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