• Author / Uploaded
• angels2850

Citation preview

Alumnos: Keila Yareth Julio Ramírez Miguel Ángel Damián Hernández Marcos Tepole Quechulpa Aldo Cuevas Morales Oscar Pérez Valente Presentan Investigación “Dispositivos de I/O”

Asignatura Arquitectura de computadoras

Profesora Ariadna Jiménez Aguilar

Fecha

23 de septiembre de 2011

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp.

Índice

Dispositivos de I/O………………………………………………………………………………2

Arquitecturas…………………………………………………………………………..………….4

Tipos………………………………………………………………………………..………………...6

Características…………………………………………………………..……………………….10

Funcionamiento…………………………………………..…………………………………....12

Conclusión ……………………………………….………………………………………………..14

Referencias………………………………………………………………………………………… 15

2

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp.

1.2.3 DISPOSITIVOS DE I/O Son aquellos dispositivos que pueden operar de ambas formas: tanto de entrada como de salida. Típicamente, se puede mencionar como periféricos mixtos o de Entrada/Salida a: discos rígidos, disquetes, unidades de cinta magnética, lecto-grabadoras de CD/DVD, discos ZIP, etc. También entran en este rango, con sutil diferencia, otras unidades, tales como: Tarjetas de Memoria flash o unidad de estado sólido, tarjetas de red, módems, tarjetas de captura/salida de vídeo, etc. Los dispositivos de entrada/salida (E/S o I/O) forman ( junto con la CPU y la memoria) uno de los elementos más importantes del computador. Uno de sus objetivos principales es la eficiencia en las operaciones de entrada/salida, minimizando el trabajo a realizar por la CPU. A la combinación de una unidad central de procesamiento (CPU) y memoria principal (aquélla que la CPU puede escribir o leer directamente mediante instrucciones individuales) se la considera el corazón de la computadora y cualquier movimiento de información desde o hacia ese conjunto se lo considera entrada/salida. La CPU y su circuitería complementaria proveen métodos de entrada/salida que se usan en programación de bajo nivel para la implementación de controladores de dispositivos Los dispositivos de E/S están formados por una parte mecánica y una parte electrónica, esta última se denomina controlador de dispositivo y generalmente la interfaz entre ambas partes es de bajo nivel.

3

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp. Entre los principales elementos de Entrada-Salida se tienen:

 Unidades

de

almacenamiento

 Fax

 Pantalla táctil

 Memory cards

 Dispositivos

 CD/ DVD

 USB

 Módem

 Router

hápticos

Se pueden clasificar en dos grandes categorías:  Dispositivos de bloque.  Dispositivos de caracter.

Dispositivos de bloque :  La información se almacena en bloques de tamaño fijo.  Cada bloque tiene su propia dirección.  Los tamaños más comunes de los bloques van desde los 128 bytes hasta los 1.024 bytes.  Se puede leer o escribir en un bloque de forma independiente de los demás, en cualquier momento.  Un ejemplo típico de dispositivos de bloque son los discos.

Dispositivos de carácter son:  La información se transfiere como un flujo de caracteres. No se pueden utilizar direcciones.  No tienen una operación de búsqueda.  Ejemplos típico de dispositivos de caracter son las impresoras de línea, terminales, interfaces de una red, ratones, etc.

4

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp.

1.2.3.1 ARQUITECTURAS

Periférico: • Dispositivo que permite al microprocesador su interacción con el entorno Interfaz: • Conjunto de módulos electrónicos que permiten el control de un periférico adaptando las diferentes velocidades y modos de funcionamiento del microprocesador y los periféricos Bus: • Normalmente se refiere al conjunto de señales con las que se comunica el microprocesador con el entorno: memoria o periféricos (a través de las interfaces) INTERFAZ • Existen una gran variedad de periféricos con normas de funcionamiento diferentes y resultaría imposible implementar en el procesador tal diversidad de controladores • Las diferencias de velocidad de los dispositivos hace que no sea práctico comunicarse con ellos directamente a través del bus del sistema • En algunos casos incluso la velocidad del dispositivo es mayor que la de la memoria o el procesador • Los periféricos utilizan datos con formatos y tamaños de palabra diferentes de los del microprocesador al que se conectan. Control y temporización de la transferencia de datos entre el dispositivo y el procesador • si el sistema utiliza un bus cada interacción de la interfaz de E/S con el procesador puede requerir uno o más arbitrajes del bus Comunicación con el procesador: decodificación de órdenes: la interfaz acepta órdenes del procesador •Intercambio de datos a través del bus • Información de estado: saber si el dispositivo está preparado para transferir datos o no

5

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp. Comunicación con los dispositivos • Intercambio de órdenes, información de estado y datos Almacenamiento temporal de datos fundamental para equilibrar las diferencias de velocidad del procesador y de los periféricos. La arquitectura que manejan los dispositivos de E/S es la siguiente:    

Manejadores de interrupciones. Directivas de dispositivos. Software de S. O. independiente de los dispositivos. Software a nivel usuario.

Las interrupciones deben ocultarse en el S. O.:  

Cada proceso que inicie una operación de e / s se bloquea hasta que termina la e / s y ocurra la interrupción. El procedimiento de interrupción realiza lo necesario para desbloquear el proceso que lo inicio.

Todo el código que depende de los dispositivos aparece en los manejadores de dispositivos. Cada controlador posee uno o más registros de dispositivos:  Se utilizan para darle los comandos.  Los manejadores de dispositivos proveen estos comandos y verifican su ejecución adecuada. La labor de un manejador de dispositivos es la de:  Aceptar las solicitudes abstractas que le hace el software independiente del dispositivo.  Verificar la ejecución de dichas solicitudes.

6

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp.

1.2.3.2 TIPOS Tipos de puertos de E/S Existen 2 tipos: TCP (Transmission Control Protocol) y los puertos UDP (User Datagram Protocol) que son usados por el protocolo TCP, ofrece una gran flexibilidad en conexiones host a host, así como verificación de errores, transmisión de datos simultanea en ambos sentidos, seguridad, entre otras características, evitando que las capas superiores o aplicaciones deban realizar estas tareas y liberando por tanto de carga al sistema. También podemos encontrarnos con speedstream pero que prácticamente no tiene ningún uso.

el

protocolo

GRE

en

routers

como el

Puerto serie (o serial) Un puerto serie es una interfaz de comunicaciones entre ordenadores y periféricos en donde la información es transmitida bit a bit enviando un solo bit a la vez (en contraste con el puerto paralelo que envía varios bits a la vez). El puerto serie por excelencia es el RS-232 que utiliza cableado simple desde 3 hilos hasta 25 y que conecta ordenadores o microcontroladores a todo tipo de periféricos, desde terminales a impresoras y módems pasando por ratones. La interfaz entre el RS-232 y el microprocesador generalmente se realiza mediante el integrado 82C50. El RS-232 original tenía un conector tipo D de 25 pines, sin embargo la mayoría de dichos pines no se utilizaban, por lo que IBM incorporó desde su PS/2 un conector más pequeño de solamente 9 pines que es el que actualmente se utiliza. En Europa la norma RS-422 de origen alemán es también un estándar muy usado en el ámbito industrial. Uno de los defectos de los puertos serie iníciales era su lentitud en comparación con los puertos paralelos, sin embargo, con el paso del tiempo, están apareciendo multitud de puertos serie con una alta velocidad que los hace muy interesantes ya que tienen la ventaja de un menor cableado y solucionan el problema de la velocidad con un mayor apantallamiento; son más baratos ya que usan la técnica del par trenzado; por ello, el puerto RS-232 e incluso multitud de puertos paralelos están siendo reemplazados por nuevos puertos serie como el USB, el Firewire o el Serial ATA. Los puertos serie sirven para comunicar al ordenador con la impresora, el ratón o el módem; Sin embargo, específicamente, el puerto USB sirve para todo tipo de periféricos, desde ratones, discos duros externos, hasta conexión

7

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp. bluetooth. Los puertos SATA (Serial ATA): tienen la misma función que los IDE, (a éstos se conecta, la disquetera, el disco duro, lector/grabador de CD y DVD) pero los SATA cuentan con mayor velocidad. Un puerto de red puede ser puerto serie o puerto paralelo.

PCI Puertos PCI (Peripheral Component Interconnect): son ranuras de expansión en las que se puede conectar tarjetas de sonido, de vídeo, de red etc. El slot PCI se sigue usando hoy en día y podemos encontrar bastantes componentes (la mayoría) en el formato PCI. Dentro de los slots PCI está el PCI-Express. Los componentes que suelen estar disponibles en este tipo de slot son: 

Capturadoras de televisión



Controladoras RAID



Tarjetas de red, inalámbricas o no.



Tarjetas de sonido

PCI-Express PCI-Express (anteriormente conocido por las siglas 3GIO, 3rd Generation I/O) es un nuevo desarrollo del bus PCI que usa los conceptos de programación y los estándares de comunicación existentes, pero se basa en un sistema de comunicación serie mucho más rápido que PCI y AGP. Este sistema es apoyado principalmente por Intel, que empezó a desarrollar el estándar con nombre de proyecto Arapahoe después de retirarse del sistema Infiniband. Tiene velocidad de 16x (8GB/s) y es utilizado en tarjetas gráficas. Además de todo esto el 501 se pueden poner las tarjetas graficas.

8

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp. Puertos de memoria A estos puertos se conectan las tarjetas de memoria RAM. Los puertos de memoria, son aquellos puertos en donde se puede agrandar o extender la memoria de la computadora. Existen diversas capacidades de memorias RAM, por ejemplo, aquellas de 256MB (Megabytes) o algunas de hasta 4GB (Gigabytes), entre más grande, más almacenamiento tiene la computadora. El almacenamiento de la memoria RAM, es para que el sistema tenga rápidamente datos solicitados o programas. La RAM no se debe confundir con el disco duro, el disco duro una vez apagada la computadora no pierde los datos, mientras que la RAM al apagar la computadora éstos se borran completamente; la RAM fue diseñada por que el acceso a ella es más rápido que el disco duro lo que hace que la computadora sea más rápida pudiendo ejecutar una mayor cantidad de procesos. Puerto de rayos infrarrojos En este tipo de puertos, puede haber de alta velocidad, los infrarrojos sirven para conectarse con otros dispositivos que cuenten con infrarrojos sin la necesidad de cables, los infrarrojos son como el Bluetooth. La principal diferencia es que la comunicación de Infrarrojos usa como medio la luz, en cambio el Bluetooth utiliza ondas de radio frecuencia. Especificaciones: para pasar la información por medio de infrarrojos se necesita colocar los infrarrojos pegados uno con el otro y así mantenerlos hasta que todos los datos se pasen de un puerto infrarrojo al otro, esto lleva un poco más de tiempo que si lo hiciéramos con el bluetooth. Muchas computadoras cuentan con un puerto de rayos infrarrojos de alta velocidad, que agiliza que los archivos, datos, imágenes, etc. se pasen más rápido. Puerto USB Permite conectar hasta 127 dispositivos y ya es un estándar en los ordenadores de última generación, que incluyen al menos dos puertos USB 1.1, o puertos USB 2.0 en los más modernos. Es totalmente Plug & Play, es decir, con sólo conectar el dispositivo y en caliente (con el ordenador encendido), el dispositivo es reconocido e instalado de manera inmediata.

9

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp. Sólo es necesario que el Sistema Operativo lleve incluido el correspondiente controlador o driver, hecho ya posible para la mayoría de ellos sobre todo si se dispone de un Sistema Operativo como por ejemplo Windows XP, de lo contrario el driver le será solicitado al usuario. Posee una alta velocidad en comparación con otro tipo de puertos, USB 1.1alcanza los 12 Mb/s y hasta los 480 Mb/s (60 MB/s) para USB 2.0, mientras un puerto serie o paralelo tiene una velocidad de transferencia inferior a 1Mb/s. El puerto USB 2.0 es compatible con los dispositivos USB 1.1 El cable USB permite también alimentar dispositivos externos a través de él, el consumo máximo de este controlador es de 5v. Los dispositivos se pueden dividir en dispositivos de bajo consumo (hasta 100 mA) y de alto consumo (hasta 500 mA) para dispositivos de más de 500 mA será necesario alimentación externa. Debemos tener en cuenta también que si utilizamos un concentrador y éste está alimentado, no será necesario realizar consumo del bus. La longitud del cable no debe superar los 5 m y que éste debe cumplir las especificaciones del Standard USB iguales para la 1.1 y la 2.0 Puertos Físicos Los puertos físicos, son aquellos como el puerto "paralelo" de una computadora. En este tipo de puertos, se puede llegar a conectar: un monitor, la impresora, el escáner, etc. Ya que estos artículos cuentan con un puerto paralelo para la computadora, con el cual se puede conectar y empezar su labor. En si el puerto paralelo es una conexión más para la impresora. Tipos de puertos paralelos Actualmente se conocen 4 tipos de puerto paralelo:  SPP)   

Puerto paralelo estándar (Standard Parallel Port Puerto paralelo PS/2 (bidireccional) Enhanced Parallel Port (EPP) Extended Capability Port (ECP)

10

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp.

1.2.3.3 CARACTERÍSTICAS Puertos en Serie: Características: 1. Normalmente estos suelen ser 2 en una placa base y son denominados COM 1 y COM 2. 2. Estos puertos funcionan con un chip llamado UART, que es un controlador serie. 3. El término serie quiere decir que la comunicación con este tipo de conector se realiza sólo en una dirección: o envío, o recepción de datos, pero no las dos al mismo tiempo debido a que envía los datos uno detrás de otro. 4. El puerto serie utiliza direcciones y una línea de señales, un IRQ para llamar la atención del procesador. Además el Software de control debe conocer la dirección. 5. La mayoría de los puertos serie utilizan direcciones Standard predefinidas. Éstas están descritas normalmente en base hexadecimal. 6. Para el protocolo de transmisión de datos, sólo se tiene en cuenta dos estados de la línea, 0 y 1, también llamados Low y High. 7. El conector tiene sus extremos en ángulo de manera que el enchufe podrá introducirse de una manera solamente. Puerto Paralelo: Características Generales: 1. Este puerto utiliza un conector hembra DB25 en la computadora y un conector especial macho llamado Centronic que tiene 36 pines. 2. Es posible conectar el DB25 de 25 pines al Centronic de 36 pines ya que cerca de la mitad de los pines del Centronic van a tierra y no se conectan con el DB25. 3. Desde el punto de vista del software, el puerto paralelo son tres registros de 8 bits cada uno, ocupando tres direcciones de I/O consecutivas de la arquitectura X86. 4. Desde el punto de vista Hardware, el puerto es un conector hembra DB25 con doce salidas latcheadas (que tienen memoria /buffer intermedio) y cinco entradas, con 8 líneas de masa. 5. La tensión de trabajo del puerto es de 5 voltios, por lo que necesitamos una fuente estabilizada o regulada de tensión. 6. Las 12 salidas TTL (0-5v) usan latches internos y pueden programarse vía instrucciones IN/OUT del CPU 7. Las 5 entradas son "Steady-State Input points" y pueden programarse vía instrucciones IN/OUT del CPU. 8. Las 3 direcciones del puerto (DATA, STATUS, CONTROL) inician comúnmente en la 37H (otras direcciones comunes son la 278H y 378BCH). 9. Una de las líneas de entrada es además una interrupción (que puede habilitarse vía programa) además hay una línea tipo "Power-onReset". Puerto USB (Universal Serial Bus): Características del puerto USB: 1. Todos los dispositivos USB tienen el mismo tipo de cable y el mismo tipo de conector, independientemente de la función que cumple. 2. Los detalles de consumo y administración electrónica del dispositivo son completamente transparentes para el usuario. 3. El computador identifica automáticamente un dispositivo agregado mientras opera, y por supuesto lo configura. 4. Los dispositivos pueden ser también desconectados mientras el computador está en uso.

11

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp. 5. Comparten un mismo bus tanto dispositivos que requieren de unos pocos KBPS como los que requieren varios MBPS. 6. Hasta 127 dispositivos diferentes pueden estar conectados simultáneamente y operando con una misma computadora sobre el Bus Serial Universal. 7. El bus permite periféricos multifunción, es decir aquellos que pueden realizar varias tareas a la vez, como lo son algunas impresoras que adicionalmente son fotocopiadoras y máquinas de fax. 8. Capacidad para manejo y recuperación de errores producido por un dispositivo cualquiera. 9. Soporte para la arquitectura conectar y operar (Plug&Play). 10. Bajo costo. Conectores RCA: Características: 1. Estos conectores transmiten la señal de audio por dos canales que van separados (un conector diferente para cada uno). 2. Los conectores de RCA son conveniente para los usos de la audiofrecuencia (AF). 3. El conector es mantenido por la presión física entre la ranura del enchufe y el conector macho. 4. Un problema del sistema RCA es que cada señal necesita su propio cable. Conector de video VGA: Características: 1. Trabaja a una velocidad de 4 MB/sec. 2. El puerto es de tipo macho de 26 pines. 3. No tiene características bien definidas de una impedancia como lo conectores BNC. Conector PS-2: Características: 1. El cuerpo del enchufe tiene generalmente una muesca o marca para mostrar donde está la parte que va para "arriba". 2. transmite la información en serie quiere decir que la comunicación con este tipo de conector se realiza sólo en una dirección: o envío, o recepción de datos, pero no las dos al mismo tiempo, ya que envía los datos uno detrás de otro. Conector RJ-45: Características: 1. Es muy sencillo conectarlo a las tarjetas y a los hubs. 2. Los datos se transmiten en banda base estos significa que se usa o se envía la información tal y como se produce es decir no es modula en un ancho de banda específico sino que se transmite en el ancho de banda en que llega originalmente esto es porque si se llega a modular posiblemente llegue a ocupar todo el ancho de banda. 3. Es seguro gracias a un mecanismo de enganche que posee mismo que lo firmemente ajustado a otros dispositivos, no como en el cable coaxial donde permanentemente se presenta fallas en la conexión. 4. Un conector más pequeño llamado mini-vga es usado en laptops. Conector RJ-11 Características:  Tiene 4 pines  El conector RJ-11 es más estrecho que el conector RJ-45

12

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp.

1.2.3.4 FUNCIONAMIENTO FUNCIONAMIENTO  Modo de conexión al computador: la interfaz o interfaces que utiliza, estándares o no.  Modelo de programación: cómo se realiza su configuración y control.  El teclado convencional es el principal dispositivo de entrada de datos en un computador.  También los terminales van acompañados de teclados (normalmente especiales). Conexión al computador  Consiste en una matriz de contactos con un controlador que detecta las teclas pulsadas, incluso si se pulsan a la vez.  Los dispositivos de entrada salida se conectan al computador a través de interfaces de muy distinta naturaleza:  Controlan un sólo dispositivo.- puerto paralelo, puerto serie.  Controlan muchos dispositivos.- bus USB, Fire Wire, Infiniband (servidores de alta gama hasta 30 Gbits/s), etc. Buses de E/S  Permiten la conexión de interfaces de dispositivos (incluso interfaces USB):  Genéricos: bus ISA, bus EISA, bus PCI, bus PCI-Express, etc.  Dedicados: buses IDE, bus SCSI,  Otros buses para sistemas industriales.  Bus CAN, bus I2C, etc. Funcionamiento de la E/S directa Registros del dispositivo:  IODIR: Dirección de memoria para la operación de E/S.  CONT: Contador de número de bytes a transferir. Funcionamiento habitual: 1. La CPU carga los valores en los registros del dispositivo. 2. El dispositivo solicita el uso de la memoria: DMA-request. 3. La CPU se lo concede: DMA-acknowledge. 4. El dispositivo transfiere los datos. Para cada uno, incrementa IODIR y decrementa CONT. 5. Cuando CONT llega a 0 se devuelve el control de la memoria a la CPU (DMA-request) y se envía una interrupción de aviso. Entrada/salida por consulta o programada: La CPU accede a los registros desde programa. 1. Para saber si el dispositivo está listo, se hace una consulta periódica Entrada/salida por interrupciones. 2. El dispositivo avisa a la CPU cuando está listo. 3. La entrada/salida se hace mediante una rutina de servicio de interrupción Entrada/salida por acceso directo a memoria. 4. El dispositivo accede directamente a la memoria. 5. Avisa a la CPU del inicio o final de la operación.

13

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp. E/S por consulta La operación de E/S es controlada por la CPU. Antes de realizar la operación se comprueba el (los) registro(s) de estado, para ver si el dispositivo está listo. E/S por interrupciones Permite al dispositivo marcar el instante en que se hace la transferencia de datos. El mecanismo de interrupción está presente en casi todos los computadores. Interfaz de E/S Comunicación con los dispositivos: • Intercambio de órdenes, información de estado y datos.  Almacenamiento temporal de datos • Fundamental para equilibrar las diferencias de velocidad del procesador y de los periféricos • Ejemplo: el procesador puede enviar datos a ráfagas de la memoria a un dispositivo que los procesa (de su almacén temporal) a una velocidad varios órdenes de magnitud inferior.  Detección de errores • Defectos mecánicos o eléctricos en el funcionamiento del dispositivo (atasco de papel, cambio de un bit, etc.).

14

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp.

Conclusión Como se ha podido observar existen muchos tipos de dispositivos que utiliza la computadora y que son indispensables para poder comunicarnos con la máquina. Un ejemplo muy claro lo es el Teclado y el Mouse. A lo largo del tiempo, se ha demostrado que la tecnología avanza cada día más en busca de mejores cosas y mayor comodidad para el usuario. Por ello debemos tener en cuenta cómo utilizar los dispositivos periférico del ordenador para obtener un mayor aprovechamiento de cada uno de estos y hacer nuestro trabajo más rápido y con la mayor comodidad posible, para lograr facilitar nuestras labores cotidianas en las ayuda de estas maquinas.

15

[DISPOSITIVOS DE I/O] Arquitectura de Comp.

REFERENCIAS

 http://www.ctr.unican.es/asignaturas/pib/PIB-TEMA-I-2en1.pdf

 http://www.monografias.com/trabajos34/dispositivos-perifericos/dispositivosperifericos.shtml#concl

 http://aleypaula.blogspot.com/2010/02/puertos-de-comunicacion-que-son-ypara.html

 http://www.ctr.unican.es/asignaturas/pib/PIB-TEMA-IV-B1-2en1.pdf

 http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/.../SO5.htm

16