Dispositivos de E/S: Bloques, Caracteres y Comunicación con la CPU

Dispositivos de E/S: Dispositivos de Bloque y Dispositivos de Carácter

Los dispositivos de bloque almacenan información en bloques de tamaño fijo, cada uno con su propia dirección, desde 512 bytes hasta 32,768 bytes. Todas las transferencias se realizan en unidades de uno o más bloques completos (consecutivos). La propiedad esencial de un dispositivo de bloque es que es posible leer o escribir cada bloque de manera independiente de los demás. Los discos duros, CD-ROMs y memorias USBs son ejemplos comunes de dispositivos de bloque.

Un dispositivo de carácter envía o acepta un flujo de caracteres, sin importar la estructura del bloque. No es direccionable y no tiene ninguna operación de búsqueda. Las impresoras, las interfaces de red, los ratones (para señalar), y la mayoría de los demás dispositivos que no son parecidos al disco se pueden considerar como dispositivos de carácter.

Parámetros de Operación

• Byte/Bloque (teclado/disco, redes, etc.)
• Secuencial o Aleatorio (Cintas, Discos, CD, etc.)

Los relojes no son direccionables por bloques ni generan o aceptan flujos de caracteres. Producen interrupciones a intervalos definidos. Las pantallas por asignación de memoria tampoco se adaptan bien a este modelo.

Componentes de las Unidades de E/S

Las unidades de E/S constan de un componente mecánico y un componente electrónico. El componente electrónico es el controlador del dispositivo o adaptador. En las PCs, comúnmente tiene la forma de un chip en la tarjeta principal o una tarjeta de circuito integrado que se puede insertar en una ranura de expansión (PCI). El componente mecánico es el dispositivo en sí. La tarjeta controladora contiene un conector, en el que se puede conectar un cable que conduce al dispositivo. La interfaz entre el ordenador y el dispositivo es a menudo de muy bajo nivel. Lo que en realidad sale del disco es un flujo serial de bits, empezando con un preámbulo, después los 4096 bits en un sector y por último una suma de comprobación, también conocida como código de corrección de errores (ECC). El preámbulo se escribe cuando se da formato al disco y contiene el cilindro y número de sector, el tamaño del sector y datos similares, así como información de sincronización.

El trabajo del controlador es convertir el flujo de bits serial en un bloque de bytes y realizar cualquier corrección de errores necesaria. Por lo general, primero se ensambla el bloque de bytes en un búfer dentro del controlador. Después de haber verificado su suma de comprobación y de que el bloque se haya declarado libre de errores, puede copiarse a la memoria principal.

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Dispositivos de Bloque

Almacenan información en bloques de tamaños fijos, cada uno con su propia dirección. Los tamaños de bloques van desde 512 bytes hasta 32,768 bytes. La propiedad fundamental de un dispositivo de bloque es que puede leer y escribir cada bloque independientemente de todos los demás (Discos, USB).

Dispositivos de Carácter

Este tipo de dispositivo permite suministrar o aceptar flujos de carácter sin estructuras en bloques. No es direccionable ni tiene operación de desplazamiento (impresoras).

Comunicación con la CPU

Por Asignación de Memoria

Cada controlador tiene unos cuantos registros que se utilizan para comunicarse con la CPU. Al escribir en ellos, el sistema operativo puede hacer que el dispositivo envíe o acepte datos, se encienda o se apague, o realice cualquier otra acción. Además de los registros de control, muchos dispositivos tienen un búfer de datos que el sistema operativo puede leer y escribir.

Para que muestren píxeles en la pantalla se tiene una RAM de video, la cual es básicamente sólo un búfer de datos disponible para que los programas o el sistema operativo escriban en él.

¿Cómo se comunica la CPU con los registros de control y los búferes de datos de los dispositivos?

1. A cada registro de control se le asigna un número de puerto de E/S, un entero de 8 o 16 bits. El conjunto de todos los puertos de E/S forma el espacio de puertos de E/S y está protegido de manera que los programas de usuario ordinarios no puedan utilizarlo (sólo el sistema operativo puede).
2. El segundo método, que se introdujo con la PDP-11, es asignar todos los registros de control al espacio de memoria. A cada registro de control se le asigna una dirección de memoria única.