Unidad 8
Actividad 1
Unidades Funcionales
Carlos Alberto Ramírez Sánchez
Arquitectura de computadoras
La E/S (entrada/salida) controlada por interrupciones y la E/S por sondeo son dos métodos distintos utilizados para gestionar la comunicación entre el procesador y los dispositivos periféricos. En la E/S controlada por interrupciones, los dispositivos periféricos envían una señal al procesador cuando necesitan atención, lo que hace que el procesador interrumpa la ejecución actual y ejecute una rutina de servicio de interrupción (ISR) para atender el dispositivo. Este método es eficiente ya que permite al procesador realizar otras tareas hasta que se produzca una interrupción.
Por otro lado, la E/S por sondeo implica que el procesador verificaperiódicamente el estado de los dispositivos periféricos para determinar si necesitan atención, mediante la ejecución de unbucle de sondeo. Este método es menos eficiente porque elprocesador utiliza ciclos de CPU para revisar constantemente los registros de estado de los dispositivos, incluso cuando no hay datos que procesar. La E/S por sondeo puede ser adecuada en sistemas donde los eventos periféricos son frecuentes y predecibles y la carga de trabajo del procesador no es crítica.
En resumen, la E/S controlada por interrupciones es más eficiente y adecuada para situaciones donde los eventos periféricos son poco frecuentes pero urgentes, permitiendo al procesadordedicarse a otras tareas mientras espera una interrupción. Encontraste, la E/S por sondeo, aunque más simple de implementar, puede resultar en un uso ineficiente del procesador debido a laverificación constante del estado de los periféricos. La elecciónentre estos métodos depende de los requisitos específicos del sistema y la aplicación.
La ventaja principal de la E/S controlada por interrupciones es su eficiencia en el uso del procesador. En este método, el procesador puede continuar ejecutando otras tareas mientras espera una señalde interrupción de los dispositivos periféricos, lo que optimiza eltiempo de procesamiento. Esto contrasta con la E/S por sondeo, donde el procesador debe verificar constantemente el estado de los dispositivos periféricos, consumiendo así ciclos de CPU de manera continua.
Además, la E/S controlada por interrupciones permite una respuesta más rápida y eficaz a eventos periféricos urgentes, ya que la señal de interrupción provoca que el procesador detengainmediatamente su tarea actual para atender la solicitud deldispositivo. Por ejemplo, en un sistema de almacenamiento, cuando un disco duro termina de leer o escribir datos, envía unainterrupción al procesador. El procesador entonces detiene su tareaactual y ejecuta una rutina de servicio para manejar los datos leídos o escritos, lo que garantiza una gestión eficiente y rápida del almacenamiento sin desperdiciar tiempo de CPU en comprobaciones constantes.
¿Qué es una interrupción software?
Una interrupción software es un tipo de interrupción que se generamediante la ejecución de una instrucción específica dentro de un programa, en lugar de ser provocada por un evento de hardwareexterno. Este tipo de interrupción permite a los programas solicitarservicios del sistema operativo o realizar ciertas operaciones que requieren cambiar el flujo normal de ejecución.
Las interrupciones software se utilizan comúnmente para realizar llamadas a funciones del sistema operativo, como operaciones deentrada/salida, gestión de memoria, o para controlar dispositivos periféricos. Al invocar una interrupción software, el procesador suspende la ejecución del programa actual y transfiere el control auna rutina de servicio de interrupción (ISR) predefinida que maneja la solicitud específica.
Un ejemplo típico de interrupción software es cuando un programa necesita leer datos del disco duro. El programa puede generar una interrupción software que llama al sistema operativo para manejar la operación de lectura. El sistema operativo, a través de la rutinade servicio de interrupción, se encarga de leer los datos del disco yluego devuelve el control al programa original, permitiendo así una gestión ordenada y eficiente de los recursos del sistema.
Los buffers triestado se necesitan para conectar dispositivos digitales a un bus porque permiten que múltiples dispositivoscompartan el mismo bus sin interferir entre sí. Un buffer triestadopuede estar en uno de tres estados: alto (1), bajo (0) y altaimpedancia (Z). El estado de alta impedancia es crucial porque desconecta efectivamente el dispositivo del bus, evitando queinfluya en la línea de datos y permitiendo que otros dispositivosusen el bus sin conflictos.
Cuando un dispositivo digital necesita comunicarse a través del bus, su buffer triestado se activa (pasando a estado alto o bajo)para transmitir o recibir datos. Después de completar la transmisión o recepción, el buffer vuelve al estado de altaimpedancia, liberando el bus para que otros dispositivos puedanutilizarlo. Este mecanismo es esencial para evitar colisiones de señales y garantizar una comunicación ordenada y eficiente en sistemas donde varios dispositivos comparten el mismo bus.
Por ejemplo, en una computadora, la CPU, la memoria RAM y los dispositivos de entrada/salida (E/S) como discos duros yperiféricos, todos comparten el mismo bus de datos. Sin buffers triestado, las señales de varios dispositivos podrían superponerse, causando errores y mal funcionamiento. Los buffers triestadoaseguran que solo un dispositivo a la vez pueda transmitir datos enel bus, manteniendo la integridad de la comunicación y el correcto funcionamiento del sistema.
Los buffers triestado se necesitan para conectar dispositivos digitales a un bus porque permiten que múltiples dispositivoscompartan el mismo bus sin interferir entre sí. Un buffer triestadopuede estar en uno de tres estados: alto (1), bajo (0) y altaimpedancia (Z). El estado de alta impedancia es crucial porque desconecta efectivamente el dispositivo del bus, evitando queinfluya en la línea de datos y permitiendo que otros dispositivosusen el bus sin conflictos.
Cuando un dispositivo digital necesita comunicarse a través del bus, su buffer triestado se activa (pasando a estado alto o bajo)para transmitir o recibir datos. Después de completar la transmisión o recepción, el buffer vuelve al estado de altaimpedancia, liberando el bus para que otros dispositivos puedanutilizarlo. Este mecanismo es esencial para evitar colisiones de señales y garantizar una comunicación ordenada y eficiente en sistemas donde varios dispositivos comparten el mismo bus.
Por ejemplo, en una computadora, la CPU, la memoria RAM y los dispositivos de entrada/salida (E/S) como discos duros yperiféricos, todos comparten el mismo bus de datos. Sin buffers triestado, las señales de varios dispositivos podrían superponerse, causando errores y mal funcionamiento. Los buffers triestadoaseguran que solo un dispositivo a la vez pueda transmitir datos enel bus, manteniendo la integridad de la comunicación y el correcto funcionamiento del sistema.
La diferencia básica entre un bus serie y un bus paralelo radica en cómo se transmiten los datos a través de las líneas de comunicación. En un bus paralelo, los datos se envían simultáneamente a través de múltiples líneas, cada una de las cuales transporta un bit de información. Esto permite latransmisión de un byte (8 bits) en una sola unidad de tiempo si el bus tiene 8 líneas. Este método es rápido pero requiere más líneas conductoras, lo que puede complicar el diseño físico y aumentar los costos. Además, la sincronización entre las múltiples líneaspuede ser problemática a altas frecuencias, lo que limita lavelocidad máxima de operación.
Por otro lado, un bus serie envía los datos bit a bit a través de una sola línea o un conjunto muy reducido de líneas. Aunque esto puede parecer más lento porque necesita múltiples unidades de tiempo para transmitir un byte completo, la tecnología moderna ha permitido que los buses serie alcancen altas frecuencias de operación, compensando la transmisión secuencial. Los buses serie tienen una conexión física más simple y menos costosa, y son menos propensos a problemas de sincronización, lo que permite velocidades de transmisión muy altas en distancias largas.
Mientras que los buses paralelos pueden transmitir más datos a lavez debido a sus múltiples líneas, los buses serie ofrecen una solución más sencilla y escalable, especialmente para aplicaciones donde la integridad de la señal y la velocidad son cruciales. La elección entre un bus paralelo o un bus serie depende de las necesidades específicas del sistema y las características de los dispositivos conectados.
El bus USB (Universal Serial Bus) permite conectar hasta 127 dispositivos a través de un solo controlador de host USB. Esta capacidad incluye el controlador mismo, por lo que realmente se pueden conectar 126 dispositivos periféricos adicionales.
Los dispositivos USB pueden ser conectados en cadena utilizando concentradores (hubs) USB, que permiten ampliar el número de puertos disponibles. Cada hub también se cuenta como undispositivo, por lo tanto, si se utilizan hubs para expandir elnúmero de conexiones, estos también ocupan una de las posiciones disponibles en el límite de 127 dispositivos.
¿Es el bus FireWire más rápido que el USB, en términos detransferencia de datos?
El bus FireWire, conocido técnicamente como IEEE 1394, fue en su tiempo más rápido que las versiones iniciales del USB entérminos de transferencia de datos. La primera versión del FireWire, IEEE 1394a, ofrecía velocidades de hasta 400 Mbps (megabits por segundo), mientras que el USB 1.1 solo alcanzaba12 Mbps, lo que hacía a FireWire significativamente más rápido en ese momento.
Con la evolución de ambas tecnologías, se introdujo USB 2.0, que aumentó la velocidad de transferencia a 480 Mbps, ligeramentesuperior a FireWire 400. Sin embargo, FireWire 800 (IEEE 1394b)ofrecía velocidades de hasta 800 Mbps, superando nuevamente alUSB 2.0. A pesar de estas mejoras, la llegada de USB 3.0 y USB 3.1 cambió el panorama de manera decisiva, ofreciendo velocidades de hasta 5 Gbps y 10 Gbps respectivamente, lo quesuperó ampliamente las capacidades de FireWire.
En resumen, aunque FireWire tuvo una ventaja inicial sobre lasprimeras versiones de USB, las versiones modernas de USB, como USB 3.0 y superiores, son considerablemente más rápidas quecualquier versión de FireWire. Esta evolución ha hecho que USBse convierta en el estándar predominante para la transferencia dedatos debido a sus mayores velocidades y amplia adopción.
Conclusión:
Comprender la diferencia entre la E/S controlada por interrupciones y la E/S por sondeo es fundamental para cualquier estudiante de informática, ya que permite optimizar el rendimiento de los sistemas computacionales. La E/S controlada por interrupciones es especialmente eficiente en la gestión del tiempo del procesador, permitiendo una respuesta rápida a eventos periféricos urgentes sin desperdiciar recursos en comprobaciones constantes. Este conocimiento es crucial para diseñar sistemas que requieren alta eficiencia y respuesta inmediata, como sistemas operativos y aplicaciones en tiempo real.
El uso de buffers triestado en la conexión de dispositivos digitales a un bus es esencial para asegurar una comunicación ordenada y eficiente. Los buffers triestado permiten que varios dispositivos compartan el mismo bus sin interferencias, evitando colisiones de señales y garantizando la integridad de los datos transmitidos. Estacomprensión es vital para el diseño
de hardware y la interconexión de componentes en sistemas complejos, lo que es una habilidad indispensable para cualquier ingeniero de sistemas o desarrollador de hardware.
Finalmente, la comparación entre buses serie y paralelo y el entendimiento de sus aplicaciones prácticas son conocimientos importantes para los estudiantes de informática. Los buses serie, con su simplicidad y capacidad para altas velocidades en distancias largas, son preferidos en muchas aplicaciones modernas. Conocer estas tecnologías y sus evoluciones, como USB y FireWire, permite a los estudiantes de informática tomar decisiones informadas al desarrollar y optimizar sistemas de interconexión de dispositivos, asegurando así la eficiencia y efectividad de sus diseños.
Fuente: Quiroga, Patricia. (2010). Arquitectura de computadoras.México: Alfaomega. Stallings, Williams. (2006). Organización y arquitectura de computadores. Madrid:
Prenti Mano, Morris. (1986). Lógica Digital y diseño de computadores. México: Prentice Hall Hispanoamericana
