Resumen de la Unidad 2 Comunicación interna en la computadora.
Bus local PCI(Peripheral Component Interconnect)
Es un bus de alta forma de 32 a 64 bits con líneas de dirección y de datos multiplexadas. Su uso de orienta como mecanismo de interconexión entre controladores de periféricos altamente integrados, placas periféricas de expansión y sistemas procesador/memoria.
Las estructuras de bus local iniciales se centraban en aplicaciones para los sistemas de escritorio low-end hasta high- end, el bus PCI también comprende los requerimientos de sistemas móviles (Laptops) hasta servidores departamentales.
PCI son independientes tipos de microprocesador, permitiendo una eficiente transición a futuras multi.procesador
El bus local PCI ofrece beneficios adicionales a los usuarios. Registro de configuración se especifican para los componentes y placas de expansión PCI. Con esto se logran sistemas con software de auto.configuracion automática incluido, el que es corrido durante el encendido, evitándole al usuario la tarea de configuración el sistema manualmente (plug y play).
El sistema procesador/cache/memoria se encuentra conectado al bus PCI a través de un “puente PCI” por el cual procesador puede acceder a cualquier dispositivo mapeado en memoria o en los espacios para i/o y permite que cualquier master PCI tenga acceso directo a memoria.
Muestra una arquitectura PCI local bus típica, lo que no implica límites arquitecturales específicos.
Bus de datos
Es un dispositivo mediante el cual al interior de una computadora se transmitan datos e información relativamente.
Transporta información entre dispositivos de hardware como teclado, mouse, impresora, monitor y también de almacenamiento como el disco duro o memoria móvil.
Se suele describir el bus de datos como una autopista de información y ordenes, porque no es otra cosa que eso. Se rige por la cantidad de bits capaz de soportar en el camino, en este marco, el CPU cumple la función primaria. Es por ello que tenemos procesadores de 64 bits en lugar de 32 o 16 porque la evolución de la PC y la exigencia informativa de los usuarios lo demandaron.
Bus de direcciones
Direcciones
El número de líneas disponible en el bus de direcciones determina el tamaño máximo de memoria que puede ser acomodado en el sistema. Por ejemplo. Para n líneas, el bus de direcciones puede especificar hasta 2n palabras de memoria.
En los casos de 32 y 64 bits estas cifras refieren a la máxima capacidad en que los sistemas operativos pueden direccionar siendo:
• 32 bitsà 232 = 4 GB
• 64 bitsà 264 = 18.4 ZB
Problemas
• Si se conecta un gran numero de dispositivos al bus se generan retardos se propagación.
• Si el control del bus se conecta a otro, puede afectar sensiblemente las prestaciones.
• Para solucionar los problemas mencionados, la mayoría de los sistemas utilizan varios buses
Bus de control
Es una colección de líneas que transportan un conjunto de señales cuyo propósito es la sincronía de todas las operaciones efectivas por el CPU con los diferentes subsistemas de un equipo de cómputo, destacan:
Líneas de escritura
Lectura de datos (read)
Reloj de sistemas (clock)
Líneas de interrupción
Líneas de estado (status)
El bus de control transmite comandos desde el CPU y devuelve una señal de estado desde el dispositivo, para saber que tipo de operaciones se espera en ese momento.
Permite que no haya colision de información del sistema.
La capacidad operativa del bus depende:
La integración del sistema
La velocidad del sistema
La anchura del bus (Numero de conducta de datos que operan en paralelo)
Tipos de señales
Los periféricos también pueden remitir señales de control al CPU como lo son:
Int Bus RQ Reset R/W
Bus Normalizado
Un bus debe cumplir lo siguiente:
· Nivel mecánico:
Deben definirse aspectos tales como el tipo de soporte, el número de hilos del bus, el tipo de conector, etc.
· Nivel eléctrico:
El nivel eléctrico (u óptico, en el caso de emplear como soporte la fibra óptica), debe especificar el circuito equivalente de los dispositivos que se conectan a las líneas del bus, tanto de los emisores como de los receptores.
· Nivel lógico:
Define estáticamente todas las líneas del bus, estableciendo las equivalencias entre los valores eléctricos de las señales y sus valores lógicos
· Nivel de temporización básica:
En este nivel se establecen los cronogramas para la realización de la operación más elemental del bus, esto es, de un ciclo.
· Nivel de transferencia elemental:
Se establece el procedimiento empleado para realizar una transferencia de un dato por el bus. En el caso de un bus de ciclo completo, este nivel coincide con el anterior puesto que la temporización básica establece todas las condiciones necesarias para transferir un dato.
Buses poseen especificaciones normalizadas.
Protocolos de transmisión de datos
S-100 BUS (IEEE 696)
Primer bus normalizado para microcomputadores, siendo introducido por Atari para su computador 8080(sistema de 8 bits).
FUTUREBUS
Es una normalización proyectada para equipos de muy altas prestaciones, que puede considerarse como una evolución de las normas Multibus II y VME. Diseñado para arquitectura de 64 bits, Permite la construcción de sistemas multiprocesador (de hasta 32 procesadores) compartiendo memoria.·
USB
Estándar de 1995 que define un bus para conectar periféricos al ordenador. Puede llegar a conectar hasta 127 dispositivos con una conexión de tipo estrella. Soporta dos tipos de transferencias, una baja de 1,5 Mbps para conectar dispositivos lentos y de bajo coste (joyticks, ratones) y otra alta de hasta 12 Mbps para la conexión de dispositivos que requieren un mayor ancho de banda (discos y CD-Roms).
Direccionamiento: Modo real, Protegido, Modo real virtual
Memoria:
Es uno de los principales recursos de la computadora
Multiusuario
Permite que los dispositivos se comuniquen de manera directa con la memoria sin la necesidad de la intervención del microprocesador, por lo que este último puede entonces dedicarse a otras actividades y se libera de carga de trabajo, con ello se vuelve más eficiente el sistema.
Multiusuario
Capaces de dar servicio a más de un usuario a la vez, ya sea por medio de varias terminales conectadas a la computadora o por medio de sesiones remotas en una red de comunicaciones.
Este tipo de sistemas se emplean especialmente en redes.
Procesos y Memoria
Un proceso se ejecute se requiere ubicarlo en memoria principal junto con los datos que direcciona.
Para optimizar el uso del computador se requiere tener varios procesos en memoria principal. (Grado de multiprogramación)
Direccionamiento
Conocer la ubicación de un dato o instrucción en la memoria, esto será posible por el sistema operativo que es quien la administra.
Direccionamiento de memoria
Ubicación en la memoria, con las cuales una CPU u otros dispositivos puede almacenar, modificar o recuperar datos de la misma.
Comunicación de direccionamiento
Es necesario un administrador de memoria que es una parte del sistema operativo para tener un buen manejo de la capacidad de memoria.
Los posibles procesos que se pueden tener a la vez en la memoria son:
- mono programación: este solo manda un proceso a la memoria y esto impide que algún otro proceso pueda realizarse.
- multiprogramación: aquí la memoria se divide en partes para realizar las instrucciones. Así que el procesador solo busca un espacio de la memoria donde quepa el proceso.
Tipos de direccionamiento
· Modo real (modo de direccionamiento real)
· Modo protegido
· Modo virtual
El modo real (modo de dirección real)
Modelo compatible caracterizado por tener 20 bits de espacio de direcciones segmentado (significa que solo puede direccionar 1 MB de memoria), acceso directo del software a las rutinas del BIOS, hardware y periféricos.
· La memoria en modo real se divide en segmentos de longitud fija (64 Kb) y para acceder a una dirección específica hay que indicar el segmento en el que se encuentra el dato y el desplazamiento dentro de ese segmento.
Diferencia entre el modo real y modo protegido es la forma en que el microprocesador interpreta el registro de segmento para acceder al segmento de memoria
Modelo protegido
Permite acceder a datos y programas localizados por encima y dentro del primer megabyte de memoria
El modo protegido puede tener un desplazamiento de 32 bits en vez de utilizar uno de 16 bits como en modo real. Por esto puede direccionar hasta 4 Gb de longitud
Modelo virtual
· Consiste en hacer creer al programador que dispone de mas memoria que la físicamente disponible en RAM, en esta se conoce como entro, es decir consiste en hacer creer al programa que dispone de más memoria que la físicamente disponible en RAM.
Se basa en que cuando una aplicación necesita más espacio y la memoria física está agotada, el controlador de memoria virtual (memoria RAM ficticia) proporciona espacio auxiliar utilizando un fichero de intercambio ("Swap file") situado en memoria externa (disco duro generalmente), donde se almacena la información que no cabe en la RAM
Temporización
Se emplean para controlar periodos de tiempo:
· Reloj del sistema
El reloj de una computadora se utiliza para dos funciones principales:
1.-Para sincronizar las diversas operaciones que realizan los diferentes subcomponentes del sistema informático.
2.-Para saber la hora.
Funciones
El reloj marca la velocidad de proceso de la computadora generando una señal periódica que se utiliza por todos los componentes del sistema informativo para sincronizar y coordinar las actividades operativas.
Medidas electrónicas del reloj
Medido en megahertz (MHz)y en Gigahertz
-1 MHz= 1 millón de ciclos por segundo
-1 GHz= 1 ciclo de mil millones por segundo
De esto es lo que se habla cuando dicen que una computado es una maquina de 2.4GHz, La velocidad de su reloj es de 2.4 mil millones de ciclos por segundo (cuando mas grande el numero = mas rápido el procesamiento).
· Reset del sistema
Puesta en condiciones iniciales de un sistema. Este puede ser mecánico, electrónico o de otro tipo. Normalmente se realiza al conectar el mismo, aunque, habitualmente, existe un mecanismo, normalmente un pulsador, que sirve para realizar la puesta en condiciones iniciales manualmente.
Los micro controladores pueden provocar una inicialización por tres causas:
Al conectarse la alimentación, mediante el circuito de automatización (power on reset).
2.-Al poner a cero el terminal MCRL(negado de Master Clear Reset)durante el funcionamiento o el estado de reposo del microcontrolador.
3.-Al rebasar su capacidad el temporizador del circuito de vigilancia o WDT(watch dog timer)
· Reset manual
Se utiliza por ejemplo para arrancar una secuencia de un conjunto de Leds o para salir de laguna condición inestable en algunos decodificadores. Como sabemos el reset pone en cero todos los contadores internos. Es un borrar y volver a empezar.
Tipos de reset
· Reset de alimentación: Es una transición positiva que genera un reset de alimentación y es usada solo en condiciones de encendido, no puede emplearse para reducciones en el voltaje de fuentes de alimentación.
· Reset externo: Sube un nivel lógico 1 en menos de 2 ciclos de reloj, después que un dispositivo interno lo desactiva cuando la condición de reset es detectada, la terminal reset, es dirigida a 0 por un dispositivo interno en 4 ciclos de reloj, entonces se desactiva
· Reset de no adecuada operación de la computadora: para proteger contra las fallas del software cuando el COP es habilitado el software es responsable de guardar un temporizador.
· Reset de monitor de reloj: Conjuntó interno de resistor- capacitor que produce una demora de tiempo sin ningún flanco de reloj, el monitor de reloj puede generar opcionalmente un reset del sistema, la función dl monitor de reloj puede ser habilitada o deshabilitada por el bit de control.
Estados de espera:
La señal ready del bus se puede usar para extender la longitud del ciclo del bus para igualar una tarjeta lenta o para el bus del sistema hasta que se sincronice con el ciclo de la tarjeta
Los ciclos del bus 8088 normalmente son de cuatro pulsos y se describen por T1 hasta T4.
En algunos ciclos el hardware dela PC, automáticamente inserta un pulso ocioso extra llamado TW.
La señal ready se usa para insertar estados nuevos o adicionales de espera
Interrupciones de hardware enmascarable, no - enmascarable
Interrupción
Es una operación que suspende la ejecución de un programa de modo que el sistema pueda realizar una acción especial.
Existen varios tipos de interrupciones de los cuales los más comunes son los siguientes:
· De programa o de verificación de programa: son ocasionadas por condiciones que se producen como resultado de la ejecución de una instrucción.
· De reloj: son producidas por un reloj interno del procesador. Para que de esa forma se realicen funciones con una cierta regularidad.
· De Entrada / Salida: son generadas por un controlador de E/S para indicar la finalización de una operación; o el cambio de estado de un dispositivo o canal; o también alguna condición de error.
· Por fallo del Hardware o de verificación de máquina: son causadas por el mal funcionamiento del equipo, cortes de energía, etc.
Clases de interrupciones existen:
Atendiendo a su origen, en el PC existen tres tipos de interrupciones:
· Interrupciones hardware: Ocurren cuando un dispositivo necesita atención del procesador y genera una señal eléctrica en la línea IRQ que tiene asignada. Esta señal es recogida y procesada por el controlador de excepciones PIC antes de ser enviada al procesador, lo que puede realizarse de dos formas, según el tipo de interrupción sea enmascarable o no enmascarable.
· Interrupciones software: Este tipo de interrupciones son de prioridad más alta que las de hardware, de forma que si se recibe una interrupción hardware mientras que se ejecuta una software, esta última tiene prioridad.
· Excepciones del procesador: Durante el funcionamiento del procesador pueden ocurrir circunstancias excepcionales; es usual citar como ejemplo el caso de una división por cero. En estos casos, el procesador genera una excepción, que es tratada como si fuese una interrupción software, con la diferencia de que el número de interrupción asociado depende del tipo de excepción.
Interrupción enmascarable
· Interrupción enmascarable: Aquélla que se puede ignorar
Característica
· Una interrupción enmascarable tiene la característica que si el microprocesador ejecuta una instrucción de deshabilitar interrupción, cualquier señal de control en la línea de interrupción será ignorado o enmascarada (masked out).
Interrupción no – enmascarable
· Interrupción no enmascarable: aquélla que no se puede ignorar
Características:
Una interrupción no enmascarable causa que la CPU deje lo que está haciendo, cambie el puntero de instrucción para que apunte a una dirección particular y continúe ejecutando el código de esa dirección.
Este tipo de interrupciones no puede ser inhibida (cuando una tarea o acción se realiza.) por el programador. Es por esto que se dice que es no enmascarable.
Acceso directo a memoria
Direct Memory Access o DMA es una característica de la computadora y microprocesadores modernos que permite que ciertos subsistemas de hardware dentro de la computadora puedan acceder a la memoria del sistema para la lectura y/o escritura, independientemente de la unidad central de procesamiento (CPU).
Utiliza como subsistema
- Control de disco duro
- Tarjetas graficas
- Tarjetas de red
- Tarjetas de sonido y
- Tarjetas aceleradoras.
Funcionamiento del DMA
Es capaz de imitar al procesador y de recibir el control del sistema cedido por el procesador. Necesita dicho control para transferir datos de una dirección, desde la memoria a través del bus del sistema.
Formas de Transferencias de AMD
El CPU es ocupado completamente durante todo el proceso por lo que no esta disponible para realizar otras tareas.
Es en la que el propio contralor se responsabiliza de leer o escribir los datos en memoria y la sincronización entre el procesador y el controlador, para que pueda realizarse.
Es utilizado cuando la computadora esta sin DMA, por lo que no esta disponible para realizar otra tarea
Transferencias entre periféricos y la memoria
Se necesita saber la dirección donde debe escribir el dato o donde debe leerlo. El controlador deberá tener un registro de dirección ( Radr ) en el que el procesador pueda escribir la dirección involucrada en la transferencia.
Recibir una interrupción de DMA una vez terminado la transferencia.
Transferencia de bloques de memoria a memoria se transfiere una serie de bytes consecutivos de memoria. El procesador debe escribir en el registro (Radr) la dirección de memoria involucrada en la transferencia. Cuando el contador este en disposición de transferir el siguiente byte del bloque usara la dirección que hay en (Radr) para leer o escribir la memoria (según el sentido de la transferencia) e incrementara el valor de la dirección dejándola preparada para la transferencia del siguiente byte.
En un disco la información se lee y se escribe por bloques.
Sistema de disco
Existen básicamente dos tipos de discos IDE y SCSI
· IDE: las que normalmente encontramos Integradas en la placa madre y son las de uso más normal en los ambientes domésticos
· Discos IDE. Son los orientados normalmente al consumo domestico.
Existen dos técnicas de acceso a estos discos. Son los modos PIO y los modos DMA. Técnicas de acceso I/O Modos PIO
En los discos antiguos, el acceso a disco se hacía mediante técnicas PIO (Program Input/Output). SCSI
Son controladoras profesionales, orientadas normalmente al ámbito profesional, y los discos y tecnologías SCSI son las punteras.
Los discos salen en tecnología SCSI y uno o dos años más tarde, se implementan en tecnología IDE. Es decir, los SCSI llevan un par de años de diferencia en avance tecnológico siempre con respecto a los IDE.
Sistema de video
Es el sentido que mayor información aporta al ser humano, por este motivo la forma mas natural de presentar la información por parte de cualquier sistema de computación es mediante la generación de imágenes, a través de una impresora (copia permanente) o bien a través de un monitor (copia temporal).
Los sistemas de video son dispositivos de salida, permite la presentación de información al usuario, tanto como alfabética como gráfica.
El monitor
El soporte en el que suministra la información visual, pueden ser de dos tipos, o bien de tuvo de rayos catódicos (CRT), o bien de cristal liquido.
Reflectan en dos direcciones espaciales perpendicularmente, el cual es generado por un campo magnético generado por unas bobinas.
Del número y tamaño de los píxeles dependerá la resolución de la pantalla
La resolución es el número de píxeles que se pueden presentar en pantalla horizontal y verticalmente.
Si cada píxel viene representado en memoria por N bits, 2N será el número de tonos de gris que puede adoptar.
Tarjeta de vídeo
La tarjeta gráfica o tarjeta de video se considera como una interfaz de salida de datos. Un adaptador de vídeo típico para PC's constará de una placa de circuito impreso con un conector de 14 o 15 pines al que se conecta el cable del monitor (hay monitores que no cumplen esta característica), y un conector de ranura de 2 x 31 contactos que se inserta en una de las ranuras de expansión (slots) de la placa base del PC.
La cantidad de memoria de la tarjeta de vídeo, nos determina la máxima resolución y los colores posibles en los que podemos trabajar.
Cámaras de video
Las cámaras de vídeo han cobrado gran presencia en los PC, gracias sobre todo a Internet. Una cámara de este estilo nos permitirá, desde mantener conferencias con nuestros amigos a mostrar nuestra vida a medio mundo a través de Internet.
Investigación de los diferentes tipos de tarjetas de video
Tarjeta HGS
Hercules Graphics Card conocida como Hércules (Nombre de la empresa productora). Su resolución era de 720x348 puntos en como con 64 kib de manera al no disponer color, la única micion de la memoria es la de referencia en cada uno de los puntos de la pantalla usando 30,58, gestionada por el controlador de video 6845 las características se dibujaban en matrices de 14x9 puntos.
NVIDIA y AMD montadas por asus, pov, xfx, gigabyte, sapphire.
NVIDIA Geforce Driver
El paquete NVIDIA Geforce Dreiver contiene los controladores mas actuales para las tarjetas graficas NVIDIA, conocidas también como forceware, los NVIDIA.
Tarjeta de video NVIDIA VANTA
Utiliza un dreaver NVIDIA VANTA
CGA, HC6, E6A
Son de cuatro colores a una resolución de 320x200
EGA_controla 640x350 y con 16 colores
Investigaciones de los pitidos de la computadora
· No hay pitidos: no hay suministro eléctrico o el parlante de sistema esta desconectado o defectuoso
· 1 pitido corto: Arranque normal
· 1 pitido constante interrumpido: falla en el suministro eléctrico
Pitidos cortos y constantes: tarjeta madre defectuosa.
· 1 pitido largo, 1 corto: error de memoria RAM
RAM Refresh Faulure. Los diferentes componentes encargados de la memoria RAM fallan o no están presentes
· 1 pitido largo, 1 corto: fallo general en la placa madre o ROM básica del sistema.
· 1 pitido largo, 2 cortos: No encuentra la tarjeta de video puede estar aislada o defectuosa
· 1 pitido largo, 3 cortos: No encuentra monitor conectado a la tarjeta madre.
· 1 pitido largo, varios cortos: falla relacionada con el video.
· 2 pitidos largos y uno corto: falla en la sincronización de imágenes.
· 2 cortos: error de paridad de memoria.
· 3 pitidos cortos: error de memoria en los primeros 64 Kbyte RAM.
· 4 cortos: temporizador o cantidad de la placa madre se encuentran defectuosos.
· 5 costos: la CPU a generado u n error por el procesador o la memoria de video esta bloqueada.
· 6 pitidos cortos: el controlador o procesador del teclado puede estar en mal estado.
· 7 pitidos: interrupción ecepcional o modo virtual esta activo
· 8 cortos: el adaptador de video no existe o esta fallado
· 9 cortos: error de conteo de video Ram
· 10 cortos: el regreso de la CMO RAM falla al desconectar
· 11 cortos: la memoria cache falla.
Investigación de la historia del microprocesador
Antes de los microprocesadores (1971) las aplicaciones digitales en electrónica se basan en la llamada lógica cableada.
Con la aparición de lso microprocesadores, se vario el esquema de diseño de tal forma que un problema era esquema de diseño de tal forma que un problema era descompuesto en una serie de tareas mas simples, el microprocesador ejecutaba una serie de pasos o instrucciones.
El microprocesador busca una instrucción y la ejecutaban; al conjunto de circuitos (hardware) que daba el soporte necesario al microprocesador se le llamo sistema mínimo, al cual primer micro controlador.
En consecuencia definimos así a un micro controlador como un procesador con un sistema mínimo en un chip incluye memoria para programas y datos, periféricos de entrada/salida, conversores de AD y DA, módulos especializados en la transmisión y recepción de datos.
De esta forma en el año 1969 un grupo de japoneses de compañía BUSICOM deseaban usar para sus proyectos pocos circuitos integrados de los que usaban en la calculadora, uniéndose con Intel, luego de intentos tuvo una idea marcían y gano que era utilizar un programa mas simple aunque tuviera que utilizar mas memoria para transformar esta idea en un producto ya fabricado, Federico faggin, se unio a Intel y en 9 meses tuvo éxito en 1971. Durante este año aparece un microprocesador que se llamaba 4004, siendo el primer con 4 bits con velocidad de 6000 operaciones por segundo. Después la compañía americana.
CTC pidió Intel y Texas instruments que hicieran un microprocesador de 8 bits. Aunque después de CTC no le intereso mas idea, intell y Texas instruments, siguieron trabajando en el microprocesador y el primer de abril de 1972, el micro controlador de 8 bits aparece en el mercado con el nombre de 8008. Direccionando 16 kb de memoria con un set de 45 instrucciones y una velocidad de 300000 operaciones por segundo, Intel saca al mercado el procesador por segundo, Intel saca al mercado el procesador de 8 bits el nombre 8080 el cual podría direccionar 64 kb de memoria con 75 instrucciones.
Motorola saca un microprocesador de 8 bits el 6800 su constructor era chuck peddle y hicieron los periféricos 6820 y el 6850, chuck peddle sale de Motorola y pasa a tecnología MOS. Exiben en 1795 en estados unidos los microprocesadores 6501 y 6502 de parte de tecnologiaMOS, volviéndose popular el 6502 de Motorola se instala en computadoras como: KIM-1 Apple 1, Apple II, atari, comodore, acorn, oric, galeb, orao, ultra. Federico faggin deja Intel y empieza su propio zilog inc.
En 1976 zilog anuncia z80. Fue compatible con 8080 y se agregoaron mas características para que z80 fuera poderosa, direccionando 64 bits de memoria, tenia 176 instrucciones, gran numero de registros una opción para refresco de memoria RAM, mayor velocidad de trabajo, etc., de esta forma nacieron empresas coo mostek, nec, Sharp y sgs, z80 estuvo en la computadora como spectra, partner,trs 703,z-3, etc.
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