GUÍA 12-11-26 Arquitecturas Computacionales

HU413 · jueves 12/11/2026 · 16:00-17:40 · Sesión 14

Unidad 5 · Sistemas de entrada/salida e interfaces

EL TERCER SUBSISTEMA

Procesador y memoria no sirven de nada sin comunicación con el exterior. La entrada y salida es además el subsistema más heterogéneo: velocidades que van de bytes por segundo a gigabytes por segundo.

DISPOSITIVOS Y CONTROLADORES

El procesador no habla con el dispositivo sino con su controlador, que expone un conjunto de registros: de datos, de estado y de control. Esa abstracción es lo que permite que el mismo sistema operativo maneje discos muy distintos.

CÓMO SE ACCEDE A ESOS REGISTROS

• E/S mapeada a memoria — los registros ocupan direcciones del espacio de memoria. Se usan las mismas instrucciones load y store. Es lo que hace RISC-V.
• E/S por puertos — espacio de direcciones separado con instrucciones propias, como in y out en x86.

TRES FORMAS DE TRANSFERIR DATOS

• Sondeo — el procesador pregunta repetidamente si el dispositivo está listo. Simple y desperdicia todo el tiempo de espera.
• Interrupciones — el dispositivo avisa cuando está listo. El procesador hace otra cosa mientras tanto.
• DMA — un controlador dedicado mueve los datos entre dispositivo y memoria sin intervención del procesador, que solo recibe un aviso al terminar.

MANEJO DE INTERRUPCIONES

1. El dispositivo activa la línea de interrupción.

2. El procesador termina la instrucción en curso.

3. Guarda el contexto: contador de programa y registros de estado.

4. Salta a la rutina de servicio, localizada por el vector de interrupción.

5. Al terminar, restaura el contexto y continúa.

PRIORIDADES Y ANIDAMIENTO

Con varias fuentes hace falta un esquema de prioridad y decidir si una interrupción puede interrumpir a otra. Es la diferencia entre un sistema que responde a tiempo y uno que pierde eventos, y es central en Sistemas Embebidos.

BUSES E INTERFACES

• Bus paralelo compartido — simple, limitado por el sesgo entre líneas al subir la frecuencia.
• Enlaces serie punto a punto — PCIe, USB, SATA. Menos líneas, mucha más frecuencia, escalables por carriles.
• Protocolos de arbitraje: quién habla cuando varios quieren el bus.
• Transferencia síncrona contra asíncrona con protocolo de reconocimiento.

EVALUACIÓN DEL RENDIMIENTO DE E/S

• Ancho de banda: bytes por segundo sostenidos.
• Latencia: tiempo de respuesta de una operación individual.
• Sobrecarga por operación, que domina cuando las transferencias son pequeñas.

Un enlace de gran ancho de banda con alta latencia sirve para transferencias grandes y es pésimo para muchas pequeñas. Elegir la interfaz exige saber cuál de las dos métricas manda en la aplicación.

TAREA

Comparar sondeo, interrupciones y DMA para un dispositivo dado, calculando el porcentaje de tiempo de procesador consumido por cada esquema.