path: root/etc/n6.lyx

#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
\lyxformat 544
\begin_document
\begin_header
\save_transient_properties true
\origin unavailable
\textclass book
\use_default_options true
\maintain_unincluded_children false
\language spanish
\language_package default
\inputencoding auto
\fontencoding global
\font_roman "default" "default"
\font_sans "default" "default"
\font_typewriter "default" "default"
\font_math "auto" "auto"
\font_default_family default
\use_non_tex_fonts false
\font_sc false
\font_osf false
\font_sf_scale 100 100
\font_tt_scale 100 100
\use_microtype false
\use_dash_ligatures true
\graphics default
\default_output_format default
\output_sync 0
\bibtex_command default
\index_command default
\paperfontsize default
\spacing single
\use_hyperref false
\papersize default
\use_geometry false
\use_package amsmath 1
\use_package amssymb 1
\use_package cancel 1
\use_package esint 1
\use_package mathdots 1
\use_package mathtools 1
\use_package mhchem 1
\use_package stackrel 1
\use_package stmaryrd 1
\use_package undertilde 1
\cite_engine basic
\cite_engine_type default
\biblio_style plain
\use_bibtopic false
\use_indices false
\paperorientation portrait
\suppress_date false
\justification true
\use_refstyle 1
\use_minted 0
\index Index
\shortcut idx
\color #008000
\end_index
\secnumdepth 3
\tocdepth 3
\paragraph_separation indent
\paragraph_indentation default
\is_math_indent 0
\math_numbering_side default
\quotes_style swiss
\dynamic_quotes 0
\papercolumns 1
\papersides 1
\paperpagestyle default
\tracking_changes false
\output_changes false
\html_math_output 0
\html_css_as_file 0
\html_be_strict false
\end_header

\begin_body

\begin_layout Standard
Según el 
\series bold
modelo von Neumann
\series default
, un computador está formado por: procesador, memoria y entrada/salida (E/S).
 Podemos clasificar los dispositivos de E/S en dispositivos de 
\series bold
almacenamiento
\series default
, 
\series bold
interfaz con el usuario
\series default
, 
\series bold
visualización y multimedia
\series default
, 
\series bold
comunicaciones
\series default
 y 
\series bold
adquisición de datos
\series default
.
 También podemos clasificarlos según su ancho de banda.
\end_layout

\begin_layout Section
Puertos y buses
\end_layout

\begin_layout Standard
Los periféricos tienen una serie de 
\series bold
puertos
\series default
 de E/S, registros externos a la CPU a través de los cuales se comunican
 la CPU y los dispositivos, integrados en la 
\series bold
controladora
\series default
 del dispositivo.
 Tipos de puertos:
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
De datos
\series default
: Lectura o escritura del dato a transferir.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
De control
\series default
: Donde la CPU escribe las órdenes.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
De estado
\series default
: Indica el estado en que se encuentra el dispositivo (por ejemplo, 
\emph on
ready
\emph default
/
\emph on
not ready
\emph default
).
\end_layout

\begin_layout Standard
La comunicación se realiza por 
\series bold
buses
\series default
 o 
\series bold
canales compartidos
\series default
, canales de comunicación en los que existen puntos de acceso en los que
 un dispositivo puede conectarse para formar parte del bus y comunicarse
 con el resto de dispositivos conectados.
 El hecho de ser compartido implica que las señales transmitidas por un
 dispositivo están disponibles para el resto.
\end_layout

\begin_layout Standard
Si se conectan muchos dispositivos a un bus, sus prestaciones disminuyen,
 al aumentar la latencia por el tiempo de coordinación, y se forma un 
\series bold
cuello de botella
\series default
 o 
\series bold
congestión
\series default
 por estar los dispositivos esperando a su turno para usar el bus.
 Este problema se soluciona usando varios buses de distintas velocidades
 organizados de forma jerárquica, con los dispositivos más exigentes conectados
 a los buses más rápidos y cercanos al procesador.
\end_layout

\begin_layout Standard
El 
\series bold
control de acceso al bus
\series default
 o 
\series bold
arbitraje del bus
\series default
 es un mecanismo para resolver conflictos en el uso del bus, como que varios
 dispositivos intentasen realizar una operación a través del bus a la vez.
 Este mecanismo decide qué dispositivo puede tomar control en cada instante.
\end_layout

\begin_layout Standard
La forma más simple es establecer un 
\series bold
amo
\series default
 del bus (
\emph on
master
\emph default
), normalmente la CPU, que es el único elemento que puede ordenar transferencias
, y el resto de dispositivos deben enviar una señal al amo para realizarlas;
 sin embargo esto no suele ser posible.
\end_layout

\begin_layout Standard
Un bus está formado por:
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Líneas de control
\series default
: para gestionar el acceso y uso de las líneas de información.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Líneas de información
\series default
\SpecialChar endofsentence

\end_layout

\begin_deeper
\begin_layout Itemize

\series bold
Líneas de datos
\series default
: Para transmitir datos entre dispositivos.
 El conjunto de estas es el 
\series bold
bus de datos
\series default
, y su cardinal es la 
\series bold
anchura del bus de datos
\series default
, factor clave para determinar las prestaciones del sistema.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Líneas de dirección
\series default
: Para determinar la fuente o destino del dato.
 El conjunto de estas líneas es el 
\series bold
bus de direcciones
\series default
, y su cardinal es la 
\series bold
anchura del bus de direcciones
\series default
, que determina el número de direcciones disponibles y por tanto el máximo
 de memoria y puertos direccionables.
\end_layout

\end_deeper
\begin_layout Standard
Las líneas de información pueden ser 
\series bold
multiplexadas
\series default
, si se usa el mismo conjunto de líneas para direcciones y datos en instantes
 distintos definidos por un protocolo, o 
\series bold
dedicadas
\series default
, en las que cada grupo de líneas tiene una función específica.
\end_layout

\begin_layout Standard
La 
\series bold
anchura del bus
\series default
 es el total de líneas de información, y distinguimos entre 
\series bold
buses en serie
\series default
, con una sola línea de información, y 
\series bold
buses en paralelo
\series default
, con varias líneas transmitiendo bits simultáneamente.
\end_layout

\begin_layout Standard
La 
\series bold
longitud del bus
\series default
 es su longitud física, desde menos de un metro hasta cientos de metros.
 Los eventos en el bus se coordinan con una 
\series bold
temporización
\series default
, que puede ser:
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Síncrona
\series default
: Una de las líneas de control es de reloj, y en esta se transmite una secuencia
 alterna de unos y ceros a intervalos iguales que marcan cuándo suceden
 los eventos.
 El tiempo entre dos flancos del mismo tipo es el 
\series bold
tiempo de ciclo de reloj
\series default
 o 
\series bold
ciclo de bus
\series default
.
\begin_inset Newline newline
\end_inset

Estos protocolos permiten un elevado ancho de banda, pero a cambio todos
 los dispositivos deben funcionar a la misma frecuencia y puede aparecer
 un problema por 
\series bold
sesgo de reloj
\series default
, la diferencia de tiempo entre que dos elementos ven un flanco de reloj,
 por lo que la señal de reloj debe ser encauzada cuidadosamente para minimizar
 el sesgo.
 Por ello el bus tiene un tamaño limitado.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Asíncrona
\series default
: No hay señal de reloj, por lo que el bus puede ser todo lo largo que que
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
-
\end_layout

\end_inset

ra
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
-
\end_layout

\end_inset

mos, y podemos conectar dispositivos con distintas frecuencias de funcionameinto
s.
 Sin embargo, son más lentos que los síncronos, necesitan más líneas de
 control y puede haber fallos de sincronización.
 Se usa un 
\series bold
protocolo de presentación
\series default
 (
\emph on
handshaking
\emph default
) con una serie de pasos de modo que emisor y receptor solo proceden al
 siguiente paso si están de acuerdo.
\end_layout

\begin_layout Standard
La 
\series bold
frecuencia de funcionamiento
\series default
 de un bus síncrono es la de la señal de reloj que rige las transferencias.
 El 
\series bold
ancho de banda
\series default
 (
\emph on
bandwidth
\emph default
) 
\series bold
teórico
\series default
 es la cantidad de información que puede ser transmitida por un bus, en
 cantidad de información por unidad de tiempo.
 Su valor en bytes por segundo es 
\begin_inset Formula $\frac{fn}{8}$
\end_inset

, donde 
\begin_inset Formula $n$
\end_inset

 es la anchura del bus de datos y 
\begin_inset Formula $f$
\end_inset

 es la frecuencia de funcionamiento en hercios.
 Por su parte, el 
\series bold
ancho de banda efectivo
\series default
 se refiere a la cantidad de información por unidad de tiempo que realmente
 se transmite, pues puede ser necesario dedicar varios ciclos para el protocolo
 de acceso y el arbitraje del bus.
\end_layout

\begin_layout Section
Direccionamiento
\end_layout

\begin_layout Standard
El acceso a los dispositivos se puede hacer de dos formas, que afectan al
 bus de direcciones y a la forma de programarlos:
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
E/S mapeada en memoria
\series default
: Parte del espacio de direcciones de memoria se asocia a los dispositivos
 de E/S.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
E/S aislada
\series default
: Cada puerto de un dispositivo tiene un 
\series bold
número de puerto
\series default
, al que se accede con instrucciones de la ISA específicas, y estos números
 forman un espacio de direcciones de E/S dedicado.
\end_layout

\begin_layout Standard
La E/S aislada no consume parte del espacio de direcciones de memoria, lo
 que era útil en los procesadores de 8 y 16 bits como Intel 8086 que tenían
 un espacio de direcciones limitado.
 Sin embargo, supone mayor complejidad de la CPU por tener que implementar
 instrucciones de E/S adicionales, y resulta en un menor repertorio de instrucci
ones para realizar estas operaciones.
\end_layout

\begin_layout Section
Manejo de la E/S
\end_layout

\begin_layout Standard
La técnica más simple es el 
\series bold
sondeo
\series default
 (
\emph on
polling
\emph default
), 
\series bold
encuesta
\series default
 o 
\series bold
escrutinio
\series default
, en la el procesador 
\begin_inset Quotes cld
\end_inset

sondea
\begin_inset Quotes crd
\end_inset

 los puertos para, una vez detectado un cambio de estado, actuar en consecuencia.
 La encuesta puede ser:
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Continua
\series default
 (
\series bold
espera activa
\series default
): El procesador se dedica exclusivamente a esto para detectar un cambio
 de estado.
 Sólo es permisible en dispositivos dedicados (sistemas empotrados).
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Periódica
\series default
: Se sondea cada cierta cantidad de tiempo.
 Lo habitual es usarla sólo para algunos dispositivos como el ratón.
\end_layout

\begin_layout Standard
El sondeo es la técnica con menor latencia, pero también supone una gran
 pérdida de tiempo de CPU, por lo que en la práctica los dispositivos se
 manejan por 
\series bold
interrupciones
\series default
: La CPU encarga al dispositivo una transferencia y continúa haciendo otras
 cosas, y cuando la tarea termina, el dispositivo avisa a la CPU mediante
 una interrupción externa.
 Entonces la CPU:
\end_layout

\begin_layout Itemize
Deja automáticamente lo que esté haciendo.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Identifica qué dispositivo ha enviado la interrupción.
 Para ello, bien existe una línea de interrupción dedicada para cada dispositivo
, como ocurre en MIPS, o se activa una línea de interrupción única y el
 dispositivo se identifica insertando un 
\series bold
número de interrupción
\series default
 en el bus de datos de la CPU, como ocurre en IA32.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Salta a la 
\series bold
rutina de servicio de la interrupción
\series default
 (
\series bold
RSI
\series default
) o 
\series bold
manejador
\series default
\SpecialChar endofsentence
 Este puede estar en una dirección de memoria fija, como ocurre en MIPS,
 y contener código para comprobar qué interrupción concreta se ha producido,
 o puede saltar a una dirección variable indicada en una tabla de direcciones
 indexada por el número de interrupción, como ocurre en IA32, lo que se
 conoce como 
\series bold
interrupciones vectorizadas
\series default
.
\begin_inset Newline newline
\end_inset

Antes de saltar a esta rutina es necesario guardar, como mínimo, el contador
 de programa y posiblemente el registro de estado para las condiciones (
\emph on
flags
\emph default
).
 El resto de registros los puede guardar la propia rutina.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Una vez ejecutada la RSI, recupera el estado y reanuda el proceso interrumpido.
\end_layout

\begin_layout Standard
Este método, si bien puede mejorar el rendimiento respecto al sondeo, también
 puede incluso empeorarlo, por lo que normalmente se usa junto con DMA.
\end_layout

\begin_layout Standard
El 
\series bold
acceso directo a memoria
\series default
 o 
\series bold
DMA
\series default
 (
\emph on
Direct Memory Access
\emph default
) es un mecanismo que permite la transferencia de datos desde un dispositivo
 a memoria, o viceversa, sin intervención del procesador.
 Para ello se una una 
\series bold
controladora de DMA
\series default
 (normalmente varias), circuito especializado en transferir datos entre
 dispositivos y memoria.
 Esto conlleva que el bus tenga varios amos (CPU y DMA), por lo que es necesario
 un sistema de arbitraje.
 Para realizar una transferencia DMA:
\end_layout

\begin_layout Itemize
La CPU inicializa la controladora de DMA con datos como origen y destino
 de datos, número de bytes a transferir y sentido del desplazamiento (direccione
s crecientes, decrecientes o fijas para origen y destino).
\end_layout

\begin_layout Itemize
La controladora de DMA pide el bus, y cuando lo consigue va realizando las
 operaciones solicitadas.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Finalmente, la controladora de DMA genera una interrupción indicando fin
 de trans
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
-
\end_layout

\end_inset

fe
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
-
\end_layout

\end_inset

ren
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
-
\end_layout

\end_inset

cia o error.
\end_layout

\begin_layout Section
El sistema operativo
\end_layout

\begin_layout Standard
Cuando arranca el ordenador, se realizan algunas comprobaciones y operaciones
 iniciales y a continuación se carga el sistema operativo, que a su vez
 carga los 
\emph on
drivers
\emph default
 de los dispositivos, es decir, las rutinas de petición de E/S y las posibles
 RSI asociadas.
 Sólo el sistema operativo tiene conocimiento de los puertos, órdenes, etc.,
 y por seguridad es el único que puede acceder a E/S, mientras que el resto
 de programas deben solicitar sus servicios mediante 
\series bold
llamadas al sistema
\series default
 (
\emph on
syscalls
\emph default
).
\end_layout

\end_body
\end_document