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UNIDAD DE ENTRADA/SALIDA Todo computador necesita llevar a cabo intercambio de información con personas u otros computadores mediante unos dispositivos que denominamos de manera genérica dispositivos periféricos. Para hacer una operación de entrada/salida(E/S) entre el computador y un periférico, es necesario conectar estos dispositivos al computador y gestionar de manera efectiva la transferencia de datos. Para hacerlo, el computador dispone del sistema de E/S. La arquitectura de Entrada/Salida del computador es su Interfaz con el exterior. Un módulo de E/S no es únicamente un conector mecánico que permite conectar el dispositivo al bus del sistema: sino que además está dotado de cierta “inteligencia”, es decir, contiene la lógica para permitir la comunicación entre el periférico y el bus.

Figura 1. Sistema de E/S

El módulo de E/S tiene dos funciones principales: ✓

Realizar la interfaz entre el procesador y la memoria a través del bus de sistema o un conmutador central.

✓

Realizar la interfaz entre uno o más dispositivos periféricos mediante enlaces de datos específicos.

Estructura del sistema de E/S del computador Los elementos principales que forman el sistema de E/S son los siguientes: los dispositivos externos, los módulos de E/S, los sistemas de interconexión externos y el mapa de memoria e instrucciones de E/S.

Figura 2. Interconexión del módulo de E/S

A continuación, haremos una breve descripción de estos elementos y de cómo interactúan entre sí.

 Dispositivo Externo Las operaciones de Entrada/Salida se realizan a través de una amplia gama de dispositivos que proporcionan una forma de intercambiar datos entre el exterior y el computador. Un dispositivo externo se conecta al computador mediante un enlace a un módulo E/S.

Figura 3. Estructura e Interconexión del Dispositivo Externo

Funcionamiento ✓

Señales de Control: determina la función que debe realizar el dispositivo.

✓

Señales de Estado: indican si el dispositivo está preparado para la transferencia.

✓

Lógica de Control: controla su operación en respuesta a los indicadores del módulo E/S.

✓

Transductor: convierte las señales eléctricas asociadas al dato a otra forma de energía y viceversa en el caso de una entrada o salida.

✓

Buffer: almacena temporalmente el dato que se está transmitiendo.

Clasificación Los dispositivos externos se pueden clasificar en tres categorías: ✓ De interacción con humanos: permiten la comunicación con el usuario del PC: teclado, monitor, impresoras, etc. ✓ De interacción con máquinas: permiten la comunicación con otros componentes del PC: discos magnéticos, CD, sensores y actuadores (robótica), etc. ✓ De comunicación: permiten la comunicación con dispositivos remotos: tarjetas de red, un PC, etc.

 Módulos de E/S: Permite que el procesador gestione una amplia gama de dispositivos periféricos de una forma similar, ocultando los detalles concretos de temporización, formatos de datos y principios físicos de funcionamiento. El módulo de E/S se conecta con el procesador a través de un conjunto de líneas de datos, dirección y control (un bus). Los datos que se transfieren se almacenan temporalmente en un registro de datos. El estado del módulo se refleja en los bits de un registro de estado. El registro de control permite configurar y programar diferentes funciones en el módulo. Estos dos registros (estado y control) pueden unificarse en uno sólo en módulos simples. Un módulo de E/S dispone de la lógica específica para su conexión con uno o más dispositivos periféricos. En la siguiente figura se muestra la estructura general de un módulo de E/S:

Figura 4. Estructura del módulo de E/S

Cuando un módulo de E/S gestiona más de un periférico, hay dos configuraciones básicas, la conexión punto a punto y el multipunto, aunque las configuraciones que encontramos en máquinas reales son muy variadas.

Figura 5a. Conexión punto a punto

Figura 5b. Conexión multipunto

✓ En la conexión punto a punto el módulo de E/S gestiona la comunicación con cada dispositivo periférico individualmente. ✓ En la conexión multipunto el módulo de E/S gestiona la comunicación con los periféricos mediante un bus normalizado de E/S y hay que añadir la lógica para acceder al bus.

Funciones del Módulo de Entrada/Salida Las principales tareas y funciones de las que el módulo de E/S debe hacerse cargo son los siguientes: ✓ Señales de Control: determina la función que debe realizar el dispositivo. ✓ Control y Temporización: coordina el tráfico entre los recursos internos y los dispositivos externos. ✓ Comunicación con el procesador: establece la Comunicación entre el procesador y los dispositivos externos. ✓ Comunicación con los dispositivos: intercambiar órdenes, información del estado y datos. ✓

Almacenamiento temporal en datos: los retiene y luego los envía al periférico a la velocidad de este.

✓

Detección de errores: informar al procesador de errores (defectos mecánicos y eléctricos).

Un módulo de E/S puede resultar o no transparente al CPU. Un módulo de E/S puede hacerse cargo del funcionamiento del dispositivo o delegar esa tarea al propio CPU. Al módulo de E/S también se le conoce como Canal de E/S o Procesador de E/S.

Alex Jiménez ®...