1. Mapeo de memoria:
* E/S mapeada de memoria: Este es un enfoque común donde los dispositivos de E/S se les asigna direcciones de memoria específicas dentro del espacio de direcciones del sistema. La CPU puede acceder a estas direcciones como si fueran ubicaciones de memoria regulares.
* Puertos de I/O: Otro enfoque utiliza puertos de E/S dedicados para la comunicación. Estos puertos tienen direcciones únicas separadas del espacio de memoria principal.
2. Componentes de hardware:
* Controlador de memoria: El controlador de memoria actúa como un puente entre la CPU y la memoria principal. Maneja las solicitudes de memoria, realiza la traducción de direcciones y regula el flujo de datos.
* Controlador de I/O: Cada dispositivo de E/S tiene un controlador de E/S dedicado que administra la comunicación con el dispositivo. Interpreta los comandos de la CPU, controla el dispositivo y envía datos a la CPU.
3. Mecanismos de comunicación:
* DMA (acceso directo a la memoria): Esta técnica permite a los dispositivos de E/S transferir datos directamente hacia o desde la memoria sin involucrar la CPU. El controlador de E/S se hace cargo de la transferencia de datos, liberando la CPU para manejar otras tareas.
* interrumpe: Los dispositivos de E/S pueden generar interrupciones para indicar a la CPU sobre eventos como finalización de datos, errores o solicitudes de atención. La CPU responde a la interrupción cambiando a una rutina específica del controlador de interrupción.
* Registros de E/S mapeados de memoria: Los dispositivos de E/S a menudo tienen registros especiales dentro de su espacio mapeado de memoria. Estos registros permiten que la CPU controle las funciones del dispositivo, lea su estado y transfiera datos.
4. Proceso de transferencia de datos:
1. Solicitud de CPU: La CPU envía comandos o solicitudes al controlador de E/S a través de las direcciones de E/S mapeadas de memoria o puertos de E/S.
2. Procesamiento del controlador de E/S: El controlador interpreta la solicitud de la CPU y toma la acción necesaria. Esto podría implicar enviar datos al dispositivo, recibir datos del dispositivo o cambiar la configuración del dispositivo.
3. Interacción del dispositivo: El controlador de E/S interactúa con el dispositivo, enviando datos o instrucciones, recibiendo datos o controlando la operación del dispositivo.
4. Transferencia de datos: Los datos se transfieren entre el dispositivo y la memoria a través de DMA o directamente a la CPU.
5. Notificación de interrupción: El controlador de E/S puede enviar una interrupción a la CPU cuando se complete la operación, se produce un error o cuando el dispositivo necesita atención.
6. Respuesta de CPU: La CPU maneja la interrupción, realiza las operaciones necesarias y continúa con su ejecución regular.
Escenarios de ejemplo:
* Lectura de datos de un disco duro: La CPU envía un comando de lectura al controlador del disco duro. El controlador inicia la operación de lectura, transfiere datos directamente a la memoria a través de DMA y envía una interrupción a la CPU cuando se completa la lectura.
* Impresión de un documento: La CPU envía un comando de impresión al controlador de impresora. El controlador toma los datos para imprimir desde la memoria, los envía a la impresora y genera una interrupción cuando el proceso de impresión está terminado.
En conclusión:
La comunicación entre la CPU y los dispositivos de E/S es un proceso sofisticado que involucra hardware, software y mecanismos específicos. Los métodos como DMA, interrupciones y E/S mapeadas de memoria permiten una transferencia de datos eficiente y permiten que la CPU administre múltiples dispositivos de E/S simultáneamente mientras minimiza su propia participación en el proceso de transferencia de datos.