Tema 2: Periféricos

Funcionamiento interno y relación con la CPU

Los periféricos son dispositivos externos conectados a la computadora que permiten la interacción con el sistema y su funcionamiento adecuado depende de una correcta gestión con la CPU.

Controladores (drivers)

Son esenciales para el funcionamiento de los periféricos, ya que actúan como intermediarios entre el hardware del periférico y el sistema operativo. Se comunican con el PIC (Programmable Interrupt Controller) para gestionar la recepción y respuesta de las interrupciones.

Interrupciones (INT - INT A)

Los periféricos utilizan interrupciones para comunicarse con la CPU. Una interrupción es una señal enviada desde el PIC a la CPU, indicando que el periférico necesita atención. La CPU pausa su tarea actual para atender la interrupción y luego regresa a su tarea anterior.

Puertos y Buses

Los periféricos se conectan a la placa base de la computadora a través de puertos y se comunican mediante buses de datos, que son canales de comunicación que permiten el intercambio de información entre la CPU, la memoria y los periféricos.

El Kernel

Es el encargado de conceder el acceso al hardware de forma segura para todo el software que lo solicita. Gestiona los recursos, controladores (drivers), y las interrupciones de los dispositivos conectados.

Tipos de interrupciones

Interrupciones de hardware

Generadas por dispositivos externos como teclados, ratones, controladores de disco, entre otros.

Interrupciones de software

Generadas por instrucciones especiales dentro del código, como una llamada al sistema operativo.

Interrupciones de excepciones

Provocadas por condiciones anómalas en el hardware, como errores de división por cero o fallos de página.

Formas de relacionarnos con los periféricos

Interrupción

Las interrupciones permiten que el periférico avise a la CPU que necesita atención inmediata. Esta técnica es crucial para mejorar el rendimiento del sistema sin necesidad de que la CPU esté constantemente comprobando el estado de los dispositivos.

DMA: Acceso Directo a Memoria

El DMA es una característica esencial en ordenadores modernos que permite a dispositivos como unidades de disco, tarjetas gráficas y tarjetas de sonido transferir datos directamente a la memoria sin sobrecargar la CPU con interrupciones constantes.

Mapeo de memoria

Permite a los periféricos transferir datos directamente a la memoria sin intervención de la CPU, lo que optimiza el rendimiento del sistema, especialmente en operaciones que requieren gran volumen de datos.

Puertos de E/S (Entrada/Salida)

Los puertos de E/S son interfaces que permiten la comunicación entre la CPU y los periféricos. Dependiendo de la tecnología, pueden ser puertos paralelos o puertos seriales, cada uno con sus propias ventajas y limitaciones.

Relación entre CPU y GPU

GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico)

La GPU es un tipo especializado de procesador diseñado para procesar y acelerar gráficos. Tanto la CPU como la GPU trabajan juntas para realizar tareas de computación, donde la CPU se ocupa de tareas generales y la GPU acelera el procesamiento gráfico.

Por medio de MMIO (Memory-Mapped I/O), podemos acceder a la zona de los registros de la GPU desde el driver.

Tecnologías relacionadas

SOC (System on Chip)

Es una circuitería que integra la CPU, GPU y memoria en un solo chip. Un ejemplo moderno es el Apple M1, una arquitectura todo-en-uno.

Tipos de Almacenamiento

Almacenamiento en cintas magnéticas

Las cintas magnéticas se utilizan principalmente para almacenamiento a largo plazo y backups.

Almacenamiento Óptico

Los dispositivos de almacenamiento óptico incluyen CD, DVD y Blu-ray, utilizados para almacenar grandes cantidades de datos de manera permanente.

Discos Duros

Son la tecnología de almacenamiento tradicional, con capacidad de almacenar grandes volúmenes de datos a un costo relativamente bajo.

Dispositivos Flash

Es una memoria no volátil basada en EEPROM que no requiere electricidad para el mantenimiento, pero sí para la programación.

Discos SSD (Solid State Drive)

Utilizan memoria flash para el almacenamiento, siendo más rápidos y duraderos que los discos duros tradicionales. Sin embargo, soportan menos escrituras.

Interfaces de almacenamiento

IDE/PATA

Es un sistema de transmisión paralelo utilizado en discos duros antiguos.

SATA

Bus serial que permite transferencias de datos más rápidas que PATA, con velocidades de hasta 6 Gbps.

mSATA y SAS

USB

Tipos de USB

Los diferentes tipos de USB ofrecen diferentes velocidades de transferencia. Por ejemplo:

Colores en USB

Los colores en los conectores USB indican la versión y velocidad: