B2-T2 Perifericos.pdf

1. Periféricos. Funcionamiento interno y relación con la CPU 1.1. Funcionamiento de la CPU en función de los periféricos Nota: El Kernel: es el que se encarga de conceder el acceso al hardware de forma segura para todo el software que lo solicita. Nota: Lo explicado más abajo también apli...

1. Periféricos. Funcionamiento interno y relación con la CPU 1.1. Funcionamiento de la CPU en función de los periféricos Nota: El Kernel: es el que se encarga de conceder el acceso al hardware de forma segura para todo el software que lo solicita. Nota: Lo explicado más abajo también aplica a las interrupciones por software Rutina de interrupción al servicio (ISR): un bloque de código diseñado para manejar una interrupción generada por un periférico o evento externo en un sistema informático. Cuando ocurre una interrupción, el procesador detiene temporalmente la ejecución del programa actual y salta a la dirección de memoria donde se encuentra la ISR correspondiente. TECLADO, genera una interrupción y contacta con su controlador. ○ Interrupciones: Mecanismo que permite al hardware u otros programas externos interrumpir temporalmente la ejecución normal de un proceso en la CPU para atender una tarea o evento específico que requiere una acción inmediata.  INT 21H → system call MSDOS INT 80H → system call Linux Controlador: componente de hardware que dirige y maneja el flujo de datos entre el sistema y un dispositivo específico. ○ Cada dispositivo tiene su controlador ○ Registros: Control, Estados, Datos ○ Nota. Que es un Driver: es un software específico que permite al sistema operativo comunicarse con el hardware del ordenador o dispositivo externo. El Controlador se conecta con el PIC (Controlador programable de interrupciones Ej- Intel 8259): responsable de gestionar las interrupciones ○ Como entradas tiene IRQ. Nota: Cada dispositivo periférico tiene asignado un número único de IRQ ○ Como salida manda una interrupción HW que se comunica con la CPU. Este interrumpe su trabajo y atiende a la interrupción. INT: manda la interrupción a la CPU. La IRQ1 es la interrupción para el teclado ○ llamado “driver” o “ controlador” INTA: Acknowledge, desde la CPU a la PIC para preguntar qué ha pasado. La respuesta a esto es: Como respuesta se manda un VECTOR OFFSET o Índice con la dirección a la que tiene que ir “A4H” (por ejemplo), que es una tabla de vectores de interrupción Nota: el vector que no es más que memoria con direcciones que apuntan a donde están las rutinas). ○ La CPU va a la tabla y pregunta por la dirección de memoria que hay en esa dirección(A4). En esa dirección está la rutina que trata esa interrupción. Esas rutinas que tratan la interrupción se llaman ISR ( Interrupt Service Routine)  Para que se ejecute esta rutina, hay que ponerla en el Contador de Programa Tipos de Interrupciones: hw, sw, excepciones ○ Hw: generadas por dispositivos de hardware, como teclados, ratones, discos duros, tarjetas de red, etc Estas son asíncronas a la ejecución del procesador ○ Sw : generadas por programas de software, generalmente para solicitar servicios del sistema operativo (NOTA: La BIOS también tiene servicios a las que se pueda llamar) Instrucción CALL: se utiliza para llamar a una subrutina o procedimiento. Cuando se ejecuta , el procesador guarda la dirección de retorno (la dirección de la instrucción que sigue a la instrucción CALL) en la pila. Esto permite que, una vez que la subrutina ha terminado, el control pueda regresar al punto en el que se llamó.  En el ejemplo, cuando se ejecuta CALL my_subroutine, la dirección de retorno se guarda en la pila y el control se transfiere a my_subroutine. Dentro de la subrutina, el código se ejecuta hasta llegar a RET (Return), que restaura la dirección de retorno desde la pila y transfiere el control de vuelta a la instrucción siguiente al CALL. Instrucción JMP: para transferir el control incondicionalmente a otra parte del programa. No guarda la dirección de retorno en la pila, por lo que no se puede regresar automáticamente al punto donde se hizo el salto.  Aspecto CALL JMP Llamar a una subrutina o Propósito procedimiento. Saltar a otra parte del programa. Dirección de Guarda la dirección de Retorno retorno en la pila. No guarda la dirección de retorno. Utiliza la instrucción RET Retorno al Punto para regresar al punto de Inicial llamada. No hay retorno automático. Para llamar a funciones o subrutinas que se ejecutan Uso Típico y luego regresan. Para saltos incondicionales dentro del código.  ○ Excepciones : Aquellas que se producen de forma síncrona a la ejecución del procesador. Ejemplo: acceso a memoria no permitido 1.2. Formas de relacionarnos con los periféricos. Envío/Recepción de datos entre CPU-Dispositivos La transferencia de datos a través de puertas de E/S, usando instrucciones IN y OUT IN: para transferir datos desde un puerto de E/S específico hacia la CPU. ○ Ej: leer que tecla se ha pulsado ○ podemos leer que es lo que ha pasado con los registros de control/estado/datos OUT: transferir datos desde la CPU hacia un puerto de E/S específico Ejemplo de puertos usados en un teclado. ○ Puerto 64h (status/command): para enviar comandos al controlador del teclado y para leer su estado. ○ puerto 60h (data port): para leer los datos enviados por el teclado Formas en las que los dispositivos periféricos pueden comunicarse con la CPU y viceversa Polling: la CPU ejecuta periódicamente una rutina para ver si hay algo. Esto ya no tiene uso Interrupción DMA : permite a ciertos subsistemas de hardware acceder a la memoria principal (RAM) independientemente de la Unidad Central de Procesamiento (CPU) Port-mapped I/O (PMIO):  ○ Es una técnica específica para la comunicación entre la CPU y los dispositivos periféricos utilizando un espacio de direcciones separado para los puertos de E/S ○ Uso de instrucciones IN y OUT Mapeo de memoria (Memory Mapped):En lugar de utilizar puertos de E/S (entrada/salida) separados para dispositivos, el mapeo de memoria asigna direcciones de memoria específicas a los dispositivos de hardware, permitiendo a la CPU acceder a ellos como si fueran ubicaciones de memoria normales. ○ Periféricos se comunican con la CPU utilizando direcciones de memoria. Puertos de E/S (Entrada/Salida): La CPU se conecta a los periféricos a través de puertos específicos designados para entrada y salida de datos. Relación entre CPU y GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico): Es un tipo especializado de procesador diseñado específicamente para procesar y acelerar gráficos en una computadora. CPU y GPU trabajan juntas para realizar diversas tareas de computación Desde el driver, por medio de MMIO podemos acceder a la zona de los registros  Notas: SLI: es una forma de conectar dos o más tarjetas gráficas NVIDIA para combinar su potencial NVLink: NVLink es una tecnología desarrollada por NVIDIA que permite la conexión de alta velocidad entre múltiples GPU en sistemas compatibles CrossFire: Tecnología desarrollada por AMD para permitir la configuración de múltiples tarjetas gráficas en un sistema. Multi-GPU: Término general se refiere a cualquier configuración que implique el uso de múltiples tarjetas gráficas SOC (System On Chip) circuitería que lleva CPU, GPU y memoria integradas. Esto es ahora lo que usa Apple (M1). Aplicable a cualquier arquitectura 2. Tecnología 2.1. Periféricos de Almacenamiento Cintas magnéticas Ópticos : se escribe y se lee con un láser  ○ CDROM(Compact Disc Read-Only Memory) y DVD (Digital Versatile Disc o Digital Video Disc.): Formato ISO 9660 y UDF respectivamente Joilet: sistema de archivos desarrollado por Microsoft para evitar restricciones en cuanto a la longitud de los nombres de archivo (nombres largos) El torito: especificación de arranque utilizado en computadoras personales para permitir el arranque desde un CD-ROM o un dispositivo de almacenamiento óptico similar ○ Blueray/HVD Discos Duros ○ Definición: dispositivo de almacenamiento de datos no volátil que utiliza tecnología magnética para almacenar y recuperar datos de manera permanente ○ Componentes de un disco: Direccionamiento “real” basado en CHS (Cylinder-Head-Sector). Para acceder físicamente a los datos en el disco  LBA (Logical Block Addressing): para acceder a los datos de manera directa y secuencial mediante un número de bloque lógico asignado a cada sector del disco Substituye a CHS Dispositivos de almacenamiento Flash: Memoria no volátil (EEPROM) que requiere de electricidad para su programación pero no para el mantenimiento ○ Discos SSD(Solid State Drive): Soportan peor las escrituras Basadas en memoria FLASH y NAND tecnologías de fabricación SLC(Single Level Cell) → 1 bit por celda MLC(Multi Level Cell) → 2 bit por celda TLC(Triple Level Cell) → 3 bit por celda QLC(Quad Level Cell) → 4 bit por celda Tarjetas de memoria USB Disco SATA: utiliza una interfaz SATA (Serial ATA) para la conexión con la placa base Discos duros Híbridos (SSHD: Solid State Hybrid Drive): combinación de tecnologías de almacenamiento magnético (HDD) y almacenamiento de estado sólido (SSD) Interfaces HDD/SSD IDE/ATA/PATA (Paralelos): 40 pines SCSI (7 a 15 dispositivos con su ID)(Paralelos) SATA(Serial ATA). ○ velocidades de transferencia de datos desde SATA 1 (1.5Gbps) hasta SATA 3 (6Gbps) ○ conexiones directa punto a punto mSATA: Similar a SATA, pero en un factor de forma más pequeño  SAS (serial Attached SCSI): Utilizado principalmente en entornos empresariales y servidores. ○ A cada dispositivo se le asigna un nº único (WWN) (16384 dispositivos en un dominio SAS) ○ Configuraciones SAS-1: 3Gbps SAS-2: 6 Gbps SAS-3: 12 Gbps SAS-4: 22.5 Gbps M.2 (reemplaza a mSATA). Se conectan directamente a la placa base. Admite varias interfaces de transferencia de datos, como SATA o PCIe (PCI Express) ○ ○ Tipos de conectores: B,M, B&M ○ ○ Todas son 22: Anchura (mm)  MVMe : protocolo de comunicación diseñado específicamente para dispositivos de almacenamiento de estado sólido (SSDs) de alta velocidad que se conectan a través de PCI express U2: estándar de interfaz para dispositivos de almacenamiento de alta velocidad, especialmente diseñado para SSDs que se conectan directamente a la placa base de una computadora o servidor. ○ A menudo se lo conoce como el "SATA Express", aunque no está limitado a las velocidades de SATA 2.2. PCI Express Estándar de interfaz de bus de computadora utilizado para conectar periféricos de alta velocidad a la placa base de una computadora Es un bus de datos serie.  Versión 7.0 (creo que todavía no es oficial): 128 GT/s Está compuesto por varias líneas (imaginarlo como calles), en la que en cada una se manda información en serie ○ cada calle manda información en serie Código en línea: ○ Ejemplo 8b/10b: por cada 8 bits de datos reales, tenemos que meter 2 bits mas ( esto viene relacionado entre otros por Manchester. No se puede mandar ráfagas de 1’s o 0’s seguidos) 2.3. RAID Revisar documentación: https://docs.google.com/document/d/12Es7m7N04yxCSG_wpvIZvG5AtMApx05reQYBwh _0vMk/edit  2.4. Visualización y Digitalización Pantallas LCD (Liquid Crystal Display): cristales líquidos LED (Light Emitting Diode): utilizan diodos emisores de luz para generar imágenes OLED (Organic Light Emitting Diode): Cada píxel en un panel OLED emite su propia luz. Obtiene negros puros y un mayor contraste. AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diode): variante de OLED que utiliza una matriz activa para controlar cada píxel de forma independiente, lo que permite una mejor eficiencia energética y una mayor vida útil. TFT (Thin-Film Transistor): utilizan transistores IPS (In-Plane Switching): CRT: Haz de rayos sobre pantalla de fósforo Modos de trabajar con las imágenes Raster scan: punto a punto (pierde calidad si lo quiero ampliar) ○ p: progresivo la que más calidad ofrece ○ i: entrelazado Primero se visualizan las líneas impares y luego las pares Vectorial: matemáticas para generar una imagen (es una función matemática, por lo que no pierde calidad al ampliar). Interfaces VGA (analógico) DVI-D/DVI-I/DVI-A(Analógicos) HDMI (Audio y video a la vez)  ○ ○ HDMI 2.1: ancho de banda hasta los 48 GB/s. Soporte a nuevas tasas de 60Hz para 8K y 120Hz para 4K DisplayPort: Ofrece una mayor flexibilidad en términos de resolución y tasa de actualización, y puede admitir múltiples monitores a través de un solo cable ○ Lleva audio incorporado ○ Última Versión 2.1 80 Gbps USB-C: Wireless Display (WiDi) y Miracast: transmisión inalámbrica que permiten la duplicación de pantalla Buses ○ PCI: PCI Express: es Serie aunque parezca paralelo por tener muchas calles (max 16) versión 7.0 ○ AGP ○ PCI Express Resolución de pantallas 8K: 7680 x 4320 4K: 3840 x 2160 QUAD HD: 2560 x 144 2K: QHD (2048 x 1080) 1080p: 1920 x 1080 (FMD) 720p: 1280 x 720 (HD) XGA: 1024 x 768 SVGA: 800x600 Escáner CCD (Dispositivo de carga acoplada) es una tecnología de sensor utilizada en muchos dispositivos de escaneo, cámaras digitales y otros dispositivos de imagen. True color 24 b: se considera cuando tiene (aproximadamente el número de colores que puede detectar el ojo humano). Deep Color 30 b RGB: : Rojo (Red), Verde (Green) y Azul (Blue). 8 bits OCR (reconocimiento óptico de caracteres) Interfaces ○ TWAIN ○ ISIS ○ WIA ○ SANE  2.5. Impresión Tipos Laser (Toner + Tambor fotosensible) Inyección de tinta Matriciales(impacto) / Marganta(impacto) Sublimación (color para transferir tinta de cinta con 4 colores) Térmica (papel sensible al calor) CMYK: es un sistema de color sustractivo utilizado principalmente en la impresión Lenguaje de descripción por página (PDL): Lenguaje utilizado para describir la apariencia y el diseño de una página impresa, incluyendo texto, gráficos, imágenes y otros elementos visuales PostScript (Adobe) PCL(Printer Command Language PHP) XPS(iso 32000-1) DVI(Sistema TeX) 2.6. Conectividad FireWire (IEEE 1394). Nota: Deprecado por thunderbolt ○ FireWare 400Mbps ○ FireWare 800Mbps ○ FireWare S1600(1,6Gbps) y S3200(3,2Gbps) ○ FireWare s800T (Sobre RJ-45) ThunderBolt (conocido como light Pack)(tecnología Óptica): es la combinación de PCI Express y Display Port en 2 señales serie. En las versiones actuales usan el conector USB-C ○ Tipos  Thunderbolt 1 → 10 Gbps Thunderbolt 2 → 20 Gbps Thunderbolt 3: 40 Gbps (USB Tipo C → Power Delivery) Thunderbolt 4: 40 Gbps (incrementa prestaciones) Thunderbolt 5: 80 Gbps Soporta USB 4.0 ○ Múltiples dispositivos ○ Múltiples protocolos → Soporta DisplayPort/HDMI/Ethernet/PCI Express ○ QoS ○ Trans. Bidireccional Nota: USB-IF (USB Implementers Forum): es una organización sin ánimo de lucro para promover y desarrollar la tecnología USB USB(Universal Serial Bus): ○ Estándar de datos- Estándar de Energía (USB Power Delivery) - Quick Charge ○ USB Power Delivery Capacidad de Entrega de Versión Energía Introducción del concepto de entrega de energía a USB PD 1.0 Hasta 100 W través de USB. Mejora del protocolo de negociación y perfiles de USB PD 2.0 Hasta 100 W potencia. Mayor eficiencia y flexibilidad, integración con USB PD 3.0 Hasta 100 W USB Type-C. Aumento de capacidad de entrega de energía y USB PD 3.1 Hasta 240 W soporte para aplicaciones de alto rendimiento.  ○ USB de Datos TIPO USB Velocidad Notas USB 3.0 5Gbps Lo llamaron USB 3.1 Gen 1 10Gbps Lo llamaron USB 3.1 Gen 2 USB 3.1 100W Obligatorio conector tipo C - Nombre comercial USB 3.2 Gen 1x1: velocidad 4,8 Gbps (anteriormente conocido como USB 3.1 Gen 1 y USB 3.0). - Nombre comercial USB 3.2 Gen 1x2: velocidad 10 Gbps. - Nombre comercial USB 3.2 Gen 2x1: velocidad 10 Gbps (anteriormente conocido USB 3.1 Gen 2). USB 3.2 20 Gbps USB4 Gen 2x1 20 Gbps/s USB4 Gen 2x2 20 Gbits/s USB4 Gen 3x1 20 Gbits(s USB4 Gen 3x2 40 Gbits/s Simétrico: 80 Gbits/s USB4 Gen4 Asimétrico: 120 Gbps ○ USB Quick Charge Tecnología de carga rápida desarrollada por Qualcomm que permite cargar dispositivos electrónicos a una velocidad mucho mayor en comparación con las soluciones de carga estándar. Capacidad de Entrega de Versión Energía Hasta 18 W (5 V a 3 A, 9 V Quick Charge 3.0 a 2 A, 12 V a 1.5 A) Ajustes precisos del voltaje y mayor eficiencia. Quick Charge via QC: 100 W Integración con USB PD, mayor eficiencia y 4.0/4.0+ via USB PD: 27 W características de protección. Quick Charge 5.0 mas de 100 W Nota: USB4 fabric se refiere a USB4 con la adición de la especificación de Ethernet, lo que permite la transmisión de datos USB y Ethernet a través de un solo cable Nota:USB OTG (USB On-The-Go): es una especificación en la que podemos darle uso para conectar otros dispositivos y que hagan el trabajo de manera muy parecida a cuando los conectamos a un puerto USB en un ordenador Ejemplo conectar un teclado y ratón USB Colores en USB blanco: USB 1.0 o 2.0. 60 MB/s. negro: USB 2.0 azul oscuro: USB 3.0. hasta 5 Gbps azul claro: USB 3.1 y velocidades de 10 Gbps rojo: USB 3.2 y, por tanto, llega los 20 Gbps Conectores USB