3.2 MEDIOS PARA ACCESO A OTROS ELEMENTOS

MEDIOS PARA ACCESO A OTROS ELEMENTOS


Instrucciones de movimientos de datos:
Esta instrucción da por resultados la copia de datos desde una localidad de operando a otra; además del código de operación, estas instrucciones requieren información que identifique los operandos fuentes y destinos. En una computadora de uso general, los datos se pueden mover de:
Registro a registro.
Registro a memoria.
Memoria a registro.
Memoria a memoria.
Operaciones de datos en bloques:
Son aquellas que se efectúan con un conjunto de operandos y no con un solo operando. También dentro de esta instrucción se encuentra la de control del programa. Esto hace posible que un programa se adapte a la secuencia inherente al ciclo de maquina de la computadora. En otras palabras, se pueden pasar por alto secciones de instrucciones como resultado de la activación de un código de condiciones o como resultado directo del diseño del programa.
Instrucciones de control del programa
Instrucciones de Entrada - salida:
Desde el punto de vista de la programación para el acceso a la memoria o a un periférico simplemente se requiere el mismo conjunto de instrucciones. Estos sistemas se denominan sistemas de Entrada - Salida mapeados por memoria.
La programación de un dispositivo en estos sistemas requiere el conocimiento de este dispositivo y sus características, aunque no se necesitan instrucciones especiales. El dispositivo se caracteriza como un conjunto de localidades de la memoria que se dividen en dos subcategorias: un conjunto de registro de estado de control y un registro de información.
Registro de estado y control. Estos suelen contener información acerca del estado inactivo, ocupado, etc. En estos registros también se almacena información de control, como por ejemplo el tipo de paridad y la velocidad de transmisión de los datos.
La información contenida en los registros de estado y control se utiliza principalmente para proporcionar una imagen global del hardware cuando este en el programa
Registro de información: estos constituyen una memoria intermedia para la información que se transfiere entre la CPU y el periférico. En el caso de un dispositivo se transfieren datos sobre la base de carácter por carácter y suele haber solo dos registros. Uno que retiene datos de la CPU al dispositivo y otro que utilice datos del dispositivo a la CPU. Si la Entrada - Salida programada se realiza en un dispositivo unidireccional (solo transmite o solo recibe) entonces únicamente se necesitara un registro.
Memoria
Los grandes sistemas de computación suelen dar servicio a grandes cantidades de usuarios. Desde el punto de vista operativo la memoria es una de los principales elementos que componen nuestros sistemas.
Un sistema operativo es un conjunto de programas que hace posible que el usuario de un sistema de computación tenga acceso controlado a sus recursos, entre esos recursos se encuentran, la CPU, la memoria y los dispositivos de Entrada - Salida. El sistema operativo asigna tiempo a la CPU, distribuye el espacio disponible en la memoria, asigna y controla dispositivos de Entrada - Salida, para cada usuario. Estas funciones se realizan en forma transparente, es decir que el programador escribe el programa como si todo el sistema de la computadora estuviere dedicado a ese programa. Para ofrecer algunas características del sistema operativo la arquitectura de la maquina debe poseer ciertas propiedades. Para comenzar la maquina debe tener por lo menos 2 modos de operación diferentes.
Una forma, se denomina modo de supervisión y el otro modo del usuario.
Cuando la maquina esta en modo del supervisor, la CPU puede ejecutar todas las instrucciones de la maquina. Este es el modo de operación en el cual corren los programas de los distintos sistemas operativos lo que le da un control del sistema. Todas las peticiones de servicio de los dispositivos periféricos pasan por el sistema operativo ya que las instrucciones de Entrada - Salida, solamente pueden emitirse cuando la maquina se encuentra en modo supervisor.
En el modo usuario, la CPU no puede ejecutar todo el conjunto de instrucciones (en particular no se permite la ejecución de las instrucciones de control de la maquina y de Entrada - Salida.
Organización de la memoria
La memoria es un condensador que si retiene corriente es 1 y si no es 0, se necesita un condensador por bit.
Por ejemplo 32 Mb es igual a 32000000 bytes o sea 32000000 * 8 condensadores.
+ -
Existen dos tipos de memoria: las memorias dinámicas y las memorias estáticas. Las memorias que se suelen usar en los sistemas informáticos (RAM) son dinámicas, quedando relegadas las estáticas a aplicaciones un tanto especiales como puede ser mantener datos en ellas después de haber desconectado el equipo y alimentando a estas a través de baterías.
Las memorias estáticas presentan una serie de inconvenientes con respecto a las dinámicas; por ejemplo tienen una respuesta mas lenta que las dinámicas y es mas difícil su integración al necesitar mas electrónica para realizar la célula biestable que es encarga de generar el 0 o el 1 lógico correspondiente al bit.
Otro problema lo constituye su mayor consumo, ya que su constitución interna es mas complicada que la de una memoria dinámica.
Las memorias dinámicas son las mas generalizadas y constituyen el grueso de la RAM del ordenador. Poseen respecto a la mayoría de las memorias la ventaja de contar con una mayor velocidad, mayor capacidad de almacenamiento y un menor consumo. En contra partida, presentan el inconveniente de que precisan una electrónica especial para su utilización, la función de esta electrónica es generar el refresco de la memoria. La necesidad de los refrescos de las memorias dinámicas se debe al funcionamiento de las mismas, ya que este se basa en generar durante un tiempo la información que contiene. Transcurrido este lapso la señal que contenía la célula biestable se va perdiendo. Para que no ocurra esta perdida, es necesario que antes que transcurra el tiempo máximo que la memoria puede mantener la señal se realice una lectura del valor que tiene y se recargue la misma.
Es preciso considerar que a cada bit de la memoria le corresponde un pequeño condensador al que le aplicamos una pequeña carga eléctrica y que mantienen durante un tiempo en función de la constante de descarga. Generalmente el refresco de memoria se realiza cíclicamente y cuando esta trabajando el DMA. El refresco de la memoria en modo normal esta a cargo del controlador del canal que también cumple la función de optimizar el tiempo requerido para la operación del refresco.
Posiblemente, en mas de una ocasión en la computadora aparecen errores de paridad en la memoria debido a que las memorias que se están utilizando son de una velocidad inadecuada ya que las mismas se descargan antes de poder ser refrescadas.
Distribución de la memoria
La distribución de la memoria dentro de la computadora se suele denominar mapa de memoria y en el es posible observar en que zona se encuentran ubicados los registros y programas del sistema operativo. De acuerdo a la cantidad de bit que maneja el microprocesador es la capacidad máxima permitida que se puede direccionar en la maquina.
Independientemente de esta disponibilidad de memoria el limite real de direccionamiento va a estar dado por el sistema operativo que se esta usando, por ejemplo el sistema operativo D.O.S. independientemente de la memoria instalada puede direccionar como área de trabajo 640 Kb.
Dispositivos de Entrada - Salida
Desde el punto de vista de un sistema de computación los dispositivos de Entrada-Salida solo comprenden uno de los cuatro componentes principales de una computadora, sin embargo las ramificaciones de Entrada-Salida extienden esta simple representación y pueden tratarse en varios niveles diferentes. Las propiedades físicas y eléctricas de los dispositivos, la interfaz o controlador con que interactúa el procesador central y el apoyo de software del sistema operativo en uso.
La unidad de Entrada-Salida puede contar en realidad de muchas interfaces o controladores, incluir un procesador de Entrada - Salida de uso especial pero manejado por la CPU o ambas cosas.
El problema de Entrada-Salida puede restringirse en general de las otras consideraciones lógicas y eléctricas en un sistema de computación porque requiere una reconversión en una o varias de las siguientes áreas:
Velocidad: velocidad de transferencia de datos
Lógica: formato de los datos, codificación.
Eléctrica: niveles de señales, modalidad analogica-digital y digital-analogica.
Física: funciones electromecánicas, ópticas, de audio, etc.
Las operaciones de Entrada-Salida casi siempre requieren un cambio de velocidad para sincronizar la CPU con el dispositivo de Entrada-Salida. Esto impone restricciones tanto al hardware como al software. Por ejemplo el periférico mas conocido, la terminal de vídeo, típicamente puede actualizarse por medio de una línea de comunicaciones en serie, a una velocidad no mayor de 960 caracteres por segundo, una impresora matricial en la que intervienen componentes electromecánicos a 2000 caracteres por segundo. Sin embargo una CPU puede procesar instrucciones cientos o miles de veces mas rápido que esto. Además debe manejar múltiples dispositivos de Entrada-Salida en forma simultanea y realizar otras funciones de calculo en lugar a esperar a que se complete cada operación de Entrada-salida.
En las transacciones de Entrada-salida siempre existen operaciones entre el CPU y el periférico y un apoyo de un protocolo lógico que a menudo implica comunicaciones de transferencia de datos sincronizados (solicitud y reconocimiento). La especificación y el diseño global del dispositivo influye en el formato lógico de los datos. Además, casi toda la Entrada-salida implica un cambio fundamental en la representación eléctrica o física de la información.
Dentro de la computadora los datos y señales de control acostumbran a estar en la forma de niveles de voltaje o de acuerdo a una lógica dada.
La operación de Entrada-salida a menudo implica una conversión entre analógico, mecánico, magnético, de audio u otra forma para almacenamiento, transmisión o exhibición de datos. Se considera el campo de Entrada-Salida desde 3 puntos de vista principales: hardware, software y diseño.
Tipos y ejemplos de dispositivos
Cuatro clases principales de técnicas se aplican comúnmente en forma individual o combinada para controlar la transferencia de datos de Entrada - Salida:
Entrada - Salida controlada por programa: el procesador supervisa todas las transferencias de Entrada - Salida a través de la iniciación de ordenes y la verificación del estado del dispositivo. Esta técnica se emplea en aplicaciones especializadas y diagnósticos de dispositivos. La Entrada - Salida por programa utiliza la interfaz de hardware en forma mas simple pero no aprovecha eficientemente los recursos.
Entrada - Salida por interrupciones: las funciones son iniciadas bajo el control del programa pero la sincronización se maneja por medio de solicitudes de interrupción al hardware y el dispositivo asociado interrumpe el servicio de rutinas. Se utilizan en aplicaciones de baja o media velocidad en un entorno especializado o de multiprocesamiento. La Entrada - Salida activada por interrupciones utiliza hardware de complejidad relativamente baja y permite el diseño de software eficiente.
Acceso directo a memoria (DMA): la transferencia de Entrada - Salida de un bloque de datos completo se establece bajo el control del programa y se implementa con hardware de uso especial que transfiere datos directamente hacia o desde la memoria principal. Esto ocurre sin mas intervención de la CPU en forma concurrente con la ejecución del programa. El DMA se utiliza en dispositivos de velocidad media o alta en forma muy eficiente pero requiere una interfaz de hardware mas completa. Entre los usos mas comunes se cuenta los controladores de cinta o disco magnético, enlace entre los procesadores y procesadores de gráficos de alta velocidad.
Entrada - Salida mapeada por direcciones: la transferencia de datos se realiza entre la CPU y la región lógica del espacio direccionable del programa, que en realidad es parte de un dispositivo de Entrada - Salida, tal como una pantalla de imágenes o un canal de direcciones en lugar de la memoria principal. Esta técnica permite tanto la manipulación del programa de datos como las transferencias directas entre el dispositivo de Entrada - Salida y el almacenamiento final de la información. La Entrada - Salida mapeada por direcciones es un mecanismo eficiente y transparente que se utiliza con dispositivos estructurados, no es una extensión del DMA sino una técnica alternativa para ciertas aplicaciones.
Estructuras de canales de Entrada - salida
La configuración de Entrada - Salida es en términos generales la sección menos estandarizada de un sistema de computación, aunque solo puede disponerse de un numero pequeño de opciones del procesador, la selección del tipo y números de dispositivos de Entrada - Salida depende considerablemente de las aplicaciones. Además la configuración de Entrada - Salida tiende a cambiar conforme se desarrolla y expande el sistema.
Es muy deseable poder agregar o desmontar dispositivos sin tener que volver a configurar la maquina básicamente minimizando al mismo tiempo el costo y la complejidad. El método fundamental para alcanzar estas metas es el diseño del hardware y de la modularidad de dicho diseño.
El vehículo habitual para lograrla en el sistema de Entrada - salida es el canal de Entrada - Salida común.
En este canal se interconectan dispositivos de Entrada - Salida, la CPU y la memoria principal y permite comunicaciones flexibles entre estas unidades. Las funciones principales del canal de Entrada - Salida hace posible que múltiples dispositivos:
Transfieren información por trayectorias de datos comunes compartiendo y reduciendo la complejidad del hardware.
Se agregan o desmontan dispositivos simplemente enchufando o desenchufando sus cables (plug and play).
Se enlace vía a un mecanismo, el canal de Entrada - Salida empleando especificaciones lógicas, eléctricas y físicas estandarizadas. Esta estandarización hace posible que familias enteras de computadoras con diverso nivel de rendimiento utilicen los mismos periféricos. Además, el diseñador de una interfaz del dispositivo de Entrada - Salida no necesita estar familiarizado con el diseño de la CPU, ni conocer con que maquina en particular va a funcionar la interfaz. Solo debe comprender las características del canal, cuyas especificaciones necesarias pueden clasificarse en 3 categorías:
Lógicas: definición y agrupación de señales relacionadas de polaridad lógica, por ejemplo: dirección, datos, control, sincronización, etc.
Eléctricas y físicas: niveles de señales, tipos de cables, conectores, etc.
Protocolo: reglas de uso del canal, tal como las relaciones de tiempo (temporización, sincronización, reconocimiento y arbitraje).
Organización lógicas y física del almacenamiento magnético
Organización lógica
MASTER BOOT
BOOT
FAT # 1
FAT # 2
DIRECTORIO RAIZ
DATOS
Almacenamiento Magnético: el almacenamiento de datos sobre un medio magnético se realiza magnetizando el medio en el sentido u otro. Durante le lectura, cada cambio de estado magnético (transición) produce un pulso en la cabeza lectora, el sentido de la transición es irrelevante, lo que cuenta son los tiempos en que estas transiciones se producen . la técnica del registro se conoce como MFM (modulación en frecuencia modificada) esta es una mejora del método anterior (MF: modulación en frecuencia) que se aplicaba a dispositivos de simple densidad.
En FM cada aproximadamente 4 milisegundos se considera una celda, que codifica un BIT.