Tema 1: Arquitectura de un Computador

Tema 1:
Arquitectura de un Computador
Periféricos e Interfaces
Tema 1/1
Sumario
z
z
z
z
z
z
z
Tema 1/2
Controladores hardware
Definición de Periférico e Interfaz y presentación de tipos
Técnicas de gestión del Sistema de Entrada/Salida
Partes de un computador
Niveles del acceso al hardware
Etapas de arranque del computador
Implementación y Ejemplos: BIOS y Manejadores de
dispositivos
Interfaz HW: Controladores de Periféricos
BUS PCI
Datos
Direcciones
CPU
Control
Controlador E/S
Descodificador
Direcciones
Controlador E/S Controlador E/S
In
Impresora
Teclado
Disco
Out
Command
Registros de la Interfaz
PERIFERICO O
DISPOSITIVO E/S
Tema 1/3
Status
Interfaz HW: Controladores de Periféricos
CONTROLADOR DE
ENTRADA/SALIDA
WR*
RD*
M/IO*
Bus
direcc.
Descodi
ficador
Registro de
comandos
CPU
Registro de
estado
Registro de
datos salida
Bus
datos
Registro de
datos entrada
CLK
Tema 1/4
Líneas de
control
Líneas de
estado
Líneas de
datos
TRANSDUCTOR
PERIFÉRICO
Dispositivo
mecánico/
óptico/
electrónico
Definición de Periférico
z
z
Periférico o Dispositivo de E/S: elemento físico que transforma o
genera información externa al computador dependiendo del las órdenes
codificadas que recibe del procesador. Las señales internas de los
periféricos pueden ser eléctricas, ópticas, térmicas, y además pueden
estar codificadas permitiendo su transmisión, detección, interpretación,
procesamiento, y almacenamiento de forma automática.
Conceptos involucrados:
– Dispositivo físico: principio de operación + circuitos de soporte (ejemplo:
unidad de cinta magnética)
– Medio o soporte de la información (ejemplo: carrete de cinta magnética)
– Características de Usuario: Capacidad, Velocidad, Programación,
Estandarización, etc.
z
Tema 1/5
Partes de un periférico
–
–
–
–
–
Sección mecánica
Sección electrónica
Sección óptica
Sección de interfaz con el computador
Controlador de E/S
Clasificación de Periféricos
Dispositivo
Función
Interacción
Teclado
Entrada
Humano
Ratón
Entrada
Humano
Impresora puntos Salida
Humano
Floppy
Almacenam.
Máquina
Impresora Láser Salida
Humano
CD-ROM
Almacenam.
Máquina
Disco Magnético Almacenam.
Máquina
Red-LAN
Entrada y Salida Máquina
Monitor Gráfico Salida
Humano
Tema 1/6
Frec.Trans.datos (KB/sec)
0.01
0.02
1.00
50.00
100.00
500.00
5,000.00
20 – 1,000.00
30,000.00
Interfaces y sus Tipos
z
z
Definición de Interfaz: Proceso de intercambio de información entre el
Procesador y los Periféricos.
La Interfaz involucra siempre a tareas que se pueden implementar parte
en hardware y parte en software, aunque la frontera entre qué hace una y
qué hace la otra no está bien definida.
Tipo de implementación
de la interfaz Ventajas
Interfaz HW
Paralelo
EIA RS232/422
SCSI
Ethernet
Tema 1/7
Desventajas
Hardware
Rápido
Caro, rígido
Software
Barato flexible
Lento
Frecuencia datos
≅ 50 KB/s
20-30 KB/s
Algunos MB/s
10 MB/s
Ancho de palabra
Paralelo 8 bits
Serie por bit
Paralelo 16 bits
Serie por bit
RECORDATORIO:
Métodos de interfaz con los
controladores de E/S
z Programada:
exclusivamente software
z Interrupciones: hardware/software
z Acceso Directo a Memoria (DMA):
hardware/software
Tema 1/8
RECORDATORIO
Método software de interfaz: PROGRAMADA
Comienzo del
proceso E/S
Procesador
Leer estado
BUS PCI
Memoria
Principal
Controlador E/S
Periférico
Tema 1/9
Realizar
otras
tareas
Examinar estado
NO
Periférico
está listo?
SI
Dar servicio
(leer, almac)
Mecanismos software de interfaz
z
Dos MECANISMOS usados para direccionar el dispositivo:
– E/S aislada: Instrucciones de E/S especiales (IN, OUT)
– E/S mapeada en memoria: Intrucciones MOV
z
Instrucciones E/S especiales para E/S aislada especifican:
– El número de dispositivo y la palabra de comando
z
Número de dispositivo: El procesador lo comunica a través del bus de
direcciones y hace referencia al espacio de direccionamiento de E/S
z
Palabra de comando: se envía normalmente sobre las líneas de datos
del bus
– Los programas de usuarios normalmente no pueden usar operaciones de
E/S directamente:
z
z
Tema 1/10
Protegido por el proceso de traducción de direcciones del S.O.
Ejemplo 80x86: instrucciones “IN” y “OUT”
Tema 1/11
Mecanismos software de interfaz
z
E/S mapeada en memoria:
– Porciones del espacio de direcciones se asignan a dispositivos de E/S
– Lecturas y escrituras a estas direcciones se interpretan como comandos
a los dispositivos de E/S
– Los programas de usuarios normalmente no pueden usar operaciones
de E/S directamente a través del espacio de memoria:
z
z
Tema 1/12
Protegido por el proceso de traducción de direcciones del S.O.
Ejemplo 80x86: Instrucciones “MOV”
Tema 1/13
RECORDATORIO
Método hardware/software de interfaz:
INTERRUPCIONES
Controlador
Procesador Interrupciones
(1) Interrupción E/S
(2) guarda PC
add
sub
and
or
nop
Programa
usuario
BUS PCI
Memoria
Principal
Controlador
E/S
int
Periférico
(3) direc. de
servicio inter
(4)
read
store
... :
rti
memoria
Rutina
servicio
interrupciones
RECORDATORIO
Método hardware/software de interfaz:
Acceso directo a memoria (DMA)
Procesador
BUS PCI
Memoria Controlador E/S
Principal
Periférico
DMAC
Interior de un computador (Mitsubishi XV600)
1 Power supply
2 Hard disk drive
assembly
3 Removable-media
drive bays
4 Diskette drive
5 Memory (DIMM)
sockets
6 Expansion slots
7 Processor socket
1 Power button
6 CD-ROM disc drawer (platter)
2 Power Mode light
7 CD Eject button
3 Hard disk activity indicator
8 CD emergency eject hole
4 RESET button
9 CD phono jack & volume control
5 Diskette drive
10 CD activity indicator
Tema 1/16
1 AC power inlet
7 Parallel (printer) port
2 Voltage selection switch
8 Serial port 1
3 AC power output (for monitor)
9 Serial port 2
4 Keyboard port
10 Expansion slots
5 Mouse port
11 Video port (from AGP card)
6 Dual USB port
A Plastic locking tabs for side
panels
Ensamblaje: Conexión
Tema 1/17
Ensamblaje: Instalar las tarjetas de expansión
Tema 1/18
Identificación de los módulos de
memoria RAM
72 PIN SIMM approx. 4.25” x 1”
72 PIN SODIMM
approx. 2.375” x 1”
100 PIN DIMM approx. 3.5” x
1.25”
100 PIN DIMMs are primarily
used in printers.
168 PIN DIMM approx. 5.375” x 1”
184 PIN DIMM para SDRAM DDR
desktop PC
144 PIN SODIMM
approx. 2.625” x 1”
SODIMMs are typically
used in laptop computers.
Tema 1/19
30 PIN SIMM approx. 3.5” x .75”
30 PIN SIMMs are typically found
in older desktop computers.
Module
DDR 200(PC-1600)
DDR 266(PC-2100)
DDR 333(PC-2700)
Frequency
100Mhz
133Mhz
166Mhz
Bandwidth
1600 MByte/sec
2.121 Gbyte/Sec
2.66 Gbyte/Sec
Ejemplo de placa base
MANUFACTURER PART: ASUS # P5A
PROCESSOR ZIF Socket 7 for Pentium CPUs
100/83.3/75/66 MHz F.S.B
Intel Pentium Processor: P55C/P54C/P54CS 90MHz~233MHz
Cryix M II: 300MHz ~ 333MHz
6x86MX: PR166+ ~ PR266+MHz
AMD-K6®-2, AMD-K6® 233MHz ~ 400MHz
CHIPSET ALi® M1541 Aladdin V AGPset supports up to 100MHz F.S.B.
ALi® M1543 Super I/O Controller
CACHE MEMORY 512KB Pipelined Burst SRAM (5ns)
SYSTEM MEMORY 3 x 168-Pin DIMM Sockets
Support 8MB to 384MB Memory Capacity
Supports EDO/SDRAM Modules
ECC/Parity Support (66MHz Only)
ON BOARD I/O 1 x Floppy Port (Up to 2.88MB, 3 Mode)
2 x Serial Ports (16550 Fast UART Compatible)
1 x Parallel Port (ECP, EPP Port)
FIR TX/RX Header
On Board ATX I/O USB connectors
ON BOARD IDE 2 x PCI Bus Master IDE Ports (Up to 4 IDE Devices)
Supports PIO Mode 3, 4: 17MB/Sec.(Max.)
Ultra DMA Mode: 33MB/Sec.(Max.)
BIOS Award® AGP BIOS with ACPI, DMI, Green, Plug and Play Features 2M-bit
Flash
EEPROM EXPANSION SLOTS: 1 x AGP(2X) Slot
5 x PCI Bus Slots; 2 x ISA Bus Slots
TemaBOARD
1/20
SIZE ATX Format 21.2cm x 30.5cm
Diagrama de bloques de la placa base
(Intel 440BX AGPset)
Tema 1/21
Chipset Intel 865G
Intel D865GBF
Tema 1/22
Tema 1/23
Tema 1/24
Etapas en el arranque del computador
z
z
z
z
Conectar la fuente de
alimentación y encender
Ejecutar el programa de
arranque desde la ROM BIOS:
“1er arranque” (bootstrap)
Ejecutar el programa de
arranque del sistema operativo
desde el sector de arranque en
el disco (duro, floppy, CDROM): 2º arranque
Ejecutar el programa de
arranque del sistema operativo:
3er arranque
Tema 1/25
BIOS
Instrucciones
del 1er
bootstrap
0xFFFF0
uP
Vídeo
Peticion desde
BIOS
Disco
Duro
Teclado
Instrucciones
del 2º y 3º
bootstrap
Niveles que definen la interfaz
de un periférico
Ejemplo de
Periférico:
Impresora de página
Postscript
Conjunto de comandos
SOFTWARE
Impresora
Modelo del Periférico
Protocolo
HARDWARE/
SOFTWARE
Interfaz Física
HARDWARE
Puerto Paralelo
Tema 1/26
Ejemplos
Proceso de E/S
de la aplicación
MS-DOS
COMMAND.COM
COMMAND.COM
MSDOS.SYS
MSDOS.SYS
IO.SYS
IO.SYS
S.O.
BIOS
Interfaz HW
Registro
de Estado
Registro
de Datos
Controlador hw
Disco
Tema 1/27
Manejador
Manejadorde
deFicheros
Ficheros
Manejador
ManejadorDisco
Disco
Interfaz HW
Registro
de Control
API del S.O.
Registro
de Control
Registro
de Estado
Registro
de Datos
Controlador hw
Disco
Implementación de los Niveles de Acceso
Problema
Algoritmos
Lenguaje Programación
Manejador de Ficheros
INT 21H
INT 13H
Instrucciones IA-32
Port 110
Controlador Disco
Programas
Sistema Operativo
Compilador
BIOS
Arquitectura del Repertorio
de Instrucciones
Procesador
MEM
E/S
Ruta HARDWARE
de Datos + Control
Diseño Digital
Circuitos Electrónicos
Integración
Tema 1/28