PDF de programación - TEMA 5 – ENTRADA/SALIDA - 2º CURSO INGENIERÍA TÉCNICA EN INFORMÁTICA DE GESTIÓN

ARQUITECTURAS DE
COMPUTADORES

2º CURSO INGENIERÍA TÉCNICA EN
INFORMÁTICA DE GESTIÓN
INFORMÁTICA DE GESTIÓN

TEMA 5 – ENTRADA/SALIDA

JOSÉ GARCÍA RODRÍGUEZ
JOSÉ ANTONIO SERRA PÉREZ

Tema 5. Unidad de E/S

1

Unidad de E/S

Indice

 Introducción. Problema de E/S
 Dispositivo de E/S
 Controlador de E/S
 Técnicas de transferencia
Técnicas de transferencia

 E/S por programa
 E/S por interrupciones
 E/S mediante DMA

 Procesadores de E/S
 E/S en MaNoTaS

Tema 5. Unidad de E/S

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Introducción

Estructura
computador

Estructura de un computador

CPU

RUTA
RUTA

DE

DATOS

MEMORIA

UNIDAD
E/S

Tema 5. Unidad de E/S

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Introducción

Funciones
principales

El sistema de E/S realiza tres funciones
principales:

 Direccionar dispositivos externos.
Direccionar dispositivos externos.

 Realizar la transferencia de datos entre los

dispositivos externos y la CPU.

 Sincronizar.

Tema 5. Unidad de E/S

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Introducción

Problema E/S

Problema de E/S

• Operación asíncrona. La memoria principal puede
considerarse que funciona síncronamente con el
procesador. Los dispositivos de E/S no.

• Diferencia de velocidad. Los dispositivos de E/S son
lentos y no transmiten datos mediante un flujo
lentos y no transmiten datos mediante un flujo
continuo. Esto provoca que el procesador tenga que
esperar.
Necesidad de controlar las operaciones asíncronas y
resolver la diferencia de velocidad para que el
procesador no espere demasiado y disminuya el
rendimiento global del sistema.

CONTROLADOR DE E/S

Tema 5. Unidad de E/S

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Introducción

Controlador

de E/S

Este controlador tiene dos grandes funciones:

 Comunicarse con la CPU y la memoria a través del bus

del sistema.

 Comunicarse con uno o varios dispositivos externos

mediante enlaces específicos de cada dispositivo.

Bus
Bus
Direcciones

Bus Datos

Bus Control

CONTROLADOR

E/S

Datos

....

....

Control

Estado

Control

Datos

Control

Datos

Estado

Estado

Tema 5. Unidad de E/S

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Dispositivos de E/S

Definición

y

clasificación

Un dispositivo externo se conecta al computador a
través de un enlace con un controlador de E/S.

El enlace se utiliza para intercambiar datos e
información de control y estado, entre el controlador de
E/S y el dispositivo externo.

Clasificación:
Clasificación:

 Adaptados al usuario. Son apropiados para comunicar información

al usuario.

 Adaptados a la máquina. Permiten comunicarse con el sistema. A

este tipo pertenecen las unidades de almacenamiento secundario.

 De comunicación. Permiten la transferencia de información entre
dispositivos remotos. Estos dispositivos pueden estar adaptados al
usuario, a la máquina o incluso ser otro computador.

Tema 5. Unidad de E/S

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Dispositivos de E/S

Estructura
dispositivo

de E/S

 Una

lógica

de

control

para

gobernar

su

funcionamiento.

 Un transductor.

 Una

pequeña memoria

(registro/buffer)

para

almacenar temporalmente los datos que transfiere.

 Los datos.
Los datos.

 Señales de control que determinan la función que

realiza el dispositivo.

 Señales de estado que indiquen el estado en que se

encuentra el dispositivo.

Tema 5. Unidad de E/S

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Estructura
dispositivo

de E/S

Dispositivos de E/S

Esquema genérico

Estado hacia el

controlador de E/S

Gestión desde el
controlador de E/S

Datos desde/hacia
el controlador de

E/S
E/S

Buffer

Transductor

Lógica

de control y estado

Datos desde/hacia
el mundo exterior

Tema 5. Unidad de E/S

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Controlador de E/S

Definición

Un controlador de E/S o módulo de E/S es el elemento
del computador responsable del control de uno o más
dispositivos externos y del intercambio de datos entre
dichos periféricos con la memoria principal o con los
registros de la CPU.

El controlador de E/S debe poseer una interfaz interna
al computador para su conexión con la CPU y la
memoria principal y una interfaz externa al
computador para su conexión con el dispositivo
externo

Tema 5. Unidad de E/S

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Controlador de E/S

Función

Las principales funciones de un controlador de E/S las
podemos agrupar en las siguientes categorías:

 Comunicación con la CPU

 Comunicación con el dispositivo externo
 Comunicación con el dispositivo externo

 Almacenamiento temporal de datos

 Control y temporización

 Detección de errores

Tema 5. Unidad de E/S

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Controlador de E/S

Función

 Comunicación CPU

La transferencia de datos entre un dispositivo externo
y la CPU necesita la siguiente secuencia de acciones:

1. La CPU pide al controlador de E/S que compruebe el estado

del dispositivo externo al que está conectado.
del dispositivo externo al que está conectado.

2. El controlador de E/S devuelve el estado del dispositivo

externo.

3. Si el dispositivo está operativo y preparado para transmitir,
la CPU solicita la transferencia del dato mediante una orden
al controlador de E/S.

4. El controlador de E/S obtiene los datos del dispositivo

externo.

5. El dato se transfiere desde el controlador de E/S a la CPU.

Tema 5. Unidad de E/S

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Controlador de E/S

Función

 Comunicación CPU
La comunicación con la CPU requiere:

 Decodificación de la orden. El controlador de E/S debe

saber qué orden le ha enviado la CPU.

 Datos. El intercambio de datos entre la CPU y el
 Datos. El intercambio de datos entre la CPU y el
controlador de E/S se realiza mediante el bus de
datos.

 Información sobre el estado. Estado, errores, etc.

 Reconocimiento de la dirección. El controlador de E/S

reconoce una dirección única para cada uno de los
periféricos que controla.

Tema 5. Unidad de E/S

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Controlador de E/S

Función

 Comunicación Disp. Externo

La comunicación con el dispositivo externo comprende
órdenes, información del estado del dispositivo y datos.

 Almacenamiento temporal datos
 Almacenamiento temporal datos

Necesario debido a las diferentes velocidades entre la
interfaz interna con el computador (conexión a la
memoria principal y a la CPU) y la interfaz externa
(conexión con el dispositivo).

Tema 5. Unidad de E/S

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Controlador de E/S

Función

 Detección de errores

El controlador de E/S es el responsable de la detección
de errores y de informar a la CPU cuando ocurren.

Existen diferentes tipos de errores:
Existen diferentes tipos de errores:

 Errores de anomalías mecánicas y eléctricas transmitidas

por el propio dispositivo externo.

 Errores en la secuencia de los bits que se transmiten desde

el dispositivo al controlador de E/S.

Tema 5. Unidad de E/S

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Controlador de E/S

Estructura

Diagrama de bloques

Interfaz con el
bus del sistema

Interfaz con el
dispositivo externo

Líneas de
datos

Líneas de
dirección

Líneas de
control

Registro de Estado/Control

Registro de Datos
Registro de Datos

Lógica de E/S

Lógica

de interfaz con el

dispositivo
dispositivo

externo

Lógica

de interfaz con el

dispositivo

externo

Datos

Control

Estado

Datos

Control

Estado

Al conjunto de registros genéricamente se les suele
llamar puertos del controlador.

Tema 5. Unidad de E/S

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Controlador de E/S

Comunicación

sistema

Existen tres posibilidades de interconectar la CPU con
la memoria y con la unidad de E/S:

 Utilizar un bus común para la memoria y el sistema de

E/S, pero con líneas de control independientes para
cada uno.

 Utilizar un único bus con líneas de control comunes.

 Emplear varios buses independientes, uno para la

memoria y los otros para los sistemas de E/S.

Tema 5. Unidad de E/S

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Comunicación

sistema

Controlador de E/S

Sistema con varios buses

Bus del sistema

CPU

Memoria

Procesador

de E/S

Procesador

de E/S

Periférico

Controlador E/S
Controlador E/S

Bus de E/S

Bus de E/S

Controlador E/S

Controlador E/S

Periférico

Periférico

Tema 5. Unidad de E/S

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Introducción

Técnicas de transferencia de E/S

 E/S controlada por programa. La CPU ejecuta un

programa que tiene el control directo de la operación de E/S.
La CPU tendrá que esperar y el rendimiento del sistema
disminuirá.

 E/S por interrupciones. La CPU envía una orden de E/S y

continúa ejecutando otras instrucciones hasta que es
interrumpida por el controlador de E/S, cuando éste ha
finalizado su trabajo.

En estas dos técnicas, la CPU es la responsable de leer
los datos.

 Sería más conveniente que la CPU se encontrara con

los datos en memoria principal cuando le avise el
controlador de E/S. Esto se consigue con la técnica de
transferencia mediante acceso directo a memoria.

Tema 5. Unidad de E/S

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E/S por programa

Concepto

1. Cuando la CPU está ejecutando un programa y
encuentra una instrucción de E/S, envía una orden al
controlador de E/S adecuado.

2. Este
2. Este

controlador
controlador

realiza la acción pedida y a
realiza la acción pedida y a
continuación modifica el contenido de su registro de
estado.

3. La

es

la

CPU

comprobar
periódicamente el estado del controlador de E/S hasta
que encuentra que la operación ha finalizado.

responsable

de

Tema 5. Unidad de E/S

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E/S por programa

Concepto

Para ejecutar una instrucción de E/S, la CPU envía
una orden de E/S y una dirección que especifica el
controlador y el periférico en particular.

A continuación, la CPU puede enviar al controlador
cuatro tipos de órdenes:

 Orden de control.

 Orden de comprobación.

 Orden de lectura.

 Orden de escritura.

Tema 5. Unidad de E/S

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Ejemplo
lectura

E/S por programa

Lectura mediante E/S
controlada por
programa

Desventaja:

El procesador no realiza
ningún trabajo útil
mientras permanece en
el bucle de espera.

Transferencia

CPU  E/S

Enviar orden de

lectura al

controlador de E/S

Leer estado del

controlador de E/S

E/S  CPU

¿Estado?

No
No
preparado

Preparado

Condición de
error
error

Leer una palabra del
controlador de E/S

E/S  CPU

Escribir una palabra

en memoria

CPU  Memoria

No

¿Fin?

Si

Siguiente
instrucción

Tema 5. Unidad de E/S

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E/S por programada

Direccionamiento

Cuando