Organizacin Del Computador I EntradaSalida

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OrganizaciónDel Computador IEntrada/Salida

• Verano 2004

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Entrada / Salida

• Interfase con el mundo externo
• No es posible pensar un sistema real sin E/S
• Influye (y mucho!) sobre la performance total del
  sistema.

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Ejemplo Ley de Amdahl
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Componentes

• CPU
• Dispositivos de E/S (Disco magnético, teclado,
  mouse, red, video, etc)
• Memoria
• BUS de E/S

I/O Device
I/O Device
I/O Device
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Ejemplo básico de E/S Carga de dato desde disco

• Proceso hace llamada al SO.
• SO envía comandos al controlador de disco
• El controlador prepara el disco para la
  transferencia.
• Cuando el controlador tiene el dato, escribe en
  memoria y genera una interrupción.
• El SO atiende la interrupción
• El proceso retoma el control

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Cómo evaluar perfomance?

• De qué factores depende el rendimiento de E/S?
• Tiempo de preparación del disco
• Tiempo de transferencia desde el disco hacia el
  controlador
• Eficiencia de la comunicación Procesador /
  Dispositivo

QUÉ ES MEJOR EN E/S??? Latencia? Ancho de
banda? Cantidad de operaciones simultáneas?
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Todo depende!
Según la aplicación, podremos elegir qué
característica es deseable... Alta
interactividad, transferencias pequeñas
LATENCIA! Grandes transferencias de datos ANCHO
DE BANDA! Muchas transferencias independientes
entre si DE OPERACIONES SIMULTANEAS
Ejercicio pensar un escenario donde sea
deseable tener baja latencia yalta cantidad de
operaciones simultaneas.
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Dispositivos de Entrada/Salida

• Discos Magnéticos, Interfases de Red y Buses

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Discos Magnéticos
Platos
Pista
Pista
Sector
Sector

• Cilindro todas las pistas bajo las cabezas en
  un punto determinado de todas las superficies

Plato
Head
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Discos magnéticos tiempo de acceso
Tiempo de acceso Tiempo de posicionamiento
(seek time) Retardo medio de rotación
Tiempo de transferencia Overhead del
controlador
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Ejemplo
Usando los datos del disco anterior, calcular el
tiempo medio requerido para leer o escribir un
sector de 512 bytes. Suponer que el disco está
inactivo y un overhead del controlador de 1 ms.
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Ejemplo (cont)
Retardo medio de rotación(20000rpm/60s) 20000revs
-gt 1min1 rev -gt 1min/20000 60s/20000
60000ms/20000 3 ms½ rev -gt 1.5 ms
Tiempo de trasferencia 816Mbit gt 1s5128 bits
gt 1s/(816106)4096 0.005 ms
Tpo acceso Tpo Búsqueda Retardo medio de
rotación Tpo Transferencia Overhead
del controlador Tpo acceso 4.5ms 1.5ms
0.005 ms 1 ms 7.005 ms
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Redes
Medio mas popular de comunicación entre
computadoras. Mucha variedad de características
(distancia, velocidad, topología,
latencia) Ejemplos RS-232 Ethernet ATM
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Buses de E/S
Medio de comunicación entre los distintos
subsistemas. BUS enlace de comunicación
COMPARTIDO, que utiliza un conjunto de cables
para conectar múltiples subsistemas. Vantajas
barato, simple, versátil.Desventajas
escalabilidad (medio de acceso compartido),
velocidad limitada por la longitud, y tipo de
dispositivos a conectar. Espacio de diseño ancho
de banda, buffers, tamaño de bloque, tipo de
dispositivos a conectar, protocolo. BUS Lineas
de Control Lineas de Datos
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Organización de un Bus

• Líneas de control
• Indican requests y acknowledgments
• Indican que tipo de información hay en las líneas
  de datos
• Líneas de datos llevan la información entre el
  origen y el destino
• Datos y direcciones
• Comandos complejos

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Tipos de buses

• Bus Procesador-Memoria (bus propietario)
• Short and high speed
• Only need to match the memory system
• Maximize memory-to-processor bandwidth
• Connects directly to the processor
• Optimized for cache block transfers
• Bus de E/s (buses standard)
• Usually is lengthy and slower
• Need to match a wide range of I/O devices
• Connects to the processor-memory bus or backplane
  bus
• Bus Backplane (standard o propietario)
• Backplane an interconnection structure within
  the chassis
• Allow processors, memory, and I/O devices to
  coexist
• Cost advantage one bus for all components

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Sistema con un único bus
Backplane Bus
Processor
Memory
I/O Devices

• A single bus (the backplane bus) is used for
• Processor to memory communication
• Communication between I/O devices and memory
• Advantages Simple and low cost
• Disadvantages slow and the bus can become a
  major bottleneck
• Example IBM PC - AT

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Sistema con dos buses

• I/O buses tap into the processor-memory bus via
  bus adaptors
• Processor-memory bus mainly for processor-memory
  traffic
• I/O buses provide expansion slots for I/O
  devices
• Apple Macintosh-II
• NuBus Processor, memory, and a few selected I/O
  devices
• SCSI Bus the rest of the I/O devices

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Sistema con dos buses

• A small number of backplane buses tap into the
  processor-memory bus
• Processor-memory bus is only used for
  processor-memory traffic
• I/O buses are connected to the backplane bus
• Advantage loading on the processor bus is
  greatly reduced

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Buses sincrónicos y asincrónicos
Síncronos incluyen señal de reloj (clk) en las
líneas de control. Protocolo muy simple
(maquina de estados finitos), relacionado al
clk. Todos los dispositivos tienen la misma
velocidad de reloj Problema de sesgo de
reloj! Asíncrono Sin señal de reloj (clk)
Puede alojar gran variedad de dispositivos.
Mayor longitud Protocolo mucho mas
complicado (handshaking)
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Transferencia sincrónica
BReq
BG
R/W Address
CmdAddr
Data1
Data2
Data
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Transferencia asincrónica
Address Data Read Req Ack
Master Asserts Address
Next Address
Slave Data
t0 t1 t2 t3 t4
t5
t0 Master has obtained control and asserts
address, direction, data Waits a specified
amount of time for slaves to decode target. t1
Master asserts request line t2 Slave asserts
ack, indicating ready to transmit data t3
Master releases req, data received t4 Slave
releases ack
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Otros factores

• Ancho del bus de datos
• Líneas de dirección separadas versus
  multiplexadas
• Transferencias en bloque

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Arbitración del bus
Arbitración paralela centralizada Arbitración
distribuida por autoselección Arbitración
distribuida por detección de colisiones
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Apéndice tecnología de arreglos de discos (si
tienen ganas)