INTRODUCCION
El sistema de E/S se encarga de
comunicar la CPU con el mundo exterior. Para realizar la comunicación, es
necesario realizar una traducción de la información, del formato exterior al
interno de la máquina y viceversa. Para esto se utilizan los periféricos. Esta comunicación cubre numerosos
aspectos: desde la interacción hombre-máquina hasta el control de procesos en
sistemas automáticos
La transferencia de información
entre la CPU (computador) y el mundo exterior se realiza a través de dispositivos
llamados periféricos. Los periféricos realizan la interfaz
entre el mundo síncrono y codificado del computador y el mundo analógico
exterior
El teclado
Arquitectura
La siguiente figura muestra un teclado, en su forma, es decir listo para funcionar.La figura de la derecha, muestra un teclado internamente, utiliza una plantilla, en forma de membranas con puntos, que son los identificadores, de cada una de las teclas. Existen dos tipos de conectores para los teclados, el tipo AT de 5 pines, donde se encuentra un pin para el voltaje, una para la masa (GND-Conexión a tierra), un bus de datos, el reloj del micro del teclado y un reset únicamente para el conector tipo AT
Funcionamiento
Un teclado está realizado mediante un microcontrolador, normalmente de las familias 8048 u 8051 de Intel. Estos microcontroladores ejecutan sus propios programas que están grabados en sus respectivas ROMs internas. Estos programas realizan la exploración matricial de las teclas para determinar cuales están pulsadas. Para lograr un sistema flexible los microcontroladores no identifican cada tecla con su carácter serigrafiado en la misma, sino que se adjudica un valor numérico a cada una de ellas que sólo tiene que ver con su posición física. Si no se hiciera así ese sistema sería muy dependiente de cada idioma.Por cada pulsación o liberación de una tecla el microcontrolador envía un código identificativo que se llama Scan Code. Para permitir que varias teclas sean pulsadas simultáneamente, el teclado genera un código diferente cuando una tecla se pulsa y cuando dicha tecla se libera. Si el microcontrolador nota que ha cesado la pulsación de la tecla, el nuevo código generado (Break Code) tendrá un valor de pulsación incrementado.
Estos códigos son enviados
al circuito microcontrolador donde serán tratados gracias al administrador de
teclado, que no es más que un programa de la BIOS y que determina qué carácter
le corresponde a la tecla pulsada comparándolo con una tabla de caracteres que
hay en el kernel(el núcleo de un sistema operativo. Es el software responsable
de facilitar a los distintos programas acceso seguro al hardware de la
computadora o en forma más básica, es el encargado de gestionar recursos, a
través de servicios de llamada al sistema), generando una interrupción por
hardware y enviando los datos al procesador. El microcontrolador también posee
cierto espacio de memoria ROM que hace que sea capaz de almacenar las últimas
pulsaciones en caso de que no se puedan leer a causa de la velocidad de tecleo
del usuario. Hay que tener en cuenta,
que cuando realizamos una pulsación se pueden producir rebotes (Bouncing) que
duplican la señal. Con el fin de eliminarlos, el teclado también dispone de un
circuito que limpia la señal.
Scan Code
Son los códigos que envía
el teclado a la computadora para indicar la tecla pulsada o soltada. Su valor
no depende de la tecla, sino de su posición, así se consigue que sea
independiente del idioma del teclado.
Tecla Pulsar Soltar ASCII
A 1C F0,1C 41
Un teclado sencillo, como
el de la figura tiene un costo en el mercado de $69.00.
Existen teclados que
cuentan con una mayor disposición de teclas: algunas de ellas se utilizan para
navegar en Internet, multimedia, barras de desplazamiento en las ventanas,
entre otras. Su costo en el mercado asciende a cerca de los $350.00 pesos.
El ratón
En primer lugar debe
generar, por cada fracción de milímetro que se mueve, uno o más pulsos
eléctricos (CONVERSIÓN ANALÓGICA-DIGITAL). En segundo lugar
contar dichos pulsos y enviar hacia la interfaz “port serie”, a la cual esta
conectado el valor de la cuenta, junto con la información acerca de sí se pulsa
alguna de sus tres teclas ubicada en su parte superior.
Existen dos
tecnologías principales en fabricación de ratones: Ratones mecánicos y Ratones
ópticos.
1. Ratones mecánicos: Los ratones mecánicos
constan de una bola situada en su parte inferior. La bola, al moverse el ratón,
roza unos contactos en forma de rueda que indican el movimiento del cursor en
la pantalla del sistema informático.
2. Ratones ópticos:Los ratones ópticos tienen
un pequeño haz de luz láser en lugar de la bola rodante de los mecánicos. Un
sensor óptico situado dentro del cuerpo del ratón detecta el movimiento del
reflejo al mover el ratón sobre el espejo e indica la posición del cursor en la
pantalla de la computadora. Una limitación de los
ratones ópticos es que han de situarse sobre una superficie que refleje el haz
de luz. Por ello, los fabricantes generalmente los entregan con una pequeña
plantilla en forma de espejo.
¿Cómo opera en detalle
un sistema con un mouse?
Cuando este se
desplaza el movimiento de la bolita que esta en su parte inferior se descompone
en dos movimientos según dos ruedas con ejes perpendiculares entre sí (en
correspondencia con dos ejes de coordenadas X e Y) que un conversor analógico
-digital traduce en pulsos eléctricos. La cantidad de pulsos generados para
cada eje representa la distancia recorrida por la bolita respecto de ese eje, y
en relación con la última posición en que el Mouse estuvo quieto. Dichos pulsos
se van contando en dos contadores, uno para cada eje, pudiendo ser la cuenta
progresiva o regresiva, según el sentido del movimiento del Mouse respecto de
dichos ejes. Los circuitos envían por un cable que va hacia un port serie del
computador, el valor de la cuenta de los contadores, como dos números de 8 bits
con bit be signo (rango de-128 a +127). Según el protocolo de MICROSOFT estos
números se envían formando parte de bytes, cada uno de los cuales además se
transmite bit de START (inicio) y STOP conforme al protocolo RS 232C para un
port serie.
Se envían tres bytes
cuando se pulsa o libera una tecla del mouse, aunque este no se mueva. Cuando
el port recibe el primero de los tres bytes, la plaqueta con la interfaz
buffer, que contiene el circuito de dicho port solicita a la cpu que interrumpa
el programa en ejecución y pase a ejecutar la subrutina (Mouse driver) que
maneja la información del Mouse.
Memoria USB
Una memoria USB o
Pendrive (Universal Serial Bus) (en inglés USB flash drive) es un pequeño
dispositivo de almacenamiento que utiliza la memoria flash (Tipo de memoria que
utiliza chips en lugar de dispositivos magnéticos. Los datos no se pierden
aunque no se reciba corriente) para guardar la información sin necesidad de
pilas. Estas memorias son resistentes a los rasguños y al polvo que han
afectado a las formas previas de almacenamiento portable, como los CD y los
disquetes. Los sistemas
operativos más modernos pueden leer y escribir en las memorias sin necesidad de
controladores adicionales. En los equipos antiguos (como por ejemplo los
equipados con Windows 98) se necesita instalar un controlador de dispositivo
(Driver). Todas las versiones de
Linux que soportan dispositivos USB (USB, de sus siglas en inglés Universal
Serial Bus) o SCSI (Small Computer System Interface es una interfaz estándar
para la transferencia de datos entre periféricos en el bus del ordenador)
soportan dispositivos USB Flash.
Características
Las memorias actuales
son USB 2.0, lo que les permite alcanzar velocidades de escritura/lectura de
hasta 480 Mbit/s teóricos (aunque en la práctica, como mucho, alcanzan unos 20
Mbytes/s, es decir 160 Mbit/s). Tienen una capacidad de almacenamiento que va
desde algunos Megabytes hasta 60 Gigabytes, aunque algunos llaveros que
incorporan un minúsculo disco duro en vez de una memoria flash pudiendo
almacenar muchísima más cantidad de información. Sin embargo, algunos
ordenadores pueden tener dificultades para leer la información contenida en
dispositivos de más 2 GB de capacidad. Algunos de estos
dispositivos en vez de incluir la memoria flash integrada, incorporan un mini
lector de tarjeta de memoria. Esto permite reutilizar la memoria de, por
ejemplo, una cámara digital.
De todos modos
cualquier tarjeta de memoria es más cara que una memoria USB, por lo que la
combinación de tarjeta y lector USB no es lo más barato. Otro formato de
memoria USB es un Reproductor MP3 con conexión USB y una memoria flash interna.
Una memoria USB, es esencialmente una memoria flash del tipo NAND (un tipo de
memoria de destello comúnmente usada para uso de almacenamiento masivo como
cámaras digitales y reproductores MP3) integrada con una interfase USB 1.1 ó
2.0. Son dispositivos de almacenamiento de datos pequeños, livianos, removibles
y reescribibles de hasta 60 GB. El modelo más popular en venta es el de 512 MB
(Hasta el 2006). Un llavero USB es un dispositivo de memoria muy rápido que es
más confiable que los diskettes. Estos dispositivos utilizan el Standard “USB
mass storage” (Almacenamiento Masivo USB) para dispositivos de almacenamiento
removible.
Utilidad
La mayoría de las
memorias USB son pequeñas y ligeras. Son populares entre personas que necesitan
transportar datos entre la casa, escuela o lugar de trabajo. Teóricamente, la
memoria flash puede retener los datos durante unos 10 años y escribirse un
millón de veces. Otra utilidad de estas
memorias es que si la BIOS lo admite pueden arrancar un sistema operativo sin
necesidad de otro disquete o CD. El arranque desde USB tiene la ventaja que
esta muy extendido en ordenadores nuevos; un conector USB ocupa mucho menos que
un lector de CD-ROM y una disquetera, y es mucho más barato; y se le puede
conectar un disco duro “de verdad” si se necesita más capacidad; para hacer una
copia de seguridad, por ejemplo. Asimismo, algunas distribuciones de GNU/Linux
(GNU/Linux es la denominación defendida por Richard Stallman y otros para el
sistema operativo que utiliza el kernel Linux en conjunto con las aplicaciones
de sistema creadas por el proyecto GNU. Comúnmente este sistema operativo es
denominado simplemente Linux.) Están contenidas completamente en un llavero USB
y pueden arrancar desde allí
Como medida de
seguridad, algunos de estas memorias tienen posibilidad de impedir la escritura
mediante un interruptor, como la pestaña de los antiguos disquetes.
Otros permiten
reservar una parte para ocultarla mediante una clave.
A pesar de su bajo
costo y garantía, se han reportado casos en que estos dispositivos de
almacenamiento dejan de funcionar de un día para otro, bien por variaciones de
voltaje mientras están conectadas o por dejarlas caer de una altura superior a
un metro, o simplemente por traerlas en el bolsillo junto a monedas o llaves.
Esto debe tenerse en
consideración cuando usamos unos dispositivos flash para correr aplicaciones de
software o un sistema operativo. Para manejar esto (además de las limitaciones
de espacio en las unidades comunes), algunos desarrolladores han lanzado
versiones de sistemas operativos (como Linux) o aplicaciones comunes (como
Mozilla Firefox) diseñadas especialmente para correr desde unidades flash. Esto
se logra reduciendo el tamaño de los archivos de intercambio y almacenándolos
en memoria RAM.
Componentes
Componentes internos
de un llavero USB típico
1 Ficha/Conector USB
2 Dispositivo de
control de almacenamiento masivo USB
3 Puntos de Test
4 Chip de memoria
flash
5 Cristal Oscilador
6 LED
7 Interruptor de
seguridad contra escrituras
8 Espacio disponible
para un segundo chip de memoria flash
Cristal Oscilador
(Ítem 5): Produce la señal de reloj principal del dispositivo a 12MHz y
controla la salida de datos a través de un bucle de fase cerrado (phase-locked
loop (Un tipo de circuito electrónico usado para desmodular señales de
satélite))
Componentes
adicionales
Un dispositivo típico
puede incluir también:
• Puentes (Jumpers) y
Pines de prueba (Ítem 3): Utilizados en pruebas durante la fabricación de la
unidad o para la carga de código dentro del procesador.
• LEDs (Ítem 6):
Indican la transferencia de datos o las lecturas y escrituras.
• Interruptor para
protección de escritura (Ítem 7): Utilizado para proteger los datos de
operaciones de escritura o eliminaciones.
• Espacio Libre (Ítem
8): Se dispone de un espacio para incluir un segundo chip de memoria, esto le
permite a los fabricantes utilizar el mismo circuito impreso para dispositivos
de distintos tamaños y responder así a las necesidades del mercado
• Tapa del conector
USB: Reduce el riesgo de daños debido a la electricidad estática, mejora la
apariencia del dispositivo, algunas unidades no presentan una tapa pero
disponen de una ficha USB retráctil. Otros dispositivos poseen una tapa
giratoria que no se separa nunca del dispositivo y evita el riesgo de perderla.
• Ayuda para el
transporte: En muchos casos, la tapa contiene una abertura adecuada para una
cadena o collar, sin embargo este diseño aumenta el riesgo de perder el
dispositivo. Por esta razón muchos otros tiene dicha abertura en el cuerpo del
dispositivo y no en la tapa, la desventaja de este diseño que la cadena o
collar queda unida al dispositivo mientras está conectado. Muchos diseños traen
la abertura en ambos lugares.
Unidad CD-grabable
Una unidad de
cd-grabable (CD-R) permite almacenar la información en un disco. Este tipo de
unidad es útil para respaldar un disco duro o distribuir información. Puede
grabar información en cada disco solo una vez. Un disco CD-Grabable puede
almacenar hasta 650 MB de datos.
Una Unidad de
CD-Regrabable (CD-RW) a menudo es similar a una CD-Grabable, pero le permite
cambiar los datos que registra en un disco. Un disco Cd Regrabable almacena la
misma cantidad de datos que un disco CD-Grabable.
Disco Duro (HDD)
Cuando encendemos
nuestra computadora, los discos sobre los que se almacenan los datos, giran a
una gran velocidad
Los discos duros de
hoy, con capacidad de almacenar multigigabytes mantienen el mínimo principio de
una cabeza de Lectura/Escritura suspendida sobre una superficie magnética que
gira velozmente con precisión microscópica.
Pero hay un aspecto de
los discos duros que probablemente permanecerá igual. A diferencia de otros
componentes de la PC que obedecen a los comandos del software, el disco duro
hace ruidos cuando emprende su trabajo. Estos ruidos son recordatorio de que es
uno de los pocos componentes de una PC que tiene carácter mecánico y
electrónico al mismo tiempo
Estos están compuestos
por varios platos, es decir varios discos de material magnético montados sobre
un eje central sobre el que se mueven. Para leer y escribir datos en estos
platos se usan las cabezas de lectura/escritura que mediante un proceso
electromagnético codifican / decodifican la información que han de leer o
escribir. La cabeza de lectura/escritura en un disco duro está muy cerca de la
superficie, de forma que casi vuela sobre ella, sobre el colchón de aire
formado por su propio movimiento. Debido a esto, están cerrados herméticamente,
porque cualquier partícula de polvo puede dañarlos.
UNIDAD DE DISCO DURO
(Componentes y características):
Los discos duros se
presentan recubiertos de una capa magnética delgada, habitualmente de óxido de
hierro, y se dividen en unos círculos concéntricos cilindros (coincidentes con
las pistas de los disquetes), que empiezan en la parte exterior del disco
(primer cilindro) y terminan en la parte interior (último). Asimismo estos
cilindros se dividen en sectores, cuyo número esta determinado por el tipo de
disco y su formato, siendo todos ellos de un tamaño fijo en cualquier disco.
Cilindros como sectores se identifican con una serie de números que se les
asignan, empezando por el 1, pues el numero 0 de cada cilindro se reserva para
propósitos de identificación mas que para almacenamiento de datos.
Para escribir, la
cabeza se sitúa sobre la celda a grabar y se hace pasar por ella un pulso de
corriente, lo cual crea un campo magnético en la superficie. Dependiendo del
sentido de la corriente, así será la polaridad de la celda.
Para leer, se mide la
corriente inducida por el campo magnético de la celda. Es decir que al pasar
sobre una zona detectará un campo magnético que según se encuentre magnetizada
en un sentido u otro, indicará si en esa posición hay almacenado un 0 ó 1. En
el caso de la escritura el proceso es el inverso, la cabeza recibe una
corriente que provoca un campo magnético, el cual pone la posición sobre la que
se encuentre la cabeza en 0 o en 1 dependiendo del valor del campo magnético
provocado por dicha corriente.
Los componentes
físicos de una unidad de disco duro son:
LOS DISCOS (Platters)
Están elaborados de
compuestos de vidrio, cerámica o aluminio finalmente pulidos y revestidos por
ambos lados con una capa muy delgada de una aleación metálica. Los discos están
unidos a un eje y un motor que los hace guiar a una velocidad constante entre
las 3600 y 7200 RPM. Convencionalmente los discos duros están compuestos por
varios platos, es decir varios discos de material magnético montados sobre un
eje central. Estos discos normalmente tienen dos caras que pueden usarse para
el almacenamiento de datos, si bien suele reservarse una para almacenar
información de control.
LAS CABEZAS (Heads)
Están ensambladas en
pila y son las responsables de la lectura y la escritura de los datos en los
discos. La mayoría de los discos duros incluyen una cabeza Lectura/Escritura a
cada lado del disco, sin embargo algunos discos de alto desempeño tienen dos o
más cabezas sobre cada superficie, de manera que cada cabeza atiende la mitad
del disco reduciendo la distancia del desplazamiento radial. Las cabezas de
Lectura/Escritura no tocan el disco cuando este esta girando a toda velocidad;
por el contrario, flotan sobre una capa de aire extremadamente delgada (10
millonésima de pulgada). Esto reduce el desgaste en la superficie del disco
durante la operación normal, cualquier polvo o impureza en el aire puede dañar
suavemente las cabezas o el medio. Su funcionamiento consiste en una bobina de
hilo que se acciona según el campo magnético que detecte sobre el soporte magnético,
produciendo una pequeña corriente que es detectada y amplificada por la
electrónica de la unidad de disco.
EL EJE
Es la parte del disco
duro que actúa como soporte, sobre el cual están montados y giran los platos
del disco.
“ACTUADOR”
Es un motor que mueve
la estructura que contiene las cabezas de lectura entre el centro y el borde
externo de los discos. Un “actuador” usa la fuerza de un electromagneto
empujado contra magnetos fijos para mover las cabezas a través del disco. La
controladora manda más corriente a través del electromagneto para mover las
cabezas cerca del borde del disco. En caso de una perdida de poder, un resorte
mueve la cabeza nuevamente hacia el centro del disco sobre una zona donde no se
guardan datos. Dado que todas las cabezas están unidas al mismo “rotor” ellas
se mueven al unísono. Mientras que lógicamente la capacidad de un disco duro
puede ser medida según los siguientes parámetros:
Cilindros
El par de pistas en
lados opuestos del disco se llama cilindro. Si el HD contiene múltiples discos
(sean n), un cilindro incluye todos los pares de pistas directamente uno encima
de otra (2n pistas). Los HD normalmente tienen una cabeza a cada lado del
disco. Dado que las cabezas de Lectura/Escritura están alineadas unas con
otras, la controladora puede escribir en todas las pistas del cilindro sin
mover el rotor. Como resultado los HD de múltiples discos se desempeñan
levemente más rápido que los HD de un solo disco.
Pistas
Un disco está dividido
en delgados círculos concéntricos llamados pistas. Las cabezas se mueven entre
la pista más externa ó pista cero a la mas interna. Es la trayectoria circular
trazada a través de la superficie circular del plato de un disco por la cabeza
de lectura / escritura. Cada pista está formada por uno o más Cluster.
Sectores
Un byte es la unidad
útil más pequeña en términos de memoria. Los HD almacenan los datos en pedazos
gruesos llamados sectores. La mayoría de los HD usan sectores de 512 bytes. La
controladora del H D determina el tamaño de un sector en el momento en que el
disco es formateado. Algunos modelos de HD le permiten especificar el tamaño de
un sector. Cada pista del disco esta dividida en 1 ó 2 sectores dado que las
pistas exteriores son más grandes que las interiores, las exteriores contienen
mas sectores.
Distribución de un
disco duro
Cluster
Es una agrupación de
sectores, su tamaño depende de la capacidad del disco.
ESTRUCTURA LÓGICA DE
LOS DISCOS DUROS
Lo que interrelaciona
los discos duros con los disquetes, es su estructura, que se resumen en
diferentes funciones del BIOS, que sirven entre otras cosas para el acceso a
los mismos. En primer lugar,
internamente los discos duros se pueden dividir en varios volúmenes homogéneos.
Dentro de cada volumen se encuentran una estructura que bajo el sistema
operativo del Ms-Dos, sería la siguiente:
Sector de Arranque.
Primera tabla de
localización de archivos (FAT).
Una o más copias de la
FAT.
Directorio Raíz
(eventualmente con etiqueta de volumen).
Zona de datos para
archivos y subdirectorios.
Como se muestra en el
cuadro anterior, cada volumen se divide en diferentes zonas que por una parte
acogen las diferentes estructuras de datos del sistema de archivos, y por otra
los diferentes archivos y subdirectorios. En dicho cuadro no se han hecho referencia
al tamaño de las diferentes estructuras de datos y zonas. Pero no es posible
describirlas, ya que se adaptan individualmente al tamaño del volumen
correspondiente
El Sector de Arranque:
Al formatear un volumen, el sector de arranque se crea siempre como primer
sector del volumen, para que sea fácil de localizar por el DOS. En él se
encuentra información acerca del tamaño, de la estructura del volumen y sobre
todo del BOOTSTRAP-LOADER, mediante el cual se puede arrancar el PC desde el
DOS. A ésta parte se le llama sector de arranque (BOOT).
La Tabla de Asignación
de Ficheros (File Allocation Table) (FAT): Si el DOS quiere crear nuevos
archivos, o ampliar archivos existentes, ha de saber qué sectores del volumen
correspondiente quedan libres, Estas informaciones las toma la llamada FAT.
Cada entrada a esta tabla se corresponde con un número determinado de sectores,
que son adyacentes lógicamente en el volumen. Cada uno de estos grupos de
sectores se llama Cluster. El tamaño de las diferentes entradas de esta tabla
en las primeras versiones del DOS era de 12 bits. Con lo que se podían
gestionar hasta 4.096 Clusters, correspondiente a una capacidad aproximada de 8
Mbytes. En vista del problema que surgió al aparecer discos duros de
capacidades más elevadas, se amplió el tamaño a 16 bits., permitiendo el
direccionamiento de un máximo de 65.535 Clusters. Actualmente se está creando
FAT’s de hasta 32 bits, para discos duros capaces de almacenar Gigas de
información.
Una o más copias de la
FAT: El DOS permite a un programa de formateo crear no sólo una, sino varias
copias idénticas de la FAT. Si el DOS encuentra uno de estos medios, cuida
todas las copias de la FAT simultáneamente, así que guarda allí los nuevos
clusters ocupados o liberados al crear o borrar archivos. Esto ofrece la
ventaja de que se puede sustituir la FAT primaria en caso de defecto por una de
sus copias, para evitar la pérdida de datos.
El directorio Raíz: La
cantidad máxima de entradas en el directorio raíz se limita por su tamaño, que
se fija en el sector de arranque. Ya que el directorio raíz representa una
estructura de datos estática, que no crece si se guardan más y más archivos o
subdirectorios. De ahí que, dependiendo del tamaño, bien un disco duro o bien
de volumen, se selecciona el tamaño del directorio raíz en relación al volumen.
