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¿Cómo se comunican los dispositivos de entrada y salida?

2011/9/4
Los dispositivos de entrada y salida (E/S) se comunican con un sistema informático a través de una combinación de interfaces de hardware y software. Los detalles dependen del dispositivo y del sistema operativo, pero el proceso general implica estos pasos:

1. Interfaz de hardware: Cada dispositivo de E/S se conecta a la computadora a través de una interfaz específica, como:

* USB: Una interfaz común para muchos dispositivos como teclados, ratones, impresoras y unidades externas.

* puertos seriales/paralelos (menos comunes ahora): Interfaces más antiguas para dispositivos de conexión.

* hdmi, displayport, dvi: Interfaces para la salida de video.

* Ethernet: Para conexiones de red.

* Bluetooth, Wi-Fi: Interfaces inalámbricas.

* PCIe (componente periférico Interconnect Express): Una interfaz de alta velocidad para dispositivos internos como tarjetas gráficas y tarjetas de sonido.

La interfaz proporciona una conexión física y define las señales eléctricas utilizadas para la comunicación.

2. Controladores del dispositivo: Los controladores de dispositivos son programas de software que actúan como traductores entre el sistema operativo y el dispositivo de E/S. "Entienden" la interfaz de hardware específica y los comandos del dispositivo. Traducen las solicitudes del sistema operativo a las señales que entiende el dispositivo y viceversa.

3. Interacción del sistema operativo: El sistema operativo (como Windows, MacOS o Linux) administra la interacción entre el controlador del dispositivo y las aplicaciones. Cuando una aplicación desea usar un dispositivo de E/S (por ejemplo, imprimir un documento), realiza una solicitud al sistema operativo.

4. Interrupciones: Muchos dispositivos de E/S usan interrupciones para indicar la CPU cuando tienen datos listos (entrada) o han completado una tarea (salida). Una interrupción es una señal que suspende temporalmente la tarea actual de la CPU para manejar la solicitud de E/S.

5. Transferencia de datos: Los datos se transfieren entre el dispositivo de E/S y la memoria de la computadora utilizando la interfaz de hardware y el controlador del dispositivo. Esta transferencia puede ser amortiguada (almacenada temporalmente) para optimizar el rendimiento.

6. Interacción de la aplicación: Una vez que se completa la transferencia de datos, el sistema operativo notifica la aplicación. Para la entrada, la aplicación recibe los datos; Para la salida, la aplicación sabe que la operación está terminada.

Ejemplo (teclado):

1. Presionas una tecla en tu teclado.

2. El teclado envía una señal (a través de USB) a la computadora que indica qué tecla se presionó.

3. El controlador USB en la placa base detecta la señal.

4. El controlador de teclado intercepta la señal y la traduce en un código de caracteres.

5. El sistema operativo recibe el código de caracteres.

6. El sistema operativo envía el código de caracteres a la aplicación que tiene enfoque.

7. La aplicación muestra el personaje en la pantalla.

En resumen, los dispositivos de E/S se comunican a través de una arquitectura en capas:la interfaz física de hardware, el controlador de dispositivos que actúa como traductor, el sistema operativo que administra los recursos y la aplicación que finalmente usa la entrada o muestra la salida. El proceso implica una cuidadosa codificación de señal y decodificación, almacenamiento en búfer de datos y manejo de interrupciones para garantizar una comunicación confiable y eficiente.

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