Organización de entrada y salida (E/S) (página 2)

Partes: 1, 2

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.

2.- DIGA 2 DIFERENCIAS ENTRE E/S AISLADA Y E/S
MAPEADA EN MEMORIA

E/S AISLADA

1) En la configuración E/S aislada, la Cpu tiene
instrucciones distintas de entrada y salida, y cada una de estas
instrucciones se asocia con la dirección de un registro de
interfase.

Cuando la CPU recupera y decodifica el código
de operación de una instrucción de entrada y salida
coloca la dirección asociada con la instrucción
dentro de las líneas de dirección
comunes.

2) El método E/S
aislada separa la memoria y
las direcciones de E/S para que los valores de
la dirección de memoria no se
afecten con la asignación de dirección de
interfaces, porque cada una tiene espacio de
direccionamiento.

E/S MAPEADA EN MEMORIA

1) En una organización de E/S mapeada de memoria no
hay instrucciones especifica de entrada o salida. La CPU puede
manipular datos de entrada y salida que residen en registros de
interfaces con la misma instrucción que se utiliza para
manipular palabras de memoria: Cada interfase se organiza como un
conjunto de registros que responden a peticiones de lectura y
escritura en
el espacio de direccionamiento normal.

2) La computadora
emplea solo un conjunto de señales
de lectura y escritura y no hacen diferencia entre direcciones de
memoria y entrada y salida. La computadora
trata a un registro de interfaces como parte del sistema de
memoria las direcciones asignadas para registro de interfaces no
pueden utilizarse para palabras de memoria lo cual reducen rango
de direcciones de memoria disponible.

3.-DIGA 2 DIFERENCIAS ENTRE CONTROL DE
HABILITACIÓN Y RECONOCIMIENTO MUTUO

CONTROL DE
HABILITACION

Diferencias:

Pulso de Habilitación

Durante una transmisión asíncrona, las dos
unidades que desean comunicarse no comparten una frecuencia de
reloj común, por lo que requieren el envío de una
señal que avise a la unidad receptora cuando se
estás transmitiendo los datos. Esto se puede lograr a
través del método del pulso de
habilitación, el cual es proveído de una unidad
a otra con el fin de anunciar cuando se realiza la transferencia
de los datos.

Este método emplea una línea de control
(estroboscopio) que permitirá temporizar la transferencia
asíncrona de los datos. El pulso puede ser enviado tanto
por la unidad fuente como por la unidad destino de manera
indiferente.

1) Cuando el pulso es enviado por la unidad
fuente, ésta coloca los datos en el canal de los datos
y seguido de un breve retraso procede a activar la
habilitación, tanto la señal como la información permanecen en el canal el
tiempo
necesario para que la unidad destino los reciba y almacene. Luego
la fuente retira el contenido para dejar libre el canal de datos
y así desactivar el pulso de
habilitación.

2) Cuando la señal es enviada por la unidad
destino es para avisarle a la unidad fuente que ya puede
transmitir la información, ésta responderá
colocando los datos en el canal, los cuales deberán
permanecer allí durante un tiempo que se considere
suficiente para que la unidad destino los acepte, inmediatamente
la unidad destino activa el pulso de habilitación y la
unidad fuente retira los datos de la línea de
transmisión.

En la mayor parte de las computadoras
el pulso de reloj está bajo el control del la Unidad
central de procesamiento la cual se encarga de informar a los
dispositivos
periféricos de entrada como deberán transmitir
la información necesaria.

RECONOCIMIENTO MUTUO

Diferencias:

Reconocimiento Mutuo.

A través del método del pulso de
habilitación las unidades a comunicarse pueden
temporizarse, sin embargo no existe una señal que le
indique a la unidad fuente que la unidad destino recibió
los datos, ni una que le indique a la unidad destino que la
unidad fuente colocó la información en el canal. De
allí surge la técnica de reconocimiento mutuo que
emplea una doble línea de transmisión con el
objetivo de
enviar un mensaje de confirmación entre los dos entes que
les brinden seguridad e
integridad en la transmisión. Una línea (de fuente
a destino) le anuncia a la unidad receptora que existen datos
válidos en el canal; la otra línea (destino-fuente)
avisa a la unidad emisora que los datos serán
aceptados.

1) Cuando la señal es enviada por la unidad
fuente las dos líneas de transmisión se separan
en: datos válidos (dirección: fuente-
destino) y datos aceptados (en dirección destino-
fuente). El proceso que se
lleva a cabo es el siguiente: la fuente coloca los datos en el
canal y activa la señal de datos válidos, una vez
que el destino recibe la información devuelve la
señal de datos aceptados culminando la transferencia. La
fuente retira los datos de las líneas de
transmisión y deshabilita su señal dejando
así libre el canal. El destino deshabilita su señal
de datos aceptados lo que anuncia la disponibilidad de la misma
para un próximo envío.

2) Cuando la transmisión se realiza desde la
unidad destino la línea de reconocimiento mutuo
datos aceptados cambia su nombre por preparada para
datos. La secuencia seguida es la siguiente: la unidad
receptora habilita la señal preparada para datos lo
que da pie a que la unidad fuente coloque los datos en el canal y
active su señal de datos válidos. Una vez
que el receptor recibe los bits de carácter deshabilita su señal para
finalizar la transferencia; la unidad fuente desactiva la
línea datos válidos devolviendo al canal a
su estado inicial.

El método de reconocimiento mutuo proporciona
confiabilidad en la transmisión ya que hay mayor comunicación entre las unidades,
además si se produce un error en alguna de ellas no hay
problema ya que cuenta con un mecanismo de tiempo transcurrido
que alarma si la transferencia no se realiza en tiempo
transcurrido predeterminado, el cual es implantado por un reloj
interno que inicializa el conteo cuando alguna de las unidades
activa sus señales de habilitación y reconocimiento
mutuo.

4.- DIGA
UNA DIFERENCIA Y UNA SEMEJANZA ENTRE TRASFERENCIA SINCRONA Y
ASICRONA SERIA DE DATOS

Diferencia

TRANSMISIÓN
ASÍNCRONA

La manera más fácil de conseguir
sincronismo es enviando pequeñas cantidades de bits a la
vez, sincronizándose al inicio de cada cadena. Esto tiene
el inconveniente de que cuando no se transmite ningún
carácter, la línea está desocupada .Para
detectar errores, se utiliza un bit de paridad en cada cadena.
Usando la codificación adecuada , es posible hacer
corresponder un 0 ( por ejemplo ) a cuando la línea
está parada ( con NRZ , cada vez que se quiera comenzar a
transmitir una cadena , se usa un 1 como señal ) .Si el
receptor es un tanto más rápido o lento que el
emisor , es posible que incluso con cadenas cortas ( o tramas ,
que son las cadenas más los bits adicionales de paridad y
de comienzo y parada ) se produzcan errores como el error de
delimitación de trama ( se leen datos fuera de la trama al
ser el receptor más lento que el emisor ) o el error que
se produce al introducirse ruido en la
transmisión de forma que en estado de reposo , el receptor
crea que se ha emitido un dato ( el ruido ) .

TRANSMISIÓN
SÍNCRONA

En este tipo de transmisión no hay bits de
comienzo ni de parada, por lo que se transmiten bloques de muchos
bits. Para evitar errores de delimitación, se pueden
sincronizar receptor y emisor mediante una línea aparte
(método utilizado para líneas cortas) o incluyendo
la sincronización en la propia señal
(codificación Manchester o utilización de
portadoras en señales analógicas). Además de
los datos propios y de la sincronización, es necesaria la
presencia de grupos de bits de
comienzo y de final del bloque de datos, además de ciertos
bits de corrección de errores y de control. A todo el
conjunto de bits y datos se le llama trama.

SEMEJANZA

Ambas trasmiten en bloques, cada una detecta errores de
delimitación, para sincronizar el receptor y el emisor,
ambas leen datos de trama, comparten una frecuencia de reloj
común y los bits se trasmiten en forma continúa a
la velocidad que
dictan los pulsos de reloj.

5.-
COMO SE MIDE LA VELOCIDAD DE BAUDIOS

Las computadoras y sus diversos dispositivos periféricos, incluyendo los módems,
usan el mismo alfabeto. Este alfabeto esta formado por solo dos
dígitos, cero y uno; es por ello que se conoce como
sistema de dígito binario. A cada cero o uno se le llama
bit, termino derivado de BInary digiT (dígito
binario).

BAUDIOS
Un baudio es una señal
eléctrica analógica o una onda. El ciclo de una
onda analógica equivale a un baudio. Una ciclo completo
comienza en el cero voltios, va al voltaje más alto baja
hasta el voltaje más bajo pasando por el cero, y regresa a
cero voltios de nuevo. Es una Unidad de medida utilizada en
comunicaciones. Hace referencia al número
de intervalos elementales por segundo que supone una
señal. Velocidad con que se mide un módem.
<p>Velocidad de señalización de una
línea. Es la velocidad de conmutación, o el
número de transiciones (cambios de voltaje o de
frecuencia) que se realiza por segundo. Sólo a velocidades
bajas, los baudios son iguales a los bits por segundo; por
ejemplo, 300 baudios equivalen a 300 bps. Sin embargo, puede
hacerse que un baudio represente más de un bit por
segundo.

Por ejemplo, el modem V.22bis
genera 1,200 bps a 600 baudios.
Es una medida de la velocidad de modulación, correspondiente al
número de cambios en una señal por segundo. Se
suele hablar indistintamente de 'bits por segundo' y de 'baudios'
habiéndose convertido de hecho en falsos sinónimos.
El número de bits por segundo dividido por el
número de bits de datos por señal da como resultado
el número de baudios.

DIGA 2
DIFERENCIAS ENTRE LOS MODUS DE TRANSFERENCIA (E/S PROGRAMADA, E/S
POR INTERRUPCION Y DMA)

Módulo de E/S

Cada controlador está a cargo de un tipo
específico de dispositivo.

Dependiendo del controlador, pueden estar varios
dispositivos conectados al mismo controlador.
El controlador se encarga de mover datos entre el
dispositivo periférico que controla y el buffer
de almacenamiento local. El tamaño del
buffer varía de un controlador a otro y depende
del dispositivo que controla.

DIFERENCIAS

E/S Programada

Los datos se intercambian entre el CPU y el
módulo de E/S. El CPU ejecuta un programa que
controla directamente la operación de E/S, incluyendo
la comprobación del estado del dispositivo, el
envío de la orden de lectura o escritura y la
transferencia del dato. Cuando el CPU envía la orden
debe esperar hasta que la operación de E/S concluya.
Si el CPU es más rápido, éste
estará ocioso. El CPU es el responsable de comprobar
periódicamente el estado del módulo de E/S
hasta que encuentre que la operación ha
finalizado.
El dispositivo de E/S no tiene acceso directo a la
memoria, una transferencia de un dispositivo de E/S a memoria
que la CPU ejecute varias instrucciones, incluyendo una
instrucción de entrada.

E/S MEDIANTE INTERRUPCIONES

1) El problema con E/S programada es que el CPU tiene
que esperar un tiempo considerable a que el módulo de E/S
en cuestión esté preparado para recibir o
transmitir los datos. El CPU debe estar comprobando continuamente
el estado del módulo de E/S. Se degrada el desempeño del sistema.

Una alternativa es que el CPU tras enviar una orden de
E/S continué realizando algún trabajo
útil. El módulo de E/S interrumpirá al CPU
para solicitar su servicio
cuando esté preparado para intercambiar datos. El CPU
ejecuta la transferencia de datos y después
continúa con el procesamiento previo.

Se pueden distinguir dos tipos: E/S síncrona y
E/S asíncrona

E/S Síncrona: cuando la
operación de E/S finaliza, el control es retornado al
proceso que la generó. La espera por E/S se lleva a cabo
por medio de una instrucción wait que coloca al
CPU en un estado ocioso hasta que ocurre otra
interrupción. Aquellas máquinas
que no tienen esta instrucción utilizan un loop.
Este loop continúa hasta que ocurre una
interrupción transfiriendo el control a otra parte del
sistema de operación. Sólo se atiende una
solicitud de E/S por vez. El sistema de operación conoce
exactamente que dispositivo está interrumpiendo. Esta
alternativa excluye procesamiento simultáneo de
E/S.

E/S Asíncrona: retorna al programa
usuario sin esperar que la operación de E/S finalice. Se
necesita una llamada al sistema que le permita al usuario
esperar por la finalización de E/S (si es requerido).
También es necesario llevar un control de las distintas
solicitudes de E/S. Para ello el sistema de operación
utiliza una tabla que contiene una entrada por cada dispositivo
de E/S (Tabla de Estado de Dispositivos).

La ventaja de este tipo de E/S es el incremento de
la eficiencia
del sistema. Mientras se lleva a cabo E/S, el CPU puede ser
usado para procesar o para planificar otras E/S. Como la E/S
puede ser bastante lenta comparada con la velocidad del CPU,
el sistema hace un mejor uso de las facilidades.

DMA (Direct Memory Access)

La E/S con interrupciones, aunque más eficiente
que la E/S programada, también requiere la
intervención del CPU para transferir datos entre la
memoria y el módulo de E/S.

Consideren el siguiente ejemplo. Cuando se va a leer una
línea desde un Terminal, el primer carácter escrito
es enviado al computador. Cuando el carácter es recibido
por el controlador, éste interrumpe al CPU. El CPU le da
servicio a la interrupción y luego continua con el proceso
que estaba ejecutando. Esto es posible cuando el dispositivo es
muy lento comparado con el CPU. Entre un carácter y otro
el CPU lleva a cabo gran cantidad de procesamiento. Pero
qué sucede cuando estamos trabajando con dispositivos de
E/S más veloces; Tendríamos interrupciones muy
seguidas y se estaría desperdiciando mucho
tiempo.

1) Se utiliza DMA para dispositivos de E/S de alta
velocidad. E1 controlador del dispositivo transfiere un bloque de
datos desde o para sus buffers de almacenamiento a memoria
directamente sin intervención del CPU. Solo se produce una
interrupción por bloque en lugar de tener una
interrupción por cada byte (o palabra).

Por ejemplo, un programa solicita una transferencia de
datos. El Sistema de Operación busca un buffer
disponible. El controlador de DMA tiene sus registros
actualizados con las direcciones de la fuente y del destino y la
longitud de la transferencia. Por lo general esta
actualización es realizada por el manejador de dispositivo
(rutina). Se indica al controlador de DMA a través de bits
de control en un registro de control pare que inicie la
operación de E/S. Mientras tanto el CPU puede llevar a
cabo otras operaciones. El
controlador de DMA interrumpe el CPU cuando la transferencia ha
sido terminada. El CPU interviene solo al comienzo y al final de
la transferencia.

2) la transferencia de datos bajo E/S programada es
entre la CPU y un periférico transfiere datos hacia
adentro y hacia fuera de la unidad de memoria por medio del canal
de memoria, DMA solicita ciclos de memoria concede la solicitud,
el DMA transfiere los datos directamente a la memoria. La CPU
solo retrasa su operación de acceso de memoria para
transferencia directa.

7.-DIGA UNA DIFERENCIA Y UNA SEMEJANZA ENTRE
TRASFERENCIA POR RÁFAGA Y POR ROBO DE
CICLO

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.

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

SEMEJANZAS:

Ambas transfieren al DMA en palabras de memorias en el
cual debe de retornar el control a los canales de memoria, donde
permite la transferencia de E/S de la memoria directa en un ciclo
de memoria.

CONCLUSIÓN

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