2015 M1T1 Arquitectura E S

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Actualizado: Tema 1.- Arquitectura del sistema de E/S Tema 2.- Mecanismos de sincronización Tema 3.- Métodos de transferencia de datos Tema 4: Análisis, selección y evaluación de computadores MÓDULO 1 Fundamentos básicos del sistema de entrada/salida (E/S) 28 enero 2015

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Arquitectura Entrada/Salida

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  • Actualizado:

    Tema 1.- Arquitectura del sistema de E/S

    Tema 2.- Mecanismos de sincronizacin

    Tema 3.- Mtodos de transferencia de datos

    Tema 4: Anlisis, seleccin y evaluacin de computadores

    MDULO 1Fundamentos bsicos del sistema

    de entrada/salida (E/S)

    28 enero 2015

  • La E/S en el computador

    Conexin entre dispositivos de E/S, memoria y procesador

    Elementos bsicos de la E/S Interfaces Perifricos

    El sistema operativo y los dispositivos de E/S

    Operaciones de E/S Direccionamiento de la E/S Decodificador de direcciones Protocolos de comunicacin

    Clasificacin de los dispositivos perifricos

    Casos de estudio: puertos de E/S en el IBM-PC

    Bibliografa: Captulo 6 de [Stal-00] y [Patt-00]

    TEMA 1: Arquitectura del sistema de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 2

  • Componentes bsicos de laarquitectura Von-Neumann Unidad Central de Proceso (CPU)

    Unidad de control + registros +unidades funcionales

    Funcin: Ejecuta las instrucciones Memoria

    Almacenamiento de instrucciones ydatos

    Sistema de entrada/salida Interfaz con el exterior. Permite el

    intercambio de informacin condispositivos externos.

    Sistema de interconexin de loscomponentes Buses de interconexin Organizacin jerarqua de los buses

    para mejorar prestaciones del sistema.

    La E/S en el computador

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 3

    Mundo externo- Entrada: Informacin a procesar- Salida: Resultados

  • Interconexin de los componentes Conexin a travs de buses Bus: Canal de comunicacin compartido, que utiliza un conjunto de cables o vas de

    comunicacin para conectar mltiples subsistemas. Mltiples buses organizados jerrquicamente para mejorar las prestaciones

    Conexin entre dispositivos de E/S, procesador y memoria

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 4

    Mainmemory

    I/Ocontroller

    I/Ocontroller

    I/Ocontroller

    Disk Graphicsoutput

    Network

    Memory I/O bus

    Processor

    Cache

    Interrupts

    Disk

    Un solo bus compartido Jerarqua de buses

  • La E/S en el computador

    Conexin entre dispositivos de E/S, memoria y procesador

    Elementos bsicos de la E/S Interfaces Perifricos

    El sistema operativo y los dispositivos de E/S

    Operaciones de E/S Direccionamiento de la E/S Decodificador de direcciones Protocolos de comunicacin

    Clasificacin de los dispositivos perifricos

    Casos de estudio: puertos de E/S en el IBM-PC

    TEMA 1: Arquitectura del sistema de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 5

  • Dos componentes bsicos: Interfaz (o controlador) + perifrico

    Interfaz (o mdulo de E/S, [Stalling-00]) Sistema mixto hardware/software que permite la conexin del perifrico a los buses del sistema

    para establecer la comunicacin con el procesador y/o memoria. De complejidad variable acorde a la aplicacin y prestaciones del computador. Denominaciones:

    Controlador de E/S (microcomputadores) Interfaz de E/S canal de E/S (grandes computadores) Ejemplo: Controlador de teclado Interfaz externa RS-232C sist. almacenamiento altas prestaciones

    Perifrico Dispositivo hardware (electrnico, mecnico u ptico) que posibilita la comunicacin del

    computador con el mundo externo (un humano u otra mquina). E/S de datos: teclado, pantalla, ratn, impresora, joystick, Almacenamiento: disco, flash, cinta,

    La conexin del sistema de E/S lleva asociado el estudio de: Cronogramas y mecanismos de sincronizacin de las seales Estructura y programacin de los interfaces

    Los perifricos no se conectan directamente al bus del sistema: necesitan de un interfaz Capas de software del Sistema Operativo orientadas al manejo de dispositivos de E/S (drivers).

    Elementos bsicos de la E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 6

  • Esquema general

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 7

    BUS EMA

    Procesador Memoria

    Bus del sistema

    8085

    8085

    Interfaz/Controlador/Mdulo E/S

    PerifricoInterfaz/Controlador/Mdulo de E/S Conexin del perifrico al bus sistema Reconoce y genera direcciones Programador: Visible como un conjunto de registros Complejidad variable segn prestaciones del computador

    Controlador procesador de E/S Permite conjuntamente con el Sistema Operativo una visin simplificada del perifrico

    Una operacin de E/S consiste en: Comprobar si el dispositivo est listo (leerregistro de estado) Enviar parmetros de la operacin (registro decontrol) Transferir el dato (registro de datos) Terminacin (registro de control/estado)

  • Arquitectura y estructura de un interfaz de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 8

    Controlador de E/S

    Lne

    as d

    e di

    recc

    ione

    s

    Lne

    as d

    e da

    tos

    Lne

    as d

    e co

    ntro

    l

    Registro de datos

    Registro control/estado

    Lgica de interfaza dispositivo

    externo

    Lgica de interfaza dispositivo

    externo

    .

    .

    .

    Lgica de control E/S

    Perifricos- Impresoras- Discos-Teclados- Pantallas-

    Status

    Datos

    Control

    Status

    Datos

    Control

    Conexin albus del sistema Conexin al perifrico

    Funciones del interfaz o controlador E/S

    Control y temporizacin Comunicacin con el procesador Comunicacin con los dispositivos Almacenamiento temporal de datos para amortiguar lasdiferencias de velocidad entre CPU y perifrico Deteccin de errores Otras:

    Conversin de longitud y formato de los datos. Adaptacin de seales elctricas Protocolos de comunicacin

    - Tipo de interfaz: Serie o paralelo- Sincronizacin y temporizacin- Intercambio de:

    - rdenes- Datos- Estado

    - Protocolos comunicacin- Sincronizacin y temporizacin- Direccionamiento reg. controlador- Decodificacin de rdenes-Transferencias de datos- Informacin de estado

  • Caractersticas generales Dispositivo fsico desarrollado usando una

    o mltiples tecnologas Elctrica, electrnica, mecnica, qumica,

    etc Permite el intercambio de datos entre el

    computador y el exterior Conexin al computador a travs del

    interfaz o bus de E/S adecuado

    Transductor Convierte las seales elctricas asociadas al

    dato a otra forma de energa en el caso de lasalida, y viceversa, en el caso de unaentrada.

    Ejemplos: Salida: Impresora de impacto (agujas)

    conversin de energas?? Entrada: Ratn

    conversin de energas??

    Perifrico

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 9

    Lgicade control

    Buffer

    Transductor

    Estado

    Datos

    DatosControl

    Modelo de dispositivo externo

    al controlador de E/S

    seales especficas del perifricoEj: cabezal impresora

  • Ejemplo: Controlador de teclado y display de 7-seg

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 10

    Interfaz o controladorTeclado

    Bus del sistemamicrocomputador

    Display 7-seg

    Procesador

  • La E/S en el computador

    Conexin entre dispositivos de E/S, memoria y procesador

    Elementos bsicos de la E/S Interfaces Perifricos

    El sistema operativo y los dispositivos de E/S

    Operaciones de E/S Direccionamiento de la E/S Decodificador de direcciones Protocolos de comunicacin

    Clasificacin de los dispositivos perifricos

    Casos de estudio: puertos de E/S en el IBM-PC

    TEMA 1: Arquitectura del sistema de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 11

  • Objetivos bsicos de un sistema operativo (SO) Comodidad

    Hace que el computador sea ms fcil y cmodo de utilizar Eficiencia

    Permite un uso eficiente de los recursos del computador.

    El SO juega un papel muy importante en la entrada/salida de un computador. Acta como interfaz entre el hardware y el programa que pide E/S.

    Se encarga del conjunto particular de instrucciones y seales de control que necesita un dispositivo de E/Spara que funcione correctamente.

    El programador puede pensar simplemente en trminos de lecturas y escrituras (printf(), read(), write(), )sin preocuparse del control a bajo nivel de los dispositivos.

    Otras reas en las que el SO proporciona servicios Creacin de programas Ejecucin de programas Acceso controlado a los ficheros Acceso al sistema y gestin y control de usuarios Deteccin de errores y respuestas Contabilidad y estadsticas

    El sistema operativo y los dispositivos de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 12

  • Sistema compartido El sistema de E/S de un computador es compartido por mltiples programas que utilizan

    el procesador

    Uso de interrupciones Los sistemas de E/S utilizan, con frecuencia, interrupciones para solicitar la atencin del

    procesador (sincronizacin). Las interrupciones deben ser tratadas por el SO y hacen que el procesador cambie al

    modo supervisor o kernel.

    Complejidad del bajo nivel El control a bajo nivel de un dispositivo de E/S es complejo Gestin de un conjunto de eventos concurrentes Los requerimientos para el correcto control son con frecuencia muy detallados

    Cronogramas de seales de control, datos y estado

    Caractersticas bsicas de los sistemas de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 13

  • 1. Proporcionar proteccin a los recursos de E/S compartidos Garantiza que un programa de usuario slo pueda acceder a partes de un dispositivo de

    E/S en las que el usuario tiene derechos.

    2. Proporcionar abstracciones (capas de software) para acceder a los dispositivosa travs de rutinas (drivers) que tratan las operaciones de bajo nivel de losdispositivos.

    3. Manejar las interrupciones generadas por los dispositivos de E/S (de igualforma que trata las posibles excepciones generadas por los programas)

    4. Proporcionar acceso equitativo a los recursos de E/S compartidos

    5. Planificar los accesos con el fin de mejorar la productividad del sistema.

    Soporte del Sistema Operativo al sistema de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 14

  • Bsicamente, se distinguen los siguientes niveles de comunicacin:

    Envo de rdenes a los dispositivos de E/S Direccionamiento de los dispositivos de E/S

    Como puertos de E/S o como memoria (memory-mapped I/O)

    Sincronizacin Es necesario la sincronizacin entre procesador y perifrico debido a las diferencias de

    velocidad de los mismos. El dispositivo de E/S debe notificar al SO cuando ha completado una operacin o ha

    encontrado un error. Mtodos de sincronizacin:

    Consulta (polling) Interrupciones

    Transferencia de datos entre memoria y dispositivos de E/S Mtodos de transferencia

    Por programa Acceso directo a memoria (DMA) Procesadores especializados de E/S

    Comunicacin entre el SO y los dispositivos de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 15

  • La E/S en el computador

    Conexin entre dispositivos de E/S, memoria y procesador

    Elementos bsicos de la E/S Interfaces Perifricos

    El sistema operativo y los dispositivos de E/S

    Operaciones de E/S Direccionamiento de la E/S Decodificador de direcciones Protocolos de comunicacin

    Clasificacin de los dispositivos perifricos

    Casos de estudio: puertos de E/S en el IBM-PC

    TEMA 1: Arquitectura del sistema de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 16

  • Desde la programacin a bajo nivel, los dispositivos de E/S se ven como unconjunto de registros a travs de los que realizamos las operaciones E/S.

    Aspectos involucrados en una operacin de E/S: Direccionamiento

    Cada registro del mdulo de E/S o controlador/interfaz tiene asignada una direccin A estos registros se les suele llamar PUERTOS (ports) La direccin de un puerto se enva a travs del bus de direcciones del sistema Posibilidad de que las seales fsicas para direcciones y datos sean compartidas

    Buses multiplexados: se necesita de una seal que indique cuando hay direcciones o datos. 8086: Address Latch Enable (ALE)

    La direccin nos permite seleccionar un puerto para realizar una operacin de lectura oescritura

    Tipo de operacin Lectura, escritura, lectura-modificacin-escritura El tipo de operacin se indica con las seales de control del bus

    Temporizacin La transferencia de informacin se realiza de acuerdo al diagrama de tiempos o cronograma y

    el protocolo que fije el bus o interfaz al que se realiza la conexin.

    Operaciones de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 17

  • Puertos mapeados como E/S (port-mapped I/O) Los espacios de memoria y de E/S estn separados El procesador dispone de una seal de control que indica cuando se accede a uno u otro

    espacio. Por ejemplo, el bus de sistema del uP8086 dispone de la seal M/IO (1:espacio de memoria; 0: espacio de E/S).

    Tipos de instrucciones para acceder a los espacios de memoria y de E/S

    Operaciones de E/S:Direccionamiento de puertos de E/S (I)

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 18

    Espa

    cio

    deE/

    S (6

    4 K

    B)

    Esp

    acio

    de

    mem

    oria

    (4 G

    B)

    Acceso a puertos de E/S (in-out)

    IN AL,28 ; Lectura puerto 28OUT 28, AL ; escritura puerto 28

    Acceso a memoria (load, store)

    Li r2, 1000 ; Carga r2 con 1000Lw r2, 0(r2) ; Lectura posic. 1000Sw r2, 0(r2) ; Escritura posic. 1000 Seal M/IO = 0

    Seal M/IO = 1

    1000

    28

  • Puertos mapeados como memoria (memory-mapped I/O) No se distingue entre los espacios de memoria y de E/S Los registros de los controladores de E/S se direccionan como posiciones de memoria. Instrucciones de Load y Store para acceder tanto a memoria como a los puertos de

    E/S.

    Operaciones de E/S:Direccionamiento de puertos de E/S (II)

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 19

    Acceso a puertos de E/S mapeadoscomo memoria

    Li r2, FFFF0000H ; Carga r2 direccin del registro de E/SLoad r1, 0(r2) ; Lectura puerto Store r1, 0(r2) ; Escritura puerto

    Mem

    oria

    E/S

    4 G

    B

    FFFF0000H

    Puertos de E/S

    Proporciona cierta facilidad para el acceso a los puertos al poder aprovechar los modos de direccionamiento de la arquitectura del procesador en las operaciones de entrada/salida.

  • Decodificador de direcciones Genera las seales de seleccin (chip select) de los mltiples dispositivos interconectados en un

    sistema a partir de las seales del bus de direcciones.

    Mltiples soluciones: Decodificacin centralizada mediante decodificadores u otros dispositivos conectados al bus del

    sistema. Cada interfaz puede tener un conjunto de puentes (jumpers) que nos permite definir la direccin

    donde se ubican los diferentes registros internos.

    Operaciones de E/S:Mecanismo de decodificacin de direcciones

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 20

    Decodificador centralizado Decodificador en interfaz (local)

    cs: 0x9E

  • Protocolo El intercambio de informacin se realiza de acuerdo a unas reglas que exige la

    activacin de las diferentes seales de los buses de acuerdo a una temporizacin paraque cada dispositivo pueda enviar y recibir informacin de forma comprensible.

    Funciones Poner en atencin al otro dispositivo Identificar/direccionar componente Transferir datos y solicitar retransmisin de datos errneos Finalizar una operacin de transferencia

    Tipos de protocolos Sncronos

    Se incluye una seal de reloj. Las transferencias se realizan relativas al reloj. Los dispositivos tienen que adaptarse a la velocidad que fije el reloj.

    Asncronos No se incluye seal de reloj. Las transferencias se realizan de acuerdo a un proceso de handshake que determina el

    momento en el que los dispositivos estn preparados para el intercambio de informacin. Puede acomodar a dispositivos de diferentes velocidades.

    Operaciones de E/S:Protocolos de comunicacin

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 21

  • Ejemplo: Protocolo asncrono

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 22

    Puerto paralelo: Interfaz Centronics

    RAM dinmica

  • Ejemplo: Protocolo sncrono

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 23

    Memoria SDRAM Protocolo sncrono

  • La E/S en el computador

    Conexin entre dispositivos de E/S, memoria y procesador

    Elementos bsicos de la E/S Interfaces Perifricos

    El sistema operativo y los dispositivos de E/S

    Operaciones de E/S Direccionamiento de la E/S Decodificador de direcciones Protocolos de comunicacin

    Rendimiento de la E/S

    Clasificacin de los dispositivos perifricos

    Casos de estudio: puertos de E/S en el IBM-PC

    TEMA 1: Arquitectura del sistema de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 24

  • Caractersticas tiles para la clasificacin de los perifricos Comportamiento

    Entrada (teclado, ratn,...) Salida (impresora, pantalla, ...) Lectura y escritura o almacenamiento (discos y cintas magnticas)

    Compaero Segn quien introduzca o lea los datos en el otro extremo del perifrico

    Mquina Humano

    Frecuencia de datos Frecuencia mxima a la que pueden ser transferidos los datos entre procesador y perifrico o

    entre memoria y perifrico.

    Clasificacin de los dispositivos de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 25

    Procesador

    Camino de datos

    ControlMemoria

    Cach

    DispositivosE/S

    Salida

    EntradaGran variedad de

    dispositivos

  • Caractersticas Existe una gran variedad de dispositivos Caractersticas de funcionamiento diferentes Diferentes velocidades de transferencia de datos: lentos/rpidos Formatos y tamaos de palabra diferentes

    Serie, paralelo, sncrono, asncrono, codificacin, Requieren de un mdulo de E/S para la conexin al bus del sistema

    Ejemplos de dispositivos de entrada/salida

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 26

    Dispositivo Comportamiento Compaero Frecuencia de datos KB/seg Teclado Entrada Humano 0.01 Ratn Entrada Humano 0.02 Entrada de voz Entrada Humano 0.02 Escner Entrada Humano 400 Salida de voz Salida Humano 0.6 Impresora de lnea Salida Humano 1 Impresora lser Salida Humano 200 Pantalla grfica Salida Humano 60000 Red-LAN Entrada/salida Mquina 500-6000 Modem Entrada/salida Mquina 2-8 Disco flexible Almacenamiento Mquina 100 Disco ptico Almacenamiento Mquina 1000 Cinta magntica Almacenamiento Mquina 2000 Disco magntico Almacenamiento Mquina 2000-10000

  • Otros ejemplos:Ancho de banda de perifricos

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 27

  • Dispositivo que permite controlar la posicin de un cursor en pantalla

    Construccin sencilla Una bola al desplazar el ratn se mueve y hace contacto con ruedas ubicadas en los ejes

    X e Y y las hace girar. Este giro se detecta y permite actualizar unos contadores de filasy columnas.

    En una interfaz de pulsos existen cuatro tipo de pulsos: +X, -X, +Y, -Y. El ratn generael nmero apropiado de pulsos por estas lneas para comunicar su movimiento.

    Ejemplo: Ratn

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 28

    Filas

    Columnas

    Initialposition

    of mouse+20 in X 20 in X

    +20 in Y +20 in Y+20 in X+20 in Y 20 in X

    20 in Y 20 in Y+20 in X 20 in Y 20 in X

  • Caractersticas Almacenamiento no voltil Altas capacidades de almacenamiento, barato y relativa lentitud Nivel ms bajo de la jerarqua de memoria

    Tipos de discos Flexibles Duros

    Partes fundamentales Plato giratorio revestido de una superficie magntica

    Disco duro: Plato metlico (aluminio o vidrio) Disco flexible: Plstico

    Ventajas del disco duro frente al flexible Puede ser mayor porque es rgido Mayor densidad de almacenamiento Gira ms rpido (5000-7000 rpm) -> Mayor velocidad de transferencia Pueden incorporar ms de un plato

    Ejemplo: Discos magnticos

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 29

  • Organizacin del disco duro Platos/discos Pistas

    500 - 2000 pistas por superficies Sectores

    Mnima unidad que se puede leer ( 32-512 sectores por pista). Cilindros

    Conjunto de pistas bajo los brazos o cabezas en un punto determinado de todas las superficies

    Discos magnticos

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 30

    Platter

    Track

    Platters

    Sectors

    Tracks

  • Tiempo de bsqueda Tiempo para posicionar la cabeza sobre la pista deseada

    Latencia rotacional Tiempo necesario para que el sector deseado pase por debajo de la cabeza una vez est posicionada en la pista

    correcta (latencia media: tiempo para girar 0.5 vuelta)

    Tiempo de transferencia Tiempo para la transferencia de un bloque de bits (un sector).

    Tiempo de controlador Tiempo que aade el controlador del dispositivo para realizar la E/S.

    Valores tpicos Latencia rotacional

    Velocidad de giro : 3600 - 7200 rpm 16 - 8 ms por revolucin o vuelta Latencia rotacional media (0.5 vuelta): 8 (3600 rpm) - 4 ms (7200 rpm).

    Tiempo de transferencia depende de: Tamao del sector Velocidad de giro Densidad de almacenamiento Dimetro de los discos Valores tpicos: 2 - 12 MB/seg

    Caractersticas de los discos

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 31

  • Ejemplo Tamao del sector: 512 bytes Velocidad: 5400 rpm Tiempo de bsqueda: 12 ms Tiempo de transferencia: 4 MB/seg Tiempo de controlador: 1 ms

    Tiempo de acceso al disco?

    TACC= T. bsqueda + T. latencia + T. de transferencia + T. controlador

    TACC= 12 ms + 0.5*60/5400 + 512/(4*1024*1024) + 1

    TACC= 12 ms + 5.5 ms + 0.1 ms + 1 ms = 18.6 ms

    Tiempo de acceso al disco

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 32

  • La E/S en el computador

    Conexin entre dispositivos de E/S, memoria y procesador

    Elementos bsicos de la E/S Interfaces Perifricos

    El sistema operativo y los dispositivos de E/S

    Operaciones de E/S Direccionamiento de la E/S Decodificador de direcciones Protocolos de comunicacin

    Rendimiento de la E/S

    Clasificacin de los dispositivos perifricos

    Casos de estudio: puertos de E/S en el IBM-PC

    TEMA 1: Arquitectura del sistema de E/S

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 33

  • Mapa de E/S en el IBM PC/AT

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 34

  • Puertos en el PC:Placa base y chipset

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 35

  • Puertos en el PC:Dispositivos orientados a bus

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 36

  • Puerto paralelo del IBM-PC

    ndice de la presentacin Introduccin Conectores y seales Arquitectura del interfaz Puertos bidireccionales El puerto paralelo como entrada de 8 bits de datos Modos del puerto paralelo en la BIOS

  • Puerto paralelo: Baja velocidad Conjuntamente con los puertos serie constituyen las conexiones de baja velocidad del

    PC. Actualmente estos puertos (legacy ports) han sido sustituidos por puertos con

    velocidades ms altas. USB y FireWire

    Las conexiones paralelas tienen problemas de skew y de ciertas inestabilidades en lasseales que dificultan su uso cuando se aumenta la frecuencia de transmisin y lasdistancias.

    Utilizado para comunicaciones paralelas de entrada/salida Impresoras

    Originalmente, hasta 3 puertos: LPT1, LPT2, LPT3 Actualmente 1 (o ninguno)

    Y otros dispositivos especficos Aplicaciones de control Programadores Dispositivos externos especficos

    Introduccin al puerto paralelo del IBM-PC

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 38

  • Modo estndar SPP (o Centronics) Usa el hardware estndar disponible en el puerto paralelo original Envo de informacin en una sola direccin Velocidad: 50-150 KB/seg El modo estndar tambin es conocido como el modo Centronics. Slo puede enviar

    informacin en una direccin.

    Modo nibble o byte Permite la lectura o entrada de datos Nibble: entradas de 4 bits Byte: entrada de 8 bits (modo bidireccional)

    Modos Enhanced Parallel Port (EPP) y Extended Capabilities Port (ECP) Requieren hardware adicional encargado de implementar el handshake Slo es necesario las instrucciones de E/S. El protocolo es implementado en hardware El ECP puede usar canales DMA y buffers tipo FIFO Ms rpidos : 0,5-2,7 MB/seg Mantienen la compatibilidad hacia atrs

    Modos de funcionamiento:Norma IEEE 1284 (primera versin, 1994)

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 39

  • Tres tipos de conectores de acuerdo a la norma IEEE 1284 1284 Type A: conector D-Type 25 pines ubicado en el conector del computador 1284 Type B: Conector Centronics de 36 pines ubicado en la impresora 1284 Type C: Similar al tipo B pero ms pequeo, mejores propiedades elctricas y ms

    fcil de ensamblar

    Hardware:Conectores

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 40

  • Hardware:Seales del conector D-Type 25

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 41

  • Cada puerto LPT tiene asignadas 3 direcciones de entrada/salida que secorresponden con registros internos del interfaz: Reg. DATOS (direccin base) Reg. ESTADO (direccin base +1) Reg. CONTROL (direccin base +2)

    Direcciones de puertos

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 42

  • La BIOS, tras el arranque deposita la direccin asignada en memoria

    La BIOS en el arranque inicia una exploracin secuencial de puertos paralelosen orden: 3BCh 378h 278h Segn los encuentra los va asignando a LPT1, . LPTn Guarda esa asignacin en memoria a partir de la direccin 0000:0408

    BIOS y puertos LPTn

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 43

  • REGISTRO DE DATOS

    8 bits (salida)

    Posibles direcciones 3BCh --- 378h --- 278h

    Registros internos del interfaz paralelo:Modo SPP

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 44

  • REGISTRO DE ESTADO

    5 bits (entrada)

    Posibles direcciones 3BDh --- 379h --- 279h

    Registros internos del interfaz paralelo:Modo SPP

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 45

  • REGISTRO DE CONTROL

    4 seales (salida)

    Posibles direcciones 3BEh --- 37Ah --- 27Ah

    Registros internos del interfaz paralelo:Modo SPP

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 46

  • Estndar para enviar datos a la impresora usado por la mayora de las impresoras de interfaz paralelo.

    Protocolo implementado por software a travs del interfaz

    Pasos para imprimir un byte: 1 Obtener la direccin base 2 Seleccionar la impresora (lnea SLCT IN#) 2 Leer el estado. Mientras est ocupada no actuar

    Salvo que alguna de las otras lneas revele un estado errneo o inactivo 3 Enviar el byte de datos 4 Activar/desactivar STROBE# 5 Esperar reconocimiento (ACKNLG#)

    Centronics:Envo de datos a la impresora

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 47

  • Puertos bidireccionales

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 48

    Bit 5 del registro de control: habilita o deshabilita la funcin bidireccional del puerto paralelo.Bit 5 = 1 pines Data0-7 en alta impedancia se pueden leer datos de entrada

  • Si las lneas de datos (Data7-0) no son bidireccionales an tenemos otra formade realizar la entrada de 8 bits Uso de los puertos de estado (4 bits) y control (4 bits, open collector)

    Enviar previamente al puerto de control el valor xxxx0100 para que la lectura sea correcta.

    El puerto paralelo como entrada de 8 bits

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 49

  • Hoy en da, la mayora de los puertos paralelos del PC son multimodos

    Puertos configurables por software a travs de la BIOS

    Modos tpicos o frecuentes en las BIOS Modo impresora SPP (Centronics), estndar, por defecto, normal,

    Bit 5 del puerto de control sin efecto Modo Estndar & bidireccional. Compatible SPP

    Bit 5 del puerto de control controla la bidireccionalidad del puerto Modo EPP (Enhanced Parallel Port). Compatible SPP

    Se aaden registros (EPP) al interfaz. Un hardware especfico se encarga del protocolo. Modo ECP (Extended Capabilities Port). Mantien compatibilidad con los anteriores

    Registro de control ECR para especificar el modo de trabajo, aade hardware especfico,capacidades de DMA, buffers FIFO, soporta direccionamiento de dispositivos.

    Seleccin del modo de funcionamiento del puerto paralelo y la BIOS

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 50

  • Modo EPP: Enhanced Parallel Port

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 51

  • Modo ECP: Extended Capabilities Port

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 52

  • [Stall-09] Captulo 7 Entrada/salida Stalling, William Organizacin y arquitectura de computadores, Pearson Educations,

    S.A., Sptima Edicin, 2006.

    [Patt-11] Captulo 6 Almacenamiento y otros aspectos de la E/S Patterson, David A. and Hennessy, John L. Estructura y diseo de computadores. La

    interfaz hardware/software, Editorial Revert, S.A., Cuarta Edicin, 2011

    BIBLIOGRAFA BSICA

    Perifricos e Interfaces M1T1: Arquitectura del sistema de E/S 53

  • FIN

    Preguntas?

    Perifricos e Interfaces 54M1T1: Arquitectura del sistema de E/S

    MDULO 1Fundamentos bsicos del sistema de entrada/salida (E/S)TEMA 1: Arquitectura del sistema de E/SLa E/S en el computadorConexin entre dispositivos de E/S, procesador y memoriaTEMA 1: Arquitectura del sistema de E/SElementos bsicos de la E/SEsquema generalArquitectura y estructura de un interfaz de E/SPerifricoEjemplo: Controlador de teclado y display de 7-segTEMA 1: Arquitectura del sistema de E/SEl sistema operativo y los dispositivos de E/SCaractersticas bsicas de los sistemas de E/SSoporte del Sistema Operativo al sistema de E/SComunicacin entre el SO y los dispositivos de E/STEMA 1: Arquitectura del sistema de E/SOperaciones de E/S Operaciones de E/S:Direccionamiento de puertos de E/S (I)Operaciones de E/S:Direccionamiento de puertos de E/S (II)Operaciones de E/S:Mecanismo de decodificacin de direccionesOperaciones de E/S:Protocolos de comunicacinEjemplo: Protocolo asncronoEjemplo: Protocolo sncronoTEMA 1: Arquitectura del sistema de E/SClasificacin de los dispositivos de E/SEjemplos de dispositivos de entrada/salidaOtros ejemplos:Ancho de banda de perifricosEjemplo: RatnEjemplo: Discos magnticosDiscos magnticosCaractersticas de los discosTiempo de acceso al discoTEMA 1: Arquitectura del sistema de E/SMapa de E/S en el IBM PC/ATPuertos en el PC:Placa base y chipsetPuertos en el PC:Dispositivos orientados a busPuerto paralelo del IBM-PCIntroduccin al puerto paralelo del IBM-PCModos de funcionamiento:Norma IEEE 1284 (primera versin, 1994)Hardware:ConectoresHardware:Seales del conector D-Type 25 Direcciones de puertosBIOS y puertos LPTnRegistros internos del interfaz paralelo:Modo SPPRegistros internos del interfaz paralelo:Modo SPPRegistros internos del interfaz paralelo:Modo SPPCentronics:Envo de datos a la impresoraPuertos bidireccionalesEl puerto paralelo como entrada de 8 bitsSeleccin del modo de funcionamiento del puerto paralelo y la BIOSModo EPP: Enhanced Parallel PortModo ECP: Extended Capabilities PortBIBLIOGRAFA BSICAFIN