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Periféricos de un Computador

martes, 9 de agosto de 2011

Periféricos de un Computador

La función principal de los periféricos es convertir datos externos en internos y viceversa. Los periféricos de entrada son los encargados de proporcionar datos o instrucciones provenientes del exterior y convertirlas en señales eléctricas binarias, codificadas, para su posterior almacenamiento en memoria.

Los periféricos de salida sirven para que los resultados de procesos codificados , se transformen en el periférico, en señales de otro tipo, es decir, se almacenen, se visualizan o se transmitan.

Electrónica del Periférico (EP): se encuentra, en general, alojada en el periférico mismo. El EP se conecta a la CPU, a través de otro circuito: la interfaz buffer (IB) o “adaptador”.

Por interfaz se entiende cualquier dispositivo adaptador que permita conectar dos sistemas o subsistemas diferentes.

Entre el periférico y el CPU hay dos niveles de circuitos electrónicos, la EP y la interfaz. La EP se encuentra en el periférico y la interfaz en una plaqueta enchufable en el mother (Off Board) o la plaqueta incorporada al mother (On Board), como por ejemplo, un Modem interno.

Interfaces Buffers

Un buffer es un registro (o varios) para almacenar temporalmente información. Su función es adaptar dos velocidades distintas permitiendo independencia entre productor y consumidor, con el fin de que ambos estén permanentemente ocupados.

Los periféricos no se conectan directamente a MP, sino que reciben o envían datos desde o hacia la MP a través de buffers intermedios que almacenan temporalmente dichos datos. Dada la gran diferencia de velocidades de operación y transmisión de datos entre la parte central de un computador (totalmente electrónico) y sus periféricos (con movimientos mecánicos) se impone necesariamente la existencia de interfaces buffers entre ambos, con registros para poder almacenar, el tiempo requerido, la información en curso.

Así como se requieren buffers intermedios para la transferencia de datos en operaciones de E/S, también son necesarios otros buffers para depositar transitoriamente las órdenes de control. Los registros de la CPU envían el código de operación a la interfase buffer (IB), para que el periférico sepa qué acción realizar. Asimismo, existirá un Registro de Estado del periférico ligado a la interfaz, para codificar si el mismo está operando o no. Por lo tanto, para cada periférico se requiere la existencia de uno o varios buffers entre su EP y la porción central, que oficien de intermediarios para adoptar velocidades dispares o coordinar el pasaje de datos entre dichos subsistemas.

Registros buffers ports: en los sistemas basados en microprocesadores se designa “Ports” a los registros usados como buffers entre un periférico y la porción central. Los registros ports para datos y control constituyen la parte central de una circuitera interfaz buffer (IB).

La UC puede leer o escribir estos registros a través del bus de datos como si fueran posiciones de memoria principal. Para tal fin, cada uno de estos registros ports de una IB tiene un número (dirección) para poder ser seleccionado por la UC. Cada IB posee circuitos para detectar las direcciones de sus ports y para generar su señal IR (interrupción requerida) que llega a la UC mediante un cable del bus de control.

Existen registros ports serie y paralelo, según que la transferencia de datos entre el port y el EP de su periférico sea mediante una línea o varias, conforme a la velocidad de transferencia de datos requerida. Ejemplos del primer tipo son los ports para teclado modem y mouse; usándose ports en paralelo para la impresora, disco y monitor.

Necesidad del Buffer

Con una DRAM de tiempo de acceso de 60 nanosegundos (nseg), cada vez que la UC de 50 Mhz (20 nseg por pulso de reloj) desee leer o escribir un dato en ella, deben transcurrir 3 pulsos de reloj.

Si se contara DRAM de tiempo de acceso de 20 nseg se utilizaría un pulso de reloj, pudiéndose emplear los otros dos en otras acciones (una operación aritmética o pedir un dato). De esta forma la ejecución de las instrucciones se haría más rápida, sin pulsos de espera (“wait states”).

Justamente ésta es la función de la memoria buffer caché de poca capacidad, interpuesta entre la CPU y la MP de tipo DRAM, de forma tal que, siguiendo con el ejemplo dado, la CPU pueda leer o escribir una palabra en dicho buffer en 20 nseg en tanto que al mismo tiempo pueda llegar desde la MP una palabra cada 60 nanosegundos (igual tiempo para la escritura en MP desde caché).

¿Cómo opera el caché durante el procesamiento de datos?

Cuando la UC ordena leer una dirección de MP, los circuitos de control del caché transforman la dirección de MP en una dirección del caché, la cual proporciona rápidamente la palabra direccionada (sea instrucción o dato). Si la palabra direccionada no está en el caché, la transfieren a éste y, además de dicha palabra, transfieren un bloque de unas 16 palabras de la zona “activa” de la MP. De esta forma, en la caché se anticipan los contenidos de MP que casi seguramente perdió la UC. Cuando se debe cambiar en el caché un bloque “activo” por otro, se decide por medio de un algoritmo de reemplazo.

Buffer Memoria Caché entre MP y CPU: si la velocidad de procesamiento de datos de la CPU es mayor que la de la MP, la primera deberá esperar a la segunda.


ENTRADA /SALIDA : Transferencia por ADM y AIM

En una operación de entrada los datos provenientes del exterior pasan por el periférico, siguen por el registro port de datos de su IB y tienen como destino la MP. Inversamente, una salida de datos tiene como origen la MP y de ésta deben legar al registro port de la IB del periférico de salida, para luego, a través de éste, salir al exterior. El pasaje de datos del registro port de una interfaz hasta la MP, o viceversa, constituye la fase de transferencia de una operación de entrada o salida.

Las dos formas de realizar esta fase son: el Acceso Directo a Memoria (ADM) y el Acceso Indirecto a Memoria (AIM).

Acceso Directo a Memoria: la transferencia se hace directamente al registro port de datos de una interfaz hacia la MP o viceversa, según sea una operación de entrada o salida. Una transferencia por ADM desde o hacia una IB, se realiza sin que la UC pierda tiempo en la ejecución de instrucciones para efectuarla, mediante un circuito complementario de la interfaz: “el controlador de ADM”. Este, como la UC, puede leer o escribir la MP, lo cual indica que en un principio debe poder enviarle a la UC las direcciones, y activar el cable de L/E para leer o escribir. La MP solo puede ser leída o escrita por la ADM únicamente en el transcurso de una operación de E/S. Al conjunto interfaz controlador ADM lo designaremos “Interfaz Buffer con ADM” (IADM) o (UADM).

Se impone al ADM para periféricos de gran velocidad de transferencia como la unidad de disco rígido, unidad de cinta magnética y para unidad de disquetes y rastreador (scanner).

Acceso indirecto a memoria mediante instrucciones que realiza la UC: en estas transferencias, en una operación de entrada, el dato contenido en un registro port pasa primero por un registro de la UC antes de llegar a la MP.

Port Datos --> Registro “A” de la CPU --> MP

Si ocurre una salida, tiene lugar una triangulación en sentido contrario.

Para que en una operación de entrada se realice lo anterior, la UC debe ejecutar:

1)Una instrucción que ordene transferir una copia del contenido del registro port de la IB hacia un registro de la CPU.

2)Otra instrucción que ordene transferir una copia del contenido de este último registro hacia una posición de MP.

Puesto que la transferencia sucede porque es ordenada por las instrucciones, la AIM es un proceso controlados por “Software”, a diferencia del ADM que ocurre por el controlador de ADM, que es un circuito (“Hardware”). Este tipo de transferencia a cargo de la UC, se emplea para periféricos más lentos: teclado, mouse, módems, etc.

Firmware

Se denomina firmware al software (programas) almacenado permanentemente en el hardware constituido por una memoria ROM electrónica. Dentro de este grupo existe un programa que debe estar necesariamente en MP tipo ROM: el programa de arranque del computador que, al encender éste, inicialice registros con un valor predeterminado y permita que los programas resguardados en disco puedan cargarse en la parte RAM de la MP, en especial el Sistema Operativo (S.O.). Cuando la CPU es energizada, automáticamente su registro de dirección de instrucción a ejecutar toma un valor prefijado y lo primero que hace la CPU es buscar en MP la instrucción existente en dicha dirección. Dicha instrucción será la primera del “programa de arranque” citado, almacenado permanentemente en la porción ROM de MP.

Se llama “bufeo” a la acción del “programa de arranque” de traer del disco a MP, los primeros programas que se deban ejecutar. En la MP de las computadoras existe la ROM bios, que contiene, además de los programas de diagnostico y arranque citados, subrutinas para manejar operaciones de E/S, especialmente en lo referente al manejo de los ports y otras rutinas de servicios relacionados.


Relación Entre los Tamaños de las Porciones ROM y RAM de MP

En un procesador dedicado, en general predominará en MP la porción ROM sobre la RAM, salvo que los datos (o resultados) sean muy voluminosos. En un procesador multipropósito, la porción RAM, será mucho mayor que la ROM, puesto que los programas van cambiando en MP según la aplicación. Si se almacenara el S.O. en la porción ROM aumentaría notablemente la porción de éste dentro de la MP.

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