Arquitectura del computador

T1:

Interconexiones

• ESTRUCTURA

• Esquema

ESQUEMA N° 1

ESQUEMA N° 2

• Descripción del Esquema N° 1

Líneas/bus de datos: camino para transferir datos entre el resto de componentes de un computador.

Líneas/bus de direcciones: designan la posición/dirección de los datos. Son salidas de la CPU/procesador y determinan capacidad de direccionamiento.

Líneas/bus de control: controlan el acceso y uso de las líneas/buses anteriores.

• Descripción del Esquema N° 2

Esquema típico de jerarquía de buses en un ordenador. Los buses de arriba son los más rápidos y el bus de expansión el más lento.

• FUNCIONES

• Los componentes de un computador (CPU, Memoria, E/S) se conectan entre sí mediante un conjunto de líneas que transmiten señales con funciones específicas, algo parecido a una red de autopistas con muchos carriles a través de la cual intercambian datos los diferentes componentes del ordenador; al conjunto de líneas que conectan los diferentes módulos se le denomina estructura de interconexión. Al igual que las autopistas, varias pueden llegar a un destino, así los buses pueden estar conectados a varios dispositivos, y cualquier señal transmitida por uno de esos dispositivos está disponible para que los otros dispositivos conectados al bus puedan acceder a ella, teniendo en cuenta que, si dos dispositivos transmiten durante el mismo periodo de tiempo, sus señales pueden solaparse distorsionarse. La capacidad de transmisión de los buses depende de dos parámetros: el ancho de bus y la frecuencia de bus. El ancho del bus hace referencia a cuantas líneas de transmisión de información tiene, ya sea de 8, 16,32, etc. Bits y la frecuencia de bus se halla al dividir el número de ciclos entre el número de segundos.

• REPERTORIO DE INSTRUCCIONES

• Las líneas de control se utilizan para controlar el acceso y el uso de las líneas de datos y direcciones, las cuales deben ser controladas. Son controladas mediante órdenes de información de temporización entre los módulos del sistema. Las señales de órdenes especifican las operaciones a realizar, entre ellas tenemos: memori write, que hace que el dato del bus se escriba en posición direccionada, memory read, que hace que el dato de la posición direccionada se situé en el bus, I/O write y I/O read, que sirven para escribir o leer el dato en la dirección del puerto indicado, transfer ACK que indica que el dato se ha aceptado o se ha situado en el bus, Bus request, que indica que un módulo necesita disponer del control del bus, Bus grant, que indica que se cede el control del bus a un módulo que lo había solicitado, interrrump request, que indica si hay una interrupción pendiente, interrupt ACK, que señala que la interrupción pendiente se ha aceptado, clock, que se utiliza para sincronizar las operaciones y por ultimo reset que pone los módulos conectados a su estado inicial.

• FUNCIONAMIENTO

Si un módulo desea enviar un dato a otro debe hacer dos cosas: obtener el uso del bus y transferir dato a través del bus. Si un módulo desea pedir un dato a otro módulo, debe obtener el uso del bus y lego transferir la petición al otro módulo mediante las líneas de control y dirección apropiadas. Después debe esperar que el segundo módulo envíe el dato. Los buses transmiten por diferencia de tensión los datos en forma de señales digitales a través de líneas de metal grabadas en un tarjeta, todo este tráfico es controlado por una parte del ordenador, el controlador de buses es similar a la dirección general de tráfico, es el encargado de regular el enorme tráfico de datos que circulan a través de los buses, dicho controlador está integrado en el chipset.

• CONCLUSIONES

• Los buses funcionan de acuerdo al dispositivo que lo solicite, ya que existe una jerarquía de buses, para optimizar el funcionamiento de los dispositivos del computador.

• Una estructura de interconexión es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre computadoras, muy parecido a una red de autopistas.

• Como todo componente de un sistema digital es necesario que los buses cuenten con un control, el cual envía órdenes que especifican las operaciones a realizar.

• La mayoría de los buses están basados en conductores metálicos por los cuales se trasmiten señales eléctricas que son enviadas y recibidas con la ayuda de dispositivos que poseen una interfaz del bus dado y se encargan de manejar las señales y entregarlas como datos útiles

T2:

Memoria caché

• ESTRUCTURA

• Esquema

• Descripción

La Memoria Caché es un dispositivo rápido que esta ubicado entre el Procesador (CPU) y la Memoria Principal para que el conjunto opere a mayor velocidad; así mismo, en la Memoria Caché, se ejecuta la transferencia de palabras (datos) que se da de manera bilateral siendo desde la Memoria Caché hacia la CPU, como también viceversa, teniendo en cuenta que se encuentran los registros del procesador; de la misma manera, hay transferencia de bloques (líneas) desde la Memoria Caché hacia la Memoria Principal, posteriormente esta ultima es normalmente construida con memorias dinámicas de acceso aleatorio (DRAM).

La memoria caché en particular, manifiesta una localidad de referencias; ya que los programas tienden a reutilizar los datos e instrucciones que utilizaron recientemente; además se manifiestan en una doble dimensión como es de localidad temporal y localidad espacial; de tal modo que se divide la memoria principal en bloques de un número de bytes (4,8,16) y la memoria caché en marcos de bloque o líneas de igual tamaño, siendo el bloque la unidad de intercambio de información entre la memoria principal y la caché; mientras que entre la caché y la CPU seguirá siendo la palabra.

• FUNCIONES

• Función de Correspondencia, determina como se organiza la Memoria Caché siendo necesario un algoritmo que haga corresponder los bloques de memoria principal a líneas de la memoria caché, se implementa utilizando la dirección; asimismo, se requiere algún medio para determinar que bloque de memoria principal ocupa actualmente una línea dada de la Memoria Caché, además se llega a utilizar tres técnicas como es directa (hace corresponder cada bloque de la memoria principal a solo una línea posible de caché), asociativa (permite que cada bloque de Memoria Principal pueda cargarse en cualquier línea de la caché) y asociativa por conjuntos (correspondencia directa y asociativa).

• Algoritmos de Sustitución, para la función de correspondencia es decir para las técnicas asociativas se requiere algoritmos de sustitución para lograr alta velocidad; dichos algoritmos de sustitución se debe implementar en hardware; las mas utilizadas son aleatoria, LRU, FIFO, Y LFU.

• Escritura, establece la forma de actualiza la Memoria Principal al realizar operaciones de escritura se da en dos casos como es cuando la posición de la memoria sobre la que se va escribir esta en la Memoria Caché existe acierto dentro de esta tenemos escritura directa y post – escritura y cuando no lo esta, existe un fallo en la Memoria Caché de asignación en escritura y no asignación.

• Búsqueda, llega a determinar las condiciones que tienden a darse para buscar un bloque de Memoria Principal y llevarlo a una línea de la Memoria Caché, así mismo se da por demanda donde se lleva un bloque a la Memoria Caché cuando se referencia desde la CPU cierta palabra del bloque y no esta en la caché, y también por pre búsqueda.

• Codificación de los fallos, la memoria cache clasifica los fallos ya que pueden ser forzosos, primer acceso a un bloque; capacidad se da cuando la Memoria Caché no contiene todos los bloques y de conflicto, ubica un bloque en conjunto lleno cuando la caché no esta completa.

• REPERTORIO DE INSTRUCCIONES

• Transferencia de Datos, transfiere datos de una posición a otra, además se implica a la memoria ya que determina la dirección de memoria, realiza la transformación de direcciones de memoria virtual a real, comprueba la cacé iniciando la lectura/escritura en la memoria.

• INVD, limpia la memoria cache interna.

• WBINVD, limpia la memoria caché interna después de escribir en memoria las líneas que han sido modificadas.

• INVLPG, invalida una entrada al buffer.

• DCBF, limpia un bloque de la caché de datos; busca en las direcciones concretas de la caché y realiza la operación.

• ICBI, invalida un bloque de la caché de instrucciones.

• Registros frente a la Memoria Caché, se debe disponer en la memoria caché registros para traer los datos a la CPU a fin de procesarlos, sin embargo en el caso de un solo registro visible para usuario la dirección del operando esta implícita y no consume bits de cada instrucción realizada.

• Rango de direcciones, es explicito para referencias a la memoria, siendo el rango de direcciones que puede utilizarse y esta relacionado con el número de bits de direccionamiento, siendo localidad temporal y localidad espacial.

• FUNCIONAMIENTO

La Memoria Caché, recibe de la Dirección Física de la CPU donde esta última se encarga de buscar datos, instrucciones que se han originado en las últimas operaciones que se ha realizado, y estas instrucciones son cargadas desde la Memoria Principal a la Memoria Caché, así mismo si existe dirección física en la caché (acierto) se lee el contenido de la dirección física y es llevado a la CPU; sin embargo si no existe (fallo) accede a la Memoria Principal para obtener el bloque que contiene la dirección física, luego asigna un marco de la caché al bloque de la Memoria Principal y esta realiza dos procesos como es de cargar el bloque de la Memoria Principal en el marco asignado de la caché y también de llevar el contenido de la dirección física a la CPU.

• CONCLUSIONES

• La Memoria Caché es una memoria pequeña y a la vez rápida que esta entre la CPU donde se realiza transferencia de palabras (datos) y en la Memoria Principal, realiza transferencia de bloques (líneas); siendo ambas transferencias de forma bilateral; además aproxima la velocidad de la memoria a las de aquellas mas rápidas y disponibles.

• Dentro de la caché, se establece diversas funciones como de correspondencia, algoritmos de sustitución estos son de gran ayuda a la correspondencia, escritura actualiza la Mp al realizar sus operaciones, búsqueda son las condiciones que se da para buscar un bloque y también la codificación de fallos de la propia caché.

• El repertorio de instrucciones en la Memoria Caché se da en los registros y el rango de direcciones ya que ambas son explicitas para la caché porque tienen a relacionarse con el número de bits de direccionamiento.

• La Memoria Caché realiza diversos procesos de traducción de la dirección física la cual procede de la CPU en el dado que es ubicado en la posición de la memoria determinada por dicha dirección.

T3:

Memoria interna

• ESTRUCTURA

Esquema

• Descripción

La memoria Interna esta constituida por la MEMORIA RAM y la MEMORIA ROM. Tanto la RAM como la ROM son circuitos integrados, o también llamados chips, de tamaño pequeño que contiene múltiples circuitos integrados, tales como transistores y otros dispositivos electrónicos. Estos Chips están sobre una tarjeta o placa.

La Memoria RAM, o memoria de acceso Aleatorio, contiene de forma temporal el programa y los datos que están siendo usados por el usuario del computador. Estos datos se pierden cuando la computadora se apaga. La RAM se mide por su capacidad de memoria, generalmente en megabytes; y por el tiempo de acceso. La Memoria ROM, o Memoria de solo lectura, sirve para almacenar datos de forma permanente, es decir, que no se pierden. Y es programada con instrucciones de inicio para la computadora.

• FUNCIONES

• La memoria RAM realiza la función de escritura-lectura, de manera que siempre este sincronizada con un reloj del bus de memoria.

• La RAM Almacena temporalmente los programas que se están ejecutando, así como los datos que están siendo utilizados por el usuario.

• La memoria RAM acelera el procesamiento de datos en la computadora, dependiendo de la capacidad de esta, ayudando de esta manera a mejorar las prestaciones del sistema.

• La memoria ROM realiza el chequeo de los componentes de la computadora, para así permitir el arranque del computador.

• La ROM se encarga de almacenar configuraciones básicas de la motherboard, como la información del fabricante, número de serie, modelo y otros más.

• Permite la activación de los periféricos de entrada/salida; y permanece activa mientras se esta usando el computador.

• REPERTORIO DE INSTRUCCIONES

• Para realizar los procesos de lectura/escritura, se realizan una serie de instrucciones en un orden determinado. En el proceso de lectura, se pone un valor en las líneas de dirección, esto se hace con el fin de indicarle al dispositivo de que celda se desea leer la información. Después se habilita el chip, activando la línea CS o CE. Y por ultimo se debe activar la línea Read para que la memoria coloque el valor almacenado en la localidad en sus líneas de datos.

• En el proceso de Escritura, se pone la dirección, se habilita el chip, se colocan los datos que se desean grabar en la localidad seleccionada en el paso anterior en las líneas de dirección, y se activa el Write.

• En cuanto al Direccionamiento, tenemos el direccionamiento directo, donde la instrucción contiene la dirección de la posición de la memoria donde se encuentra el operando; mientras que en el direccionamiento indirecto, tenemos la dirección donde se encuentra la dirección del operando.

• FUNCIONAMIENTO

Cuando se enciende el ordenador, el microprocesador lee las instrucciones BIOS que están almacenadas en la memoria ROM para que se activen adecuadamente todos los dispositivos (hardware), luego de esto el ordenador emite un beep y se inicia la carga del sistema operativo. Para que el ordenador funcione con agilidad, el sistema operativo queda guardado en la memoria RAM para que el microprocesador pueda acceder a él con más velocidad. Cuando se abre un programa, sucede algo parecido a lo que ocurre cuando se carga el sistema operativo. El microprocesador lee el programa del disco duro y lo almacena en la memoria RAM mientras esta abierto. Cuando se cierra el programa, se guardan los datos que hayamos creado o modificado, en el disco duro; y se borra toda la información de la memoria RAM.

• CONCLUSIONES

• La memoria interna fija sus características en función a la capacidad de direccionamiento de E/S, y el número y tipo de variables internas manipuladas.

• La memoria RAM es uno de los elementos que determinan no solo el funcionamiento correcto de la PC, sino también la capacidad en la velocidad de transferencia y proceso de datos.

• Todas las instrucciones que se ejecutan en la PC, pasan por la memoria RAM, siendo de esta manera de vital importancia para el resto de los elementos del computador, incluso del hardware; y utilizada como espacio de trabajo del sistema operativo y todas las aplicaciones en ejecución.

• La memoria RAM es más rápida para la lectura que la mayoría de las memorias ROM, razón por la cual el contenido de la ROM se suele traspasar normalmente a la memoria RAM, desde donde es leída cuando se utiliza.

T4:

Memoria externa

• ESTRUCTURA

• Esquema

• Descripción

La Memoria Externa o Masiva presente en la parte superior de la grafica representa a todos los dispositivos externos de almacenamiento de datos (d), que mediante instrucciones de lectura (i) que manda la Memoria Principal sobre el dispositivo y que adicionado a un control generado por la Unidad de Control se llega a ejecutar la lectura del dispositivo; ya dentro del Computador Central se ejecutan los diferentes procesos mediante señales de estado (e) que al finalizar todo, se procederá a generar los datos procesados (d) al punto de Salida según las ordenes y necesidades del ordenador. Y por ultimo diremos que esta Memoria Externa, se presencia en diferentes tipos de dispositivos; para lo cual se mencionara el más importante de todos estos, el cual es el disco magnético. Estos discos magnéticos son en mayor parte el soporte de almacenamiento externo de los computadores y que pertenecen a la familia RAID (Conjunto Redundante de Discos Independientes).

• FUNCIONES

• Almacenamiento de Datos

La Memoria Externa tiene como principal y única función la de ALMACENAR ciertas cantidades de datos ya sea de forma permanente o semipermanente, y que a comparación de la memoria principal esta cumple un rol de seguridad y permanencia de estos datos a falta de suministro de energía, aunque por otro lado es mas lento el acceso a los datos almacenados.

• REPERTORIO DE INSTRUCCIONES

Todas estas instrucciones generadas por el computador, son los códigos que especifican las operaciones a realizar a los diferentes operadores de referencia que en este caso es la Memoria Externa; siendo todo lo anterior perteneciente a la categoría de transferencia de datos entre registros y memoria, o entre dos posiciones de memoria.

• Move (trasferir), transfiere una palabra o un bloque desde un origen a un destino.

• Store (memorizar), transfiere una palabra desde el procesador a memoria.

• Load (cargar o captar), transfiere una palabra desde memoria al procesador.

• Exchange (intercambiar), intercambia los contenidos del origen y el destino.

• Clear (reiniciar o poner a 0), transfiere una palabra de ceros al destino.

• Set (poner a 1), transfiere una palabra de unos al destino.

• Push (introducir en pila, apila), transfiere una palabra desde un origen a la cabecera de la pila.

• Pop (extraer de la pila, desapilar), transfiere una palabra desde la cabecera de la pila a un destino.

• L – Load X32, transferencia de memoria a registro.

• LH – Load Halfword X16, transferencia de memoria a registro (media palabra).

• LR – Load X32, transferencia de registro a registro.

• LER – Load (Short) X32, transferencia (corta) entre dos registros de coma flotante.

• LE – Load (Short) X32, transferencia (corta) de memoria a registro de coma flotante.

• LDR – Load (Long) X64, transferencia (larga) entre dos registros de coma flotante.

• LD – Load (Long) x64, transferencia (larga) de memoria a registro de coma flotante.

• ST – Store X32, transferencia de registro a memoria.

• STH – Store Halfword X16, transferencia de registro a memoria (media palabra).

• STC – Store Character X8, transferencia de registro a memoria (un caracter).

• STE – Store (Short) X32, transferencia (corta) de registro de coma flotante a memoria.

• STD – Store (Long) X64, transferencia (larga) de registro de coma flotante a memoria.

• FUNCIONAMIENTO

Dentro de las Memorias externas podemos detectar que existentes diferentes tipos de dispersivos y que cada uno de estos tiene un funcionamiento diferente ya que presentan diferente arquitectura entre ellos mismos para lo cual mencionara su forma de funcionamiento para cada uno de los dispositivos.

• Discos Magnéticos, comprenden un funcionamiento similar tanto para la escritura y lectura sobre el disco, que gracias a una bobina llamada cabeza, la cual siempre se mantiene quieta mientras que el plato rota bajo ella, esta estructura hace posible mediante un flujo eléctrico que atraviesa la bobina; creando un campo magnético y que mediante estos impulsos eléctricos se graban los patrones magnéticos de corriente positiva y negativa generando la escritura sobre el palto. De la misma forma es para la lectura si no que esta ves es de forma inversa.

Del mismo modo podemos presenciar dispositivos de agrupamiento de discos los cuales para una mejor prestación en su uso se aplicó el esquema estructural RAID que consta de 6 niveles (0 – 5), siendo el nivel 0 compuesto por un disco con estructura de espejo, para recuperación sencilla, con datos estructurados y en tira en los dos, escritura en los dos y lectura en cualquiera de los dos; en el nivel 1, se ve discos sincronizados, tiras muy pequeñas y gran capacidad de redundancia; en el nivel 2 similar al nivel 1, con un solo disco redundante y alta velocidad; en el nivel 3, los discos operan independientemente y presenta tiras grandes; en el nivel 4 similar al nivel 3, con tiras de paridad en todo el disco y son utilizados en servidores de red; y en el 5 y ultimo nivel, se hacen los cálculos de paridad, son distintos y la disponibilidad de datos es extraordinariamente alto.

• Memoria Óptica, presente en los CD, CD-ROM, DVD, DVD-R y DVD-RW; siendo entonces su funcionamiento mediante un laser tanto para escritura y lectura; generando este laser una grabación digital la cual es a partir de una serie de hoyos en la superficie de los discos graba todos los datos deseados, siendo entonces para la lectura de la misma forma gracias a un laser de velocidad lineal constante que cuando es en una parte mas cercana al centro del disco la velocidad del disco disminuye, siendo lo contrario en un parte mas alejada del centro del disco.

• Cinta Magnética, los sistemas de cinta magnética tiene el mismo funcionamiento tanto en la lectura y grabación que la de los discos, ya que están compuestas por una cinta poliéster flexible cubierta por un capa magnetizable, para entonces los datos están estructurados en serie de pistas paralelas, siendo entonces la forma de grabación en forma paralela y que se la llega a conocer como una grabación en serpentina, ya que al grabar los datos se llega a grabar a lo largo de toda la cinta; y por ultimo para la lectura dependerá del registro que esta posicionado en el cabeza de la cinta, siendo necesario leer todos los registro hasta llegar al necesitado.

• CONCLUSIONES

• Las Memorias Externas se relacionan de forma directa con el computador, para la transferencia de datos tanto del computador hacia el dispositivo o del dispersivo al computador, mediante las diferentes instrucciones que realiza la Memoria principal y con un respectivo control, llegando a conseguir el fin que se busca ya sea localizar información necesaria localizada en el disco o transferir datos al dispositivo para su almacenamiento.

• Toda Memoria Externa desde su aparición hasta la actualidad a tenido como única y principal función la de almacenar datos que no puede mantener la memoria del computador, siendo de gran utilidad para el manejo de grandes bloques de datos y su seguridad de estos mismos.

• La relación entra la Memoria Externa y el Computador, tanto para la escritura y lectura de datos; se llega a dar mediante instrucciones que forma general sirven para ejecutar los procesos que comprenden en mover, memorizar, cargar y entre otras ordenes; con la finalidad de transferir estos mismos datos hacia el dispositivo o hacia el computador.

• El funcionamiento de estas Memorias Externas, tanto para la escritura y lectura se da mediante un determinado hardware, el cual para cada uno de estos diferentes dispositivos usa diferentes herramientas físicas que facilitan los procesos necesitados por el usuario mencionados anteriormente.

T5:

Entrada / Salida

• ESTRUCTURA

• Esquema

• Descripción

Los dispositivos de E/S se comunican con la CPU y la memoria por los buses del sistema. Estos dispositivos son heterogeneos y de caracteristicas muy varidas, por lo que resultaria muy costoso que la CPU se encargara de manejarlos, tanto los dispositivos electronicos (monitores de video o sensores), como los que disponen de mucha mecanica en su funcionamiento (discos o cintas magneticas).

Por esto, normalmente, cada dispositivo o grupo de dispositivos perifericos cuenta con un controlador de dispositivo, cuya electronica incluye controladores y chips especializados en el menejo de este tipo de dispositivos. Estos controladores de dispositivos admiten ordenes o comandos muy abstractos que le puede enviar la CPU, y que una vez resividos se encarga de llevarlos a cabo, liberando así al procesador principal de realizar todas las tareas de bajo nivel, y con cualquier tipo de dispositivo.

El controlador de dispositivo actua de interfas entre la CPU y el dispositivo de E/S, permitiendo la realización de operaciones mas o menos complejas con relativia facilidad. Cada controlador puede ocuparse de uno o varios dispositivos del mismo tipo y, en algunos casos, de realizar operaciones de distinta naturaleza. Estos controladores, controladores de dispositivos, son los que tienen son los que tienen interfas directa con el procesador principal. La forma más común que ofrece los controladores de dispositivos para recibir intrucciones del procesador, o de ofrecer información de sus estado es mediante unos registros o puertos. Un controlador dispone de unos cuantos puertos (entre 2 y 30) que pueden ser de lectura, de escritura o de lectura – escritura. Los de escritura son los que se utilizan para admistrarle datos y ordenes o comandos de las operaciones que tiene que realizar, mientras que los de lectura son para leer datos e informar el estado interno.

• FUNCIONES

• DIRECCIONAMIENTO O SELECCIÓN DEL DISPOSITIVO: Que debe llevar a cabo la operación de E/S.

• TRANSFERENCIA DE LOS DATOS: Entre el procesador y el dispositivo (en uno y otro sentido).

• SINCRONIZACION Y COORDINACION DE LAS OPERACIONES: Esta funcion es necesaria debido a la diferencia de velocidades entre los dispositivos y la CPU y la independencia que debe existir entre los perifericos y la CPU (suelen tener relojes diferentes).

• ESTABLECIMIENTO DE NA COMUNICACION FISICA: Entre el procesador y el periférico para la transmisión de la unidad de información.

• CONTROL DE LOS PERIFÉRICOS: Se incluyen operaciones como prueba y modificación del estado del periférico. Para realizar estas operaciones la CPU gestionará las lineas de control necesarias.

• REENCUENTRO DE LAS UNIDADES DE INFORMACIÓN: Transferidas (normalmente en bytes) para reconocer el fin de operación.

• SINCRONIZACIÓN DE VELOCIDAD: Entre la CPU y el periférico.

• DETECCIÓN DE ERRORES Y CORRECCIÓN DE ERRORES: Mediante la utilización de los códigos necesarios (bits de pariedad, códigos de redundancia cíclica, etc).

• ALMACENAMIENTO TEMPORAL DE LA INFORMACIÓN: Es más eficiente utilizar un buffer temporal específico para las operaciones de E/S que utilizan el área de datos del programa.

• CONVERCIÓN DE CÓDIGOS: Conversión en serie o paralelo.

• REPERTORIO DE INSTRUCCIONES

• Los dispositivos E/S se conectan a travez de los modulos de E/S salida al sistema.

• Procesador envia una orden de E/S.

• Asignar las E/S a la memoria.

• Seleccionar una linea de lectura y escritura en memoria junto con las ordenes de entrada y salida.

• Contrastar dos tecnicas E/S programada y E/S mediante interrupciones. Si es E/S programada se siguen las intrucciones siguientes:

• Mandar orden de lectura al módulo de E/S.

• Leer el estado del modulo E/S. comprobamos el estado si esta preparado pasamos a la siguiente instrucción, en caso contrario regresamos a la 3.6.1.

• Leer una palabra del módulo E/S.

• Escribir una palaba en la memoria. Si es el final pasamos a la instrucción final, en caso contrario regresamos a la instrucción 3.5.1.

Si es E/S mediante interrupciones hacemos las siguientes instrucciones:

• Mandar orden de lectira al modulo de E/S. Se genera la interrupcion.

• Leer el esatdo del módulo E/S. Se ejecuta la interrupción. Comprobamos es estado si esta preparado seguimos al paso siguiente, sino generamos una condicion de error.

• Leer una palabra del módulo E/S.

• Escribir una palabra en la memoria. Si es el final pasamos a la instrucción final en caso contrario regresamos a la instrucción 3.5.5.

• Recuperar los valores de PSW y contador desde la pila.

• FUNCIONAMIENTO

Cuando el procesador desee leer o escribir un bloque de datos, envia una orden al módulo DMA, si se desea una lectura o escritura se utiliza una linea de lectura o escritura entre el prcesador y el módulo DMA. Se indica la dirección del dispositivo de E/S a través de la linea de datos. Luego el procesador delega la operación de E/S al módulo DMA, éste transfiere el bloque completo de datos directamente desda la memoria o hacia la memoria, cuando este proceso termina el DMA manda una señal de interrupción al procesador y así el procesador solo interviene al inicio y al final de la transferencia del bloque de datos.

• CONCLUSIONES

• La estrutura de la arquitectura de entrada/salida esta conformada por una serie de unidades y dispositivos fisicos como los dispositivos de E/S y también por partes no físicas como los buses y controladores. Mediante estos componentes podemos transferir y recibir información al computador.

• Cada parte o componente tanto físico como no físico cumple con una determinada función, relacionado los componentes mandando informacion en sentido bi-direccional y permitiendo la mejor transmición de la información.

• La mayor parte de procesadores disponde de un amplio repertorio de instrucciones para poder acceder a la memoria, así nos permite tener más opciones de acceder a la memoria y una programacion mas eficiente.

• El módulo DMA actua de diferente forma, en este caso como procesador suplementario, utiliza E/S programada para intercambiar datos entre la memoria y el modulo de E/S. Siendo esta manera la menos eficiente. De la misma forma sucede con la E/S programada, en la cual el procesador usa dos fases de buses. En un caso general el módulo DMA nos permite afianzar la tranmisión cumpliendo la función antes mencionada procesador suplementario.

T6:

Sistemas operativos

• ESTRUCTURA

• Esquema

• Descripción

Se suele considerar que un S. O esta formado por 3 capas: el Núcleo, los Servicios y el Intérprete de comandos o Shell. El núcleo o Kernel es la parte del S.O que interacciona directamente con el hardware de la maquina, se carga al arrancar la máquina y se mantiene siempre en memoria. La capa de servicios o llamadas al sistema ofrece a los programas unos servicios en forma de interfaz de programación o API (application programming interface) se suelen agrupar según su funcionalidad en varios componentes. (Gestión de procesos, gestión de memoria, gestión de la e / s gestión de archivos y directorios, comunicación y sincronización entre proceso seguridad y protección); El Interprete o Shell es la interfaz entre el usuario y el sistema operativo, es el área en donde los S.O. pueden diferenciarse.

En el segundo esquema indica las principales recursos que administra el sistema operativo: La unidad central de procesamiento (donde está alojado el microprocesador), los dispositivos de entrada y salida, la memoria principal (o de acceso directo), los discos (o memoria secundaria), los procesos (o programas en ejecución) y en general todos los recursos del sistema. Una parte del sistema operativo esta en la memoria principal, esta incluye el núcleo kernel y la otra parte de la memoria contiene otros programas y datos.

• FUNCIONES

• El S.O. ofrece a los programas un conjunto de servicios o llamadas al sistema que los pueden solicitar cuando necesiten, estos complementan los servicios de hardware (asignación de recursos) .En la gestión de procesos SO es responsable de: Crear y eliminar procesos del usuario y/o del sistema, suspender y reanudar procesos, sincronización de procesos, comunicación entre procesos, manejo de bloqueos mutuos; en la gestión de memoria el SO es el responsable de: Conocer qué partes de la memoria están siendo utilizadas y por quién, decidir qué procesos se cargarán en memoria cuando haya espacio disponible, asignar y liberar espacio de memoria; en el sistema de Archivos el SO es responsable de: Construir y eliminar archivos y directorios, ofrecer funciones para manipular archivos y directorios, establecer la correspondencia entre archivos y unidades de almacenamiento, realizar copias de seguridad de archivos: En el almacenamiento secundario el SO se encarga de: Planificar los discos, gestionar el espacio libre, asignar el almacenamiento, verificar que los datos se guarden en orden, respecto al Sistema de entrada y salida el SO debe: Administrar los dispositivos de E/S, transferencia de datos desde y hacia los periféricos de E/S y otros elementos del Sist. Informático, detección de final y manejo de operaciones de E/S ; En el sistema de protección El SO se encarga de: Distinguir entre uso autorizado y no autorizado, especificar los controles de seguridad a realizar, forzar el uso de estos mecanismos de protección.

• En una computadora suelen haber varios programas ejecutándose simultáneamente. El S.O. debe a cada uno: Asignar recursos, garantizar su protección de datos como de ejecución y suministrar información del uso de los recursos.

• REPERTORIO DE INSTRUCCIONES

• La forma en que se realiza una llamada al sistema consiste en colocar una serie de parámetros en un lugar específico (como los registros del procesador), para después ejecutar una instrucción posiblemente del lenguaje ensamblador del procesador denominada trap (en castellano, trampa). La ejecución de esta instrucción máquina hace que el hardware guarde el contador de programa y la palabra de estado del procesador (PSW, Processor Status Word) en un lugar seguro de la memoria, cargándose un nuevo contador de programa y una nueva PSW. Este nuevo contador de programa contiene una dirección de memoria donde reside una parte (un programa) del sistema operativo, el cual se encarga de llevar a cabo el servicio solicitado. Cuando el sistema operativo finaliza el servicio, coloca un código de estado en un registro para indicar si hubo éxito o fracaso, y ejecuta una instrucción return from trap, esta instrucción provoca que el hardware restituya el contador de programa y la PSW del programa que realizó la llamada al sistema, prosiguiéndose así su ejecución. Syscall .Llamada al Sistema (system call) El registro $v0 contiene el número de la llamada al sistema, y dependiendo de este número, el sistema operativo realizará la tarea asociada (imprimir en consola, leer de teclado, abortar la ejecución de un programa, etc.).Instrucciones de control del sistema que son instrucciones privilegiadas están reservadas para el sistema operativo, como por ejemplo, (CLI Inhibir las interrupciones, STI Habilitar las interrupciones, etc.).

• FUNCIONAMIENTO