Elaboró: Alexis Romero Mendoza
Arquitectura de computadoras
En esta entrada se hablara el tema de Dispositivos de Entrada/Salida (Input/Output), un tema muy interesante derivado de Arquitectura de Computadoras. Cabe mencionar que me he basado del libro "ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS, De los microprocesadores a las supercomputadoras" del autor Behrooz Parhami.
Resumen...
Dispositivos y controladores de
entrada/salida
El
procesador y la memoria son muchos más rápidas que la mayoría de los
dispositivos I/O; mientras más cerca este una unidad al CPU, más rápido se
accede a ella.
Las
señales electrónicas viajan casi a la mitad de la rapidez de la luz, s este
retardo de propagación de señal de viaje redondo de 2 ns, se le deben sumar
varios retardos lógicos, como el tiempo de espera del buffer, retardo de
arbitraje de bus y la latencia de acceso a la memoria.
Hay
que tomar en cuenta que muchos dispositivos I/O también son más lentos según su
naturaleza electromecánica.
Los
dispositivos I/O se pueden categorizar con base en sus características, tales
como:
1) El medio que se usa para la presentación de datos
(copia impresa, electrónica)
2) La medida de involucramiento humano (manual,
automática)
3) Calidad d producción (bosquejo preliminar, calidad
de publicación o fotografía)
Los
modernos dispositivos I/O soy muy inteligentes, debido a que contienen su
propio CPU (procesador de propósito general de bajo perfil), memoria y
capacidades de comunicación, que cada vez más incluyen conectividad de red.
Las
interfaces con tales dispositivos, pueden tener muchos MB de memoria de buffer,
y son de control muy diferente de los primeros dispositivos I/O, que se
alimentaban con información, o dirigirse para enviar datos, un byte a la vez.
Los
dispositivos se comunican con el CPU y la memoria mediante un controlador I/O
conectados a un bus compartido. Los sistemas simples de bajo perfil pueden usar el mismo bus para
I/O que se usa para enviar datos de ida y vuelta entre el CPU y la memoria.
Los
sistemas de alto rendimiento pueden tener un bus I/O separado para garantizar que no se quita
ancho de banda de las transferencias CPU-memoria. Cuando existen múltiples
bases en un sistema, se ponen en interfaz mutua a través de
adaptadores de bus.
*AGP
(puerto grafico acelerado), es un puerto compartido, no un bus.
Los
controladores I/O son computadoras por derecho propio. Cuando se activan,
corren programas especiales para guiarlos a través de las operaciones
requeridas de transferencia de datos y protocolos asociados.
Teclado y ratón
Un teclado consiste en un arreglo de teclas
que se usa para ingresar información a la computadora u otro dispositivo
digital. Los teclados pequeños como el de un teléfono, o en un área separada en
muchas computadoras se les conocen como Keypad.
Casi
todos los teclados alfanuméricos siguen la plantilla QWERTY.
La
plantilla QWERTY se eligió para reducir deliberadamente la rapidez de tecleo
con intención de evitar el atasco de los martillos mecánicos de las primeras
máquinas de escribir.
Se
ha progresado algo en el área de colocación de teclas no convencionales para
dar al usuario comodidad con el tecleo. Los teclados que siguen tales diseños
se denominan teclados ergonómicos.
Diseños
específicos de las teclas:
1) Los interruptores de membrana se usan en
aplicaciones de sistemas incrustados)
2)Los interruptores mecánicos (se usan en teclados de
escritorio estándar)
Puesto
que los contactos se pueden ensuciar con el paso del tiempo, otros tipos de
interruptores se apoyan en la fuerza inducida de forma magnética para cerrar un
par de contactos.
Sin
importar la plantilla física, las teclas
de un teclado con frecuencia se ordenan en un arreglo bidimensional desde un
punto de vista lógico. Cada tecla esta en la intersección de un circuito de
hilera y columna.
Presionar
una tecla provoca cambios eléctricos en
los circuitos de hilera y columna asociados con la tecla, ellos permite la
identificación de la tecla que se presionó. Entonces, un codificador convierte las identidades en un
código de símbolo (usualmente ASCII) para que se transmitan a la computadora.
Además
de un teclado, la mayoría de las computadoras de escritorio y laptop tiene
dispositivos apuntadores que permiten al usuario elegir una variedad de
operaciones. Este dispositivo apuntador es llamado ratón
Diseños
de ratones:
1) En un ratón
mecánico, dos contadores se asocian con los rodillos x y y.
2) Ratón óptico, es más preciso y menos proclives a
fallos debido al polvo que se acumule. Algunos tienen cámaras digitales que les
permiten detectar movimiento sobre cualquier superficie.
3) Touchpad, sustituye con frecuencia a un ratón para aplicaciones en las laptops, aquí la ubicación de un dedo
se percibe cuando toca el tapete, y le movimiento del cursor se determina según
cuán lejos, rápido y en qué dirección se movió el dedo.
La
pantalla táctil es similar al touchpad pero en lugar de un tapete separado, la
superficie de la pantalla se usa para apuntar.
En
la actualidad los teclados y dispositivos con frecuencia tienen procesadores
dedicados (microcontroladores) interconstruidos.
Unidades de presentación visual
La representación visual de símbolos e imágenes es el método de salida
primario para la mayoría de las
computadoras. Las opciones disponibles varían desde pequeñas pantallas
monocromas (de los tipos utilizados en celulares) hasta los grandes dispositivos de presentación de alta resolución.
Hasta
hace poco tiempo los tubos de rayos catódicos (CRT) eran el principal
dispositivo de presentación visual. Y las pantallas de panel plano se
reservaban para su uso en dispositivos digitales portátiles.
Las
pantallas CRT funcionan mediante un haz de electrones que barre la superficie
de una pantalla sensible, y crea un pixel oscuro o claro, conforme pasa cada
punto.
La
tecnología del CRT pasó por varias etapas:
1) Los primeros intentos usaron un CRT monocromático
que se veía mediante la rotación de filtros de color mientras se desplegaban a las ves pixeles
asociados con varios colores.
2) Los CRT modernos se basaban el método tricolor RGB
(rojo, verde, azul). Los tres haces de electrones separados exploran la
superficie de la pantalla, cada uno cada uno llega en ángulo ligeramente
diferente. Y una máscara de sombre que representa una placa metálica con aberturas, fuerza a
cada haz a impactar solo tiras de fosforo de un color particular, la separación
de dos tiras consecutivas del mismo color, dicta la resolución de la imagen
resultante.
Físicamente las pantallas CRT son voluminosas,
requieren alto consumo de energía y generan gran cantidad de calor, la imagen
sufre distorsión, así como de foco y color no uniformes.
Las
pantallas de cristal líquido en panel (LCD) son muy populares.
Otras
tecnologías de pantalla de panel plano incluyen las que se basan en diodos
emisores de luz (LED) y el fenómeno de plasma. Las pantallas LED consisten de
arreglos de LED de uno o más colores, y cada LED se direcciona a través de un
índice de hilera y columna.
La
operación de las pantallas de plasma es similar a la de una lámpara de neón.
Explotan la propiedad de ciertas
mezclas de gases que se
descomponen en plasma cuando se sujetan a un campo eléctrico muy intenso, el
plasma conduce la electricidad y
convierte una parte de la energía eléctrica en luz visible.
Muchas
computadoras ofrecen salida compatible con el formato de presentación de salida
en televisión, ello permite que cualquier que cualquier TV actué como unidad de
presentación. La misma señal compatible con TV se puede proporcionar a un
proyector de video que produce una réplica de la imagen en el CRT o unidad de
pantalla de panel plano de la computadora en una pantalla del tamaño de una
pared.
Dispositivos de entrada/salida de
copia impresa
La
entrada de copia impresa se acepta a través de escáneres (digitalizadores). Un
digitalizador funciona como una unidad de pantalla CRT, pero en
dirección contraria.
Un
escáner percibe el color y la intensidad y los convierte en señales
electrónicas conforme recorre una imagen línea por línea, esta información se
almacena en memoria en uno de muchos formatos estándar.
Los
escáneres se caracterizan por resolución espacial expresada en pixeles y
fidelidad de color. En relación con el tipo de documentos tales dispositivos se
dividen en:
1)Escáner de cama plana, tienen la ventaja de no
provocar daño al documento original debido al doblado, y permiten la
digitalización de libros.
2) Escáner de cabeza y portátiles pueden digitalizar
documentos grandes sin ser voluminosos o costosos.
Para
el caso del texto digitalizado, la imagen se puede convertir en forma simbólica
a través de software de reconocimiento de caracteres (OCR) y se almacena en
archivo de texto, y se usa para poner en línea libros antiguos. El
reconocimiento de la escritura manual se ha vuelto más importante debido a la
proliferación de las aplicaciones de los asistentes digitales personales (PDA)
y las computadoras portátiles sin teclado.
La
impresora; las primeras impresoras para computadora funcionaban en forma
parecida a las antiguas máquinas de escribir, usaban dispositivos de formación de caracteres que
golpeaban sobre una banda de tela o plástico mediante un mecanismo parecido a
un martillo.
Las
impresoras modernas imprimen una gran imagen en matriz de punto de la página
que está compuesta de archivos de texto o gráfico. La impresora de inyección de
tinta, lenta y barata, imprimen los puntos uno o pocos a la vez. Las gotas de
tinta se expulsan desde la cabeza de impresión mediante varios mecanismos como
calentamiento o generación de ondas de choque.
La
impresora láser, grande y rápida. Forman una copia de la imagen a imprimir en
la forma de patrones de carga eléctrica en un tambor rotatorio e imprimen toda
la página a alta rapidez.
Al
igual que un escáner, una impresora de matriz de punto se caracteriza por su
resolución espacial, (en pixeles y número de color).
Las
impresoras de blanco y negro depositan gotas de tinta o funden partículas de
tóner en el papel de acuerdo a los requisitos del documento.
Los
colores que se usan en las impresoras son cian (azul-verde) magenta y amarillo,
que forman el esquema CMY, que representa la ausencia de los colores RGB. El esquema
CMY es sustractivo y forma un color deseado al remover los componentes
adecuados de la luz blanca. La mayoría de la impresoras usan el esquema CMYK
(K=negro).
Una
máquina que combina escáner/impresora puede ofrecer capacidades de transmisión
de fax y fotocopiado con poco hardware adicional.
Otros dispositivos de
entrada/salida
Una
cámara digital fija o de video captura imágenes para ingresar a una computadora
en forma muy similar a un escáner. La luz entrante proveniente del exterior de
la cámara se convierte en pixeles y se almacena en memoria flash o algún otro
medio de almacenamiento no volátil.
La
entrada de audio se captura mediante micrófonos, las computadoras contienen una
tarjeta sonora que puede capturar sonidos mediante un puerto de micrófono. Para
almacenar en una computadora, el sonido se digitaliza al tomar muestras de la
forma ondulatoria a intervalos regulares. La fidelidad del sonido se mejora al
aumentar la tasa de muestreo al usar más bits para representar cada muestra.
Es
frecuente el uso de sensores para proporcionar información acerca del ambiente
y otras condiciones de interés para las computadoras.
1) Las fotoceldas constituyen sensores de luz más
simples para controlar luces nocturnas, semáforos, cámaras y juguetes.
2) Los sensores de temperatura, que se basa en la
medición de la variación de las propiedades del material (como resistencia
eléctrica) con la temperatura.
3) Los detectores de presión convierten la deformación
o alargamiento en materiales a cambios en algunas propiedades eléctricas.
La
salida de imagen mediante computadoras se produce al renderizar varios
dispositivos de presentación visual o imprimir/graficar papel. Las imágenes se
pueden transferir directamente a microfilme para archivar o proyectar en una
pantalla durante presentaciones audiovisuales.
La
salida de audio se produce a partir de archivos de audio, y la tarjeta de
sonido convierte archivos almacenados posiblemente comprimidos en ondas
eléctricas adecuadas para enviar a una o más bocinas.
Redes de dispositivos de
entada/salida
Entrada
y salida involucran transferencias de archivos mediante una red. Los
dispositivos periféricos basados en red permiten compartir recursos inusuales o
rara vez usados
Las
I/O en red también ofrecen flexibilidad en la colocación de dispositivos I/O de
acuerdo con necesidades dinámicamente cambiantes y permiten la actualización o
sustitución, mientras que reduce el cableado y los problemas de conectividad.
Si no has quedado satisfecho con la información brindada puedes consultar el libro de manera directa, y sacar al máximo los recursos en los que tengas interés. Aqui abajo les dejo el link de Dropbox para consultar material de utilidad sobre el tema principal de Arquitectura de Computadoras.
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