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Periféricos y Sistemas de Entrada y Salida - Coggle Diagram
Periféricos y Sistemas de
Entrada y Salida
Canales
Comunicación y Información
Componente
Líneas de datos
64 bits en sistemas modernos.
Líneas de Dirección
Espacio de Dirección
Líneas de Control
Características
Ancho de Banda
Velocidad del Reloj
Protocolo de Comunicación
Arbitraje
Tipos
Función
Bus de Datos
Bus de Direcciones
Bus de Control
Ubicación
Buses Internos
Buses del Sistema
Buses de Expansión
Métodos
Buses Paralelos
Ventajas
Mayor velocidad
Desventajas
Problemas de sincronización
Buses Seriales
Arquitectura de buses
Compartidos
• Simplicidad en el diseño
• Escalabilidad limitada
Múltiples
Bus del Procesador
Bus de Memoria
Buses de E/S
Jerárquica
con puentes (bridges)
Buses de Expansión
Sistema
Mediante Tarjeta
Arbitraje de Buses
Prioridad y Equidad
Arbitraje centralizado
Medidas del desempeño de E/S
Tasa de Transferencia
Datos Transferidos / Tiempo
Eficiencia del Protocolo
Latencia de Dispositivos
Calculada basándose en especificaciones de hardware
Tipos y Característica
Clasificación de Dispositivos
Dispositivos de Entrada
• Teclado, ratón, escáner, micrófono, cámara
• Sensores
• Lectores
Dispositivos de Entrada/Salida
• Discos duros
• Pantallas táctiles
• Dispositivos de red
• Unidades de cinta
Dispositivos de Salida
• Monitor, impresora, altavoces
• Actuadores
• Proyectores, displays LED
Dispositivos de Almacenamiento
Discos Duros
Arquitectura
• Platos magnéticos giratorios
• Cabezales de lectura/escritura
• Motor de husillo
Características
Capacidad: 500 GB - 20+ TB
• Velocidad de transferencia: 80-250 MB/s
Desventajas
móviles susceptibles a daños
• Consumo energético mayor
• Ruido y calor Unidades de Estado Sólido
Tecnología
Memoria flash NAND
Controlador de SSD
DRAM cache
Sin partes móviles
Tipos
• SATA SSD: Hasta 600 MB/s
• NVMe SSD: 3,000-7,500+ MB/s
Factor de forma compacto
Ventajas
Velocidad extremadamente alta
Baja latencia
Resistente a golpes
Resistente a golpes
Interfaces de Dispositivos de E/S
Interfaz con la Memoria
mapean al espacio de direcciones de memoria
• Mismas instrucciones
• No requiere instrucciones especiales de E/S
• Simplifica el hardware • Reduce el espacio de direcciones disponible
Ventajas
• Programación más simple
• Mayor flexibilidad en instrucciones
• Protección de memoria aplicable a E/S
Desventajas
Consume espacio de direcciones
• Posibles conflictos con caché
• Complejidad en gestión de memoria
Software
• Invalidar caché antes de lectura DMA
• Flush caché antes de escritura DMA
• Overhead significativo
Hardware
• Snooping de bus
• Invalidación automática
• Protocolos de coherencia
• Marcar buffers DMA como no-cacheables
• Garantiza coherencia
• Penaliza rendimiento de CPU
Interfaz con el Procesador
Interrupciones
dispositivos externos
• Asíncronas al flujo del programa
• Priorizables
Software
Llamadas al sistema
Proceso de Manejo
Dispositivo activa línea
CPU completa
Identificación
Servicio
Interfaz con el Sistema Operativo
Hardware
• Dispositivos físicos
• Controladores de hardware
• Buses y señales eléctricas
Firmware
Drivers de Dispositivo
Interfaz de Usuario
Funciones del Driver
Inicialización
Operaciones de E/S
Manejo de Interrupciones
Gestión de Energía
Arquitecturas de Drivers
Monolíticos
Microkernels
Híbridos
Abstracción de Dispositivos
Archivos de Dispositivo (Unix/Linux)
Dispositivos de Bloque
Dispositivos de Caracteres
Dispositivos Especiales
Controladores de Dispositivos
Registros
• Registro de Datos
• Registro de Estado
• Registro de Control
• Registro de Dirección:
Lógica de Control
Máquina de estados para protocolos
Temporización y sincronización
• Generación de señales
Interfaz al Bus
• Decodificación de direcciones
• Protocolo del bus (PCIe, USB, etc.)
• Arbitraje y control de flujo Buffer/FIFO:
• Almacenamiento temporal
• Desacoplamiento de velocidades
• Reducción de interrupciones