Organización de Entrada y Salida (página 2)

Partes: 1, 2

2.- INTERFACES DE
ENTRADA Y SALIDA:

Un subsistema de E/S consiste en interfases de E/S y
dispositivos periféricos. La interfase de E/S controla
la operatoria de los dispositivos conectados a ella. Las
operaciones
de control (por
ejemplo rebobinado, posicionamiento, etc.) se arrancan mediante
comandos
emitidos por la CPU. El
conjunto de comandos que se ejecutan para completar la
transacción de E/S se denomina driver.

Las funciones de la
interfase son almacenar los datos y
realizar las conversiones que se le requieran. También
detecta errores en la transmisión y es capaz de
reiniciar la transacción en casos de error. Más
aún, la interfase puede testear, arrancar y detener el
dispositivo según las directivas impartidas por la CPU.
En algunos casos la interfase puede consultar a la CPU si
algún dispositivo está requiriendo atención urgente.

Existen distintos tipos de comandos que circulan por
el bus, a
saber:

– De control: son para activar el periférico y
decirle que debe hacer (por ej. rebobinar una cinta);
varían según cada tipo de
periférico.

– De verificación: verifican las diversas
condiciones de estado en la
interfase o en el periférico (por ej., una vez
seleccionada la ruta la CPU puede desear verificarla para ver
si existe energía (power on) o que el periférico
esté en línea (on line).

– Salida de datos: Hace que la interfase responda
tomando un ítem de datos del bus.

– Entrada de datos: la interfase recibe un ítem
de datos del periférico y lo coloca en su propio
registro
separador, avisa a la CPU, la que emite el comando de entrada
de datos el cual transfiere el contenido de ese registro al bus
de donde es tomado por la CPU y almacenado en su registro
acumulador. Ejemplo: Salida de datos a una unidad de
cinta.

El computador
arranca la unidad de cinta emitiendo un comando de control. El
procesador
entonces monitorea el estado de
la cinta por medio de comandos de verificación. Cuando
la cinta está en posición correcta, el computador
emite un comando de salida de datos. La interfase responde a la
dirección y a las líneas de
comando y transfiere los datos de la línea de datos del
bus de E/S a su registro separador. La interfase se comunica
entonces para aceptar un nuevo ítem de datos para
almacenar en la cinta.

3.- MODOS DE
COMUNICACIÓN

3.1.- DMA:

El Acceso directo a memoria (DMA,
del inglés Direct Memory Access)
permite a cierto tipo de componentes de ordenador
acceder a la memoria
del sistema para
leer o escribir independientemente de la CPU
principal. Muchos sistemas
hardware
utilizan DMA, incluyendo controladores de unidades de
disco,
tarjetas gráficas, y

tarjetas de sonido.

DMA es una característica esencial en todos los
ordenadores modernos, ya que permite a dispositivos de
diferentes velocidades comunicarse sin someter a la CPU a una
carga masiva de interrupciones.

3.1.1.- Transferencia por DMA y sus estrategias:

Una transferencia DMA consiste principalmente en
copiar un bloque de memoria de un dispositivo a otro. En
lugar de que la CPU inicie la transferencia, la transferencia
se lleva a cabo por el controlador DMA. Un ejemplo
típico es mover un bloque de memoria desde una memoria
externa a una interna más rápida. Tal
operación no ocupa el procesador y como resultado
puede ser planificado para efectuar otras tareas. Las
transferencias DMA son esenciales para aumentar el
rendimiento de aplicaciones que requieran muchos recursos.

Cabe destacar que aunque no se necesite a la CPU
para la transacción de datos, sí que se
necesita el bus del sistema (tanto
bus de datos como
bus de direcciones), por lo que
existen diferentes estrategias para regular su uso,
permitiendo así que no quede totalmente acaparado por
el controlador DMA.

A continuación se muestran unos gráficos que muestran el proceso de
transferencia DMA…

A continuación se exponen diferentes técnicas
para realizar la transferencia de datos. El uso de cada una de
ellas dependerá de las características que se
deseen primar en un sistema.

3.1.1.1.- DMA por robo de ciclo: se basa en
usar uno o más
ciclos de CPU por cada
instrucción que se ejecuta (de ahí el nombre).
De esta forma se consigue una alta disponibilidad del bus del
sistema para la CPU, aunque, en consecuencia, la
transferencia de los datos será considerablemente
lenta. Este método es el que se usa habitualmente
ya que la interferencia con la CPU es muy baja.

3.1.1.2.- DMA por ráfagas: consiste en
enviar el bloque de datos solicitado mediante una
ráfaga, ocupando el bus del sistema hasta finalizar la
transmisión. Así se consigue la máxima
velocidad,
sin embargo la CPU no podrá usar el bus durante todo
ese tiempo,
por lo que permanecería inactiva.

3.1.1.3.- DMA transparente: se trata de usar
el bus del sistema cuando se tiene certeza de que la CPU no
lo necesita, como por ejemplo en aquellas fases del proceso
de ejecución de las instrucciones donde nunca se usa
ya que la CPU realiza tareas internas (v. g. fase de
decodificación de la instrucción). De esta
manera, como su nombre indica, la DMA permanecerá
transparente para la CPU y la transferencia se hará
sin obstaculizar la relación CPU-bus del sistema. Como
desventaja, la velocidad de transferencia es la más
baja posible.

3.1.1.4.- DMA Scatter-gather: permite
la transferencia de datos a varias áreas de memoria en
una transacción DMA simple. Es equivalente al
encadenamiento de múltiples peticiones DMA simples. De
nuevo, el objetivo
es liberar a la CPU
de las tareas de copia de datos e interrupciones de
entrada/salida múltiples.

3.1.2. – CONTROLADOR DMA:

Es el que permite llevar a cabo la transferencia
DMA

A continuación se muestra un
gráfico que especifica el proceso que realiza el
controlador DMA…

3.2.- ESPECIAL:

En esta técnica la controladora del disco duro
desconecta la controladora del bus y transfiere los datos con
la ayuda de un controlador Bus Master DMA con control propio.
Así se pueden alcanzar velocidades de 8 a 16 Mb por
segundo.

4.-
INTERCONEXIÓN PRIORITARIA:

Sistema que establece una prioridad entre las diversas
fuentes de
condiciones, Para determinar cual se va a atender primero
según su prioridad.

Conclusiones

Se dice que los dispositivos que tienen control directo
de la unidad de procesamiento están conectados en
línea. Estos dispositivos transfieren información binaria dentro y fuera de la
unidad de memoria cuando se recibe un comando de la
CPU.

Los periféricos conectados a una computadora
necesitan enlaces de comunicación especiales para conectarlos
con la CPU. El objetivo de un enlace de comunicación
consiste en resolver las diferencias que existen entre la computadora
central y cada dispositivo periférico. Las diferencias
principales son:

Los periféricos son dispositivos
electromagnéticos y su forma de operación es
diferente de la CPU y la memoria los cuales son dispositivos
electrónicos. Por lo tanto, quizá se requiera una
conversión de valores de
señales.
La velocidad de transferencia de datos de los
dispositivos
periféricos suele ser menor que la CPU. En
consecuencia, puede necesitarse un mecanismo de
sincronización.
Los códigos y formatos de datos en los
dispositivos periféricos difieren del formato de
palabras en la CPU y la memoria.

La transferencia de datos entre dispositivos de
almacenamiento veloz como un disco magnético y la
memoria, a menudo se ve limitada por la velocidad del CPU.
Durante la transferencia DMA la CPU esta desocupada y no tiene
control de los buses de la memoria.