp-l.com/pdf4968

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