Arquitectura de computadorasUnidad_Tematica_No_7

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ARQUITECTURA DE LAS COMPUTADORAS 
 
UNIDAD 7: 
Unidades de Entrada-Salida 
Transferencia de ENTRADA Y SALIDA 
• Hasta ahora se ha estudiado la interconexión del procesador (CPU) y la unidad de memoria 
de acceso aleatorio (RAM). donde los bits se transmiten en paralelo (megabit/seg o Mb/s) 
• Ahora se debe incluir la interconexión con sistemas externos (periféricos) . Las 
instrucciones y los datos almacenados en la memoria deben provenir de dispositivos de 
entrada. Asimismo los resultados deben transmitirse al usuario mediante dispositivos de 
salida. En una operación de entrada la información tiene como destino la memoria 
principal. En una operación de salida es al revés. 
• Se trata de la interconexión entre sistemas digitales secuenciales y combinacionales. 
 La operación de los periféricos debe sincronizarse con la operación de la CPU y de la 
unidad de memoria, estableciendo un control sobre la transferencia de la información. 
Cualquiera sea la forma de controlar la transferencia de información externa la 
interconexión física puede ser: paralelo o serie. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Paralelo Serie 
 
En el PC se tienen puertos (port) de comunicación serie y paralelo. Se trata de un hardware 
dedicado al control de la transferencia y al almacenamiento temporario de la información. 
Desde los puertos los datos salen en paralelo ( byte) hacia la memoria a traves de un 
registro de la CPU. La comunicación se soporta por el bus de datos. 
 
Transferencia paralelo 
Un receptor debe reconocer que un transmisor le envía información, el control puede 
resolverse de 2 formas: 
a) Control estroboscópico: Emplea una línea especial por la cual se transmite una señal de 
control. 
 
 
 
 
 S1 P1 S1 P2 
 T R 
BUS DATOS 
Señal de envío 
DATO 
S. Envío 
 DATO VÁLIDO 
 
 
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 . 
 
El flanco ascendente indica al receptor que tiene datos están disponibles 
 
b) Apretón de manos (HAND SHAKING): Emplea dos líneas de control. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 -Secuencia de eventos T-R 
 
Ahora hay un control tanto en el envio como una confirmacion de la recepción. 
 
Transferencia Serie 
Los datos se envían por un hilo de transmisión (Tx) y se reciben por otro, de recepción (Rx). 
 a) Transmisión sincrónica: La transferencia se controla mediante señales de control por 
hilos independientes a los de envío de información. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• La duración de los bit se controla con los flancos ascendentes, que coinciden con las 
conmutaciones de los sucesivos bit de información. 
 En los flancos descendentes la información está estable para ser leída por el receptor. 
• Para indicar el inicio de la transmisión, por el mismo hilo de dato se envían caracteres de 
sincronismo, previo a los datos. 
 
 
 
 
 
 
b) Transmisión Asincrónica: La transferencia se controla mediante señales que se combinan 
con las de información y se envía por el mismo hilo. 
S1 S2
 Datos 
Señal 
Sincronismo 
Fuente Destino 
 T R DATOS 
Señal de envío 
Señal de 
Aceptación 
DATO 
S. Envío 
 DATO VÁLIDO 
S. Aceptación 
- Coloca Datos 
- Habilita envío 
- Acepta Datos 
- Habilita Aceptación 
Deshabilita 
Envío 
Deshabilita 
Aceptación 
Sincronismo 
Dato 1 0 0 1 
 11111111 
 1 BYTE 
 11111111 
 1 BYTE 
 DATO 1 DATO 2
 Caracteres de 
Sincronismo 
S1 S2 
n bit de 
información.
Bit de 
comienzo 
Bit`s de fin 
de 
transmisión
 
 
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Modos de Transferencia 
La transferencia de datos desde periféricos puede manejarse en uno de cuatro modos posibles: 
 1- Transferencia de datos controlada por el programa. 
 2- Transferencia de datos iniciada por interrupción. 
 3- Transferencia con acceso directo a memoria (DMA). 
 4- Transferencia a través de un procesador de E/S (IOP). 
 
• Un enlace de comunicación debe resolver las diferencias operativas entre el procesador 
(CPU) y los periféricos. Estos últimos siempre incluyen un sistema electromecánico, 
provocando diferencias notables de velocidad. 
• Se incluyen componentes de hardware que permiten sincronizar el CPU con los 
periféricos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Puerta Paralelo (de propósito general) 
Se indica un circuito integrado (IC) de puerta paralelo de propósito general. 
Permiten la conexión con periféricos de impresión, medición, transmisión y control. Son 
programables y pueden adaptarse a diferentes requerimientos según el tipo de periféricos. 
 
Se indica una puerta con capacidad para comunicarse con perifericos de 8 o 16 bit. Tiene 
dos partes idénticas A y B. Se supone que los datos del CPU llegan en 8 bit en paralelo. La 
puerta se selecciona mediante las líneas de control selectoras de chips CS0, CS1 y CS2. 
Mediante las líneas de selección de registros, RS0 y RS1 se accede a los 4 registros 
internos DRA, DRB, CRA, CRB. 
Las interrupciones externas llegan por CA o CB y se transfieren al procesador por la 
línea IRQA e IRQB. Estas interrupciones externas quedan registradas en la misma puerta, en 
los registros internos de control CRA y CRB respectivamente. 
Si hay una sola línea IRQ directa al procesador, será necesario reunirlas en una 
compuerta OR, en este caso mediante la lectura desde el procesador de los CR se puede 
discriminar que sector de la puerta genero la interrupción. 
Toda lo operatoria de leer o escribir en los registros internos de datos y de control, como 
asi 
tambien los codigos binarios para programar diferentes forma de trabajo de entrada/salida se 
encuentran en la hoja técnica del fabricante del circuito integrado (IC). 
 
 
 
 
 CPU 
INTERFAC INTERFAC INTERFAC
 DISCO CD PRINTER 
BUS I/O 
 
 
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 * Para 8 o 16 bit, según el periférico. 
 * CA/CB : líneas de interrupción externas 
 * DR : Registro de datos bidireccional 
(8bit) 
 * CR : Registro de control programación 
de puerta (8bit), mediante b0 a b5 
para definir: 
 - entradas 
 - salidas 
 - tipo de flanco para interrupción 
 
 
 
 
 
 
 
 Los bit IRQA/B registran las interrupciones 
para que el procesador identifique el DR 
que debe leer. 
 
 
 
 
 
 
 
Modelo de transferencia 
 * El periférico avisa que tiene disponible
 dato mediante un flanco de 1 a. 
 * La CPU lee el dato y a través de CA2 
 mediante un flanco de 0 a 1 
 
La línea de aviso al receptor se denomina strobe. La línea del receptor que indica que los 
datos se han recibido y esta disponible para nuevos datos, se llama acknowledge (admisión). 
Puede haber una tercera línea denominada busy para indicar dispositivo ocupado 
Toda la operación de programación y lectura y/o escritura, se realiza bajo control de 
programas (rutinas de servicio) residentes en memoria (RAM/ ROM/PROM/EPROM) del 
sistema. 
La puerta paralelo de un PC esta especialmente preparada para manejar el periférico 
impresora, (no es de propósito general) no obstante puede adaptarse para realizar la 
entrada/salida de señales de medición y control, con ciertas limitaciones (Ver Trabajo 
CR IRQA RQB b5 b4 b3 b2 b1 b0
 Interrup. 
CA1 
CA2 0 
1 
0 
1
Port Periférico
OPERACIÓN HANDSHAKE 
CA2 
CA1 
 Interrup. 
DRA 
CRA 
CRB 
DRB 
Interrup. 
 PA0 
PA7
PB0
 PB7 
CB1
CB2A 
B 
CS0 
CS1 
CS2 
CPU 
RS0 
RS1 
RESET 
R/ W 
IRQA 
IRQB 
 
 
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Práctico). De esta manera la PC puede convertirse en una central de alarmas, donde los datos 
entran y salen por la puerta, ejecutando un programa fijo en forma cíclica. 
 
 
Puerta Paralelo del PC (tipo CENTRONIC) 
• Además de puerta paralelo para la impresora (parallel printer port) es un recurso 
importante para el intercambio de información digital externa a la PC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Esta dividido en 3 Reg. Port: 
 
 DATOS: (D0, D1, ..., D7) Out 
 ESTADO: (ERROR, SELECT, P. END, ACK, 
 BUSY) Input 
 CONTROL: (STROBE, A.FEED, INIT, 
 SELECT IN) I/O 
 
Los registros pueden se leidos o escritos mediante la instrucción IN o OUT 
, respectivamente a 
traves del registro AX El manejo de las líneas de control y comando para una operación de 
R/W, 
la realiza una rutina de la ROM BIOS. 
 
Puerta Serie 
Para comunicación por dos lineas solamente (Modem, instrumentos o equipos a periféricos a 
distancia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RDR : Registro recepción de datos. 
TDR : Registro transmisión de datos. 
SR : Registro de estado: Para registrar, error paridad, saturación, pérdida de portadora. 
CR : Registro de control : Para programar, paridad, velocidad, nro. de bit x carácter, bit de 
stop 
 
 
 RDR
 SR 
 CR 
 TDR 
 CS0 
CS1 
CS2 
RS0 
 RS1 
RESET 
R/W 
IRQ 
RD (Received Data) 
CTS (Clear To Send) 
DCD (Data Carrier Detect) 
DSR (Data Set Ready) 
 RTS (Request To Send) 
DTR (Data Terminal Ready) 
TD (Transmitted Data) 
GND (Ground) 
 •1 14• 
 •2 15• 
 •3 16• 
 •4 17• 
 •5 18• 
 •6 19• 
 •7 20• 
 •8 21• 
 •9 22• 
 •10 23• 
 •11 24• 
 •12 25• 
 •13 
 /STRB 
 D0 
 D1 
 D2 
 D3 
 D4 
 D5 
 D6 
 D7 
 /ACK 
 BUSY 
PAPER END 
 SELECT 
 AUTO FEED 
 ERROR 
 INIT 
 SELECT IN 
 GND 
 GND 
 GND 
 GND 
 GND 
 GND 
 GND 
 GND 
 
 
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Para transmisión asincrónica: 
En condiciones de no-transmisión, la línea de dato se encuentra en un alto. Al comenzar la 
transmisión de un carácter, se inicia con un flanco decreciente seguido del bit de START, 
que permite la sincronización del periférico o la puerta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Parámetros típicos: 
Suponiendo la duracion de un bit (BIT TIME) de: 9.09 ms. Se tienen las siguientes 
caracteristicas: 
 
 BAUD RATE = 1/BIT TIME = 1/9.09 ms. = 110 baud 
 Tiempo de palabra = 11 bit x 9.09 x 10-3 s ≅ .1 seg 
 Word rate = 1 / 0.1 seg = 10 word/seg. 
 Velocidad = 10 word/seg x 8 bit/caract = 80 bit/seg. (incluye paridad) 
 
Se observa que la velocidad queda determinada por la duración de un bit (BIT TIME). 
Verifique el Bit Time para un modem de 56.000 Baudios. 
Para velocidades de 300 y 1200 Baudios se tiene: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Puerta Serie (RS-232) 
NORMA RS-232 C: Está normalizada para la interconexión de equipos que funcionen como 
DTE (Data Terminal Equipment y DCE (Data Comunications Equipment). El conector tiene 
25 líneas especificadas (DB-25), tambien puede utilizarse un conexión reducida con conector 
DB-9. 
La comunicación se realiza punto a punto. Es decir un periférico por cada puerta. 
 
 
 BAUD RATE 300 1200 
 BIT TIME (ms) 3.33 .833 
 WORD TIME (s) .0366 .0092 
 WORD RATE 27.32 108.7 
 VELOCIDAD 218.6 870 
DTE 1 DCE 1 DCE 2 DTE 2 PC 1 PC 2 
RS - 232 C RS - 232 C 
ENLACE 
MODEM
1 bit START 
7 bit DATA 
2 bit STOP 
1 bit PARITY 
( 11 Bit´s ) 
7 DATA BIT 
ONE CHARACTER WORD 
BIT de 
START 
BIT de
STOP 
PARITY (EVEN (PAR) o 
 ODD (IMPAR)) 
 
 
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Puerta Serie USB (Universal Serial Bus) 
Se trata de un bus formado por 4 cables; 2 de alimentacion y 2 de datos. Sobre este bus se 
pueden conectar hasta 127 periféricos diferentes (Dispositivos USB), funcionando 
simultaneamente y operando con una misma PC (Host USB). El puerto y los dispositivos 
USB es del tipo Plug& Play 
 
 
 
 
 
 
 
 
. 
 
 
Un puerto serie tradicional es capaz de transmitir hasta 112,5 Kb/s y el puerto paralelo entre 
600KB/s y 1,5MB/s, pero un puerto USB es capaz de llegar a alcanzar entre 1,5Mb/s (Baja) y 
12Mb/s (Alta). por lo que es la conexión ideal para módem de 56K, scáneres (como 
alternativa de similar coste a los de puerto paralelo), CD-ROMs externos, dispositivos de 
copia de seguridad externos, etc. 
La ampliacion del bus se realiza por medio de “Hub” que son distribuidores de bus con una 
entrada y cuatro salidas. Con ellos se llega a los 127 perifericos 
Los dispositivos que se conectan al bus USB son capaces de recibir y transmitir información 
de dos tipos: Usuario y Control. Esto lo hace en base a 4 tipos de bloques para lo cual se ha 
definido un protocolo de comunicación. 
Los datos son enviados en paquetes de 8 a 256 byte. Todo el trafico de datos se realiza en 
tramas de 1 ms aproximadamente En baja velocidad (1,5 Mb/s) la longitud del bit es 666.7 ns 
y de 83,3 ns en alta velocidad (15 Mb/s ). 
La arquitectura de comunicación responde al tipo Maestro-Esclavo; la PC constituye el 
Maestro 
y los Esclavos son los perifericos. Siempre la PC solicita informacion y los perisfericos, que 
estan numerados, responden. 
1 ms 
USB data 
packets
 
 
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El acceso al bus es bajo la modalidad de Token o “testigo”. Para el control de errores utiliza 
el 
modelo CRC (Código de Redundancia Cíclica) implementando por hardware. 
El bus es de + 5 V y puede se cargado con hasta 100 mA. Esto permite alimentar perifericos 
de bajo consumo. Los de mayor consumo deberan autoalimentarse. En cualquier caso 
instalar un fusuble sobre la linea + 5V para limitar la corriente. 
Conector USB - doble 
 1 2 3 4 
Conector USB – Tipo A