Fundamentos de Arquitectura de Computadoras: Buses, Almacenamiento y E/S

Tipos de Buses en Arquitectura de Computadoras

Bus Dedicado

Línea asignada a una función específica.

• Ventaja: Eleva el rendimiento.
• Desventaja: Incremento del tamaño y el costo.

Bus Multiplexado

Uso de las mismas líneas para diferentes propósitos.

• Ventaja: Utiliza menos líneas.
• Desventaja: Requiere circuitería más compleja.

Métodos de Arbitraje de Bus

Arbitraje Centralizado

Un controlador es responsable de asignar los tiempos de acceso al bus.

Arbitraje Distribuido

Cada módulo dispone de lógica propia para controlar su acceso al bus.

Temporización de Bus

Temporización Síncrona

El evento está determinado por una señal de reloj.

• Ventaja: Más fácil de implementar y comprobar.
• Desventaja: Menos flexible.

Temporización Asíncrona

El evento depende de que se produzca uno previo.

• Ventaja: Mayor flexibilidad (opuesta a síncrona).
• Desventaja: Más compleja de implementar y comprobar (opuesta a síncrona).

Anchura del Bus

Cuanto mayor es la anchura del bus, mayor es el número de bits que se transmiten simultáneamente.

Almacenamiento en Disco Magnético

Plato del Disco Magnético

Es un plato circular construido con un material no magnético, llamado sustrato, cubierto por un material magnetizable.

Cabeza de Lectura/Escritura

Es una bobina que permite la grabación y lectura de datos del disco. Pueden ser solo de lectura, solo de escritura, o ambas funciones.

Pistas

Conjunto de anillos concéntricos en el plato donde se organizan los datos. Debido al pequeño tamaño de la cabeza, las pistas adyacentes están separadas por bandas vacías, lo que previene errores.

Mecanismos de la Cabeza

• Contacto: La cabeza toca el plato directamente.
• Separación Fija: La cabeza se posiciona a una distancia fija sobre el plato.
• Separación Aerodinámica: A mayor anchura de la cabeza, mayor es la separación del plato.

Métodos de Organización del Disco

Velocidad Angular Constante (CAV)

El disco se divide en una serie de sectores y en una serie de pistas concéntricas.

• Ventaja: Los bloques individuales de datos se pueden direccionar directamente con la pista y el sector.
• Desventaja: La cantidad de datos que se almacena en la pista interna es la misma que en la pista externa, desaprovechando espacio en las pistas exteriores.

Grabación en Varias Zonas (ZBR)

El disco se divide en varias zonas concéntricas.

• Ventaja: Mayor capacidad de almacenamiento.
• Desventaja: Requiere circuitería más compleja.

Características de los Discos Magnéticos

• Tipo de Cabeza: Fija (una por pista) o Móvil (una por superficie).
• Extraíble/No Extraíble: Discos que se pueden extraer o no.
• Superficies: Doble superficie o una sola superficie.
• Platos: Pueden tener varios platos.

Cilindro

Es el conjunto de todas las pistas que tienen la misma posición relativa en los diferentes platos de un disco, lo que permite que la búsqueda no requiera mover la cabeza entre platos.

Parámetros de Rendimiento de un Disco

• Tiempo de búsqueda.
• Retardo rotacional.
• Tiempo de acceso.
• Tiempo de transferencia.

RAID (Redundant Array of Independent Disks)

Es un conjunto de unidades físicas de discos vistas por el sistema operativo como una única unidad lógica.

Cinta Magnética

Es una cinta de poliéster cubierta por material magnetizable, utilizada para lectura y grabación de datos. Se caracteriza por ser lenta y de acceso secuencial.

Métodos de Entrada/Salida (E/S)

E/S Programada

Los datos se intercambian entre el procesador y el módulo de E/S. El procesador ejecuta un programa que controla el envío de una orden de lectura o escritura y la transferencia del dato.

• Ventaja: Transferencia de datos a alta velocidad.
• Desventaja: El procesador no puede realizar otras tareas durante la transferencia.

E/S mediante Interrupciones

El procesador proporciona la orden de E/S, continúa ejecutando otras instrucciones y es interrumpido por el módulo de E/S cuando ha terminado el trabajo.

• Ventaja: Más eficiente.
• Desventaja: Menor velocidad en comparación con DMA para grandes volúmenes.

Acceso Directo a Memoria (DMA)

El procesador no interviene; el controlador DMA se encarga de controlar los buses para la transferencia de datos.

• Ventaja: Más eficiente para transferir grandes volúmenes de datos.
• Desventaja: Puede introducir latencia en la ejecución del procesador si el bus está ocupado.

Proceso de Interrupción

1. Completa la ejecución de la instrucción actual.
2. El procesador reconoce la interrupción.
3. El procesador evalúa el estado del programa (guarda el contexto).
4. El procesador carga el contador de programa (PC) de la rutina de manejo de interrupciones.
5. Procesa la interrupción.
6. Restaura el estado anterior a la interrupción (restaura el contexto).