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Organización del computador. Entrada salida




Enviado por Pablo Turmero



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    Entrada / Salida
    Interfase con el mundo externo
    No es posible pensar un sistema real sin E/S
    Influye (y mucho!) sobre la performance total del sistema.

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    Ejemplo – Ley de Amdahl

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    Componentes
    CPU
    Dispositivos de E/S (Disco magnético, teclado, mouse, red, video, etc)
    Memoria
    BUS de E/S
    (Gp:) Memoria

    (Gp:) Procesador

    I/O Device
    I/O Device
    I/O Device

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    Ejemplo básico de E/S: Carga de dato desde disco
    Proceso hace llamada al SO.
    SO envía comandos al controlador de disco
    El controlador prepara el disco para la transferencia.
    Cuando el controlador tiene el dato, escribe en memoria y genera una interrupción.
    El SO atiende la interrupción
    El proceso retoma el control

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    ¿Cómo evaluar perfomance?
    ¿De qué factores depende el rendimiento de E/S?
    Tiempo de “preparación” del disco
    Tiempo de transferencia desde el disco hacia el controlador
    Eficiencia de la comunicación Procesador / Dispositivo
    ¿¿¿QUÉ ES “MEJOR” EN E/S???
    ¿Latencia? ¿Ancho de banda?
    ¿Cantidad de operaciones simultáneas?

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    ¡Todo depende!
    Según la aplicación, podremos elegir qué característica es deseable…
    Alta interactividad, transferencias pequeñas: LATENCIA!
    Grandes transferencias de datos: ANCHO DE BANDA!
    Muchas transferencias independientes entre si: # DE OPERACIONES SIMULTANEAS

    Ejercicio: pensar un escenario donde sea deseable tener baja latencia yalta cantidad de operaciones simultaneas.

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    Dispositivos de Entrada/Salida
    SubDiscos Magnéticos, Interfases de Red y Buses

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    Discos Magnéticos
    Platos
    Pista
    Sector
    Sector
    Pista
    Head
    Plato
    Cilindro: todas las pistas bajo las cabezas en un punto determinado de todas las superficies

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    Discos magnéticos: tiempo de acceso
    Tiempo de acceso = Tiempo de posicionamiento (seek time) +
    Retardo medio de rotación +
    Tiempo de transferencia +
    Overhead del controlador

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    Ejemplo:
    Usando los datos del disco anterior, calcular el tiempo medio requerido para leer o escribir un sector de 512 bytes. Suponer que el disco está inactivo y un overhead del controlador de 1 ms.

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    Ejemplo (cont)
    Tpo acceso = Tpo Búsqueda + Retardo medio de rotación + Tpo Transferencia + Overhead del controlador
    Tpo acceso = 4.5ms + 1.5ms + 0.005 ms + 1 ms = 7.005 ms
    Retardo medio de rotación=(20000rpm/60s)
    20000revs -> 1min1 rev -> 1min/20000 = 60s/20000 = 60000ms/20000 = 3 ms½ rev -> 1.5 ms
    Tiempo de trasferencia =
    816Mbit => 1s512*8 bits => 1s/(816*106)*4096 = 0.005 ms

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    Redes
    Medio mas popular de comunicación entre computadoras.
    Mucha variedad de características (distancia, velocidad, topología, latencia…)
    Ejemplos:
    RS-232
    Ethernet
    ATM

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    Buses de E/S
    Medio de comunicación entre los distintos subsistemas.
    BUS: enlace de comunicación COMPARTIDO, que utiliza un conjunto de cables para conectar múltiples subsistemas.
    Vantajas: barato, simple, versátil.Desventajas: escalabilidad (medio de acceso compartido), velocidad limitada por la longitud, # y tipo de dispositivos a conectar.
    Espacio de diseño: ancho de banda, buffers, tamaño de bloque, tipo de dispositivos a conectar, protocolo.
    BUS = Lineas de Control + Lineas de Datos

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    Organización de un Bus
    Líneas de control:
    Indican requests y acknowledgments
    Indican que tipo de información hay en las líneas de datos
    Líneas de datos llevan la información entre el origen y el destino:
    Datos y direcciones
    Comandos complejos

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    Tipos de buses
    Bus Procesador-Memoria (bus propietario)
    Short and high speed
    Only need to match the memory system
    Maximize memory-to-processor bandwidth
    Connects directly to the processor
    Optimized for cache block transfers
    Bus de E/s (buses standard)
    Usually is lengthy and slower
    Need to match a wide range of I/O devices
    Connects to the processor-memory bus or backplane bus
    Bus Backplane (standard o propietario)
    Backplane: an interconnection structure within the chassis
    Allow processors, memory, and I/O devices to coexist
    Cost advantage: one bus for all components

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    A single bus (the backplane bus) is used for:
    Processor to memory communication
    Communication between I/O devices and memory
    Advantages: Simple and low cost
    Disadvantages: slow and the bus can become a major bottleneck
    Example: IBM PC – AT
    Processor
    Memory
    I/O Devices
    Backplane Bus
    Sistema con un único bus

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    I/O buses tap into the processor-memory bus via bus adaptors:
    Processor-memory bus: mainly for processor-memory traffic
    I/O buses: provide expansion slots for I/O devices
    Apple Macintosh-II
    NuBus: Processor, memory, and a few selected I/O devices
    SCSI Bus: the rest of the I/O devices
    (Gp:) Processor
    (Gp:) Memory
    (Gp:) I/O
    Bus
    (Gp:) Processor Memory Bus
    (Gp:) Bus
    Adaptor
    (Gp:) Bus
    Adaptor
    (Gp:) Bus
    Adaptor
    (Gp:) I/O
    Bus
    (Gp:) I/O
    Bus

    Sistema con dos buses

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    Sistema con dos buses
    A small number of backplane buses tap into the processor-memory bus
    Processor-memory bus is only used for processor-memory traffic
    I/O buses are connected to the backplane bus
    Advantage: loading on the processor bus is greatly reduced
    (Gp:) Processor
    (Gp:) Memory
    (Gp:) Processor Memory Bus
    (Gp:) Bus
    Adaptor
    (Gp:) Bus
    Adaptor
    (Gp:) Bus
    Adaptor
    (Gp:) I/O Bus
    (Gp:) Backside
    Cache bus
    (Gp:) I/O Bus
    (Gp:) L2 Cache

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    Buses sincrónicos y asincrónicos
    Síncronos: incluyen señal de reloj (clk) en las líneas de control. Protocolo muy simple (maquina de estados finitos), relacionado al clk. Todos los dispositivos tienen la misma velocidad de reloj Problema de sesgo de reloj!

    Asíncrono: Sin señal de reloj (clk) Puede alojar gran variedad de dispositivos. Mayor longitud Protocolo mucho mas complicado (handshaking)

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    Transferencia sincrónica
    BReq
    BG
    Cmd+Addr
    R/W
    Address
    Data1
    Data2
    Data

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    Transferencia asincrónica
    Address

    Data

    Read

    Req

    Ack
    Master Asserts Address
    Next Address
    t0 t1 t2 t3 t4 t5
    t0 : Master has obtained control and asserts address, direction, data
    Waits a specified amount of time for slaves to decode target.
    t1: Master asserts request line
    t2: Slave asserts ack, indicating ready to transmit data
    t3: Master releases req, data received
    t4: Slave releases ack
    Slave Data

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    Otros factores
    Ancho del bus de datos
    Líneas de dirección separadas versus multiplexadas
    Transferencias en bloque

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    Arbitración del bus
    Arbitración paralela centralizada
    Arbitración distribuida por autoselección
    Arbitración distribuida por detección de colisiones

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