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PIO

Todos los dispositivos dentro de una computadora soportan Entrada/Salida Programada, conocido como PIO por las siglas en Inglés de Programmed Input/Output, y es un medio de control del flujo de datos e instrucciones desde y hacia el procesador que permite a los dispositivos de diversas capacidades trabajar al unísono.

Con la utilización de Entrada / Salida programada, la circuitería de la UCP ejecuta una instrucción de entrada o salida para transferir 1,2,o 4 bytes de datos entre la UCP y el dispositivo de entrada/Salida con el que se está comunicanco.

DMA

La utilización de la Entrada/Salida programada es la mejor opción en el caso de que existan dispositivos seriales en el sistema, ya que en este tipo de dispositivos los datos viajan un byte a la vez.

Esta solución no es la adecuada para la transferencia de grandes bloques de información ya que el procesador se queda enciclado en la transmisión de datos byte por byte reduciendo su desempeño llegando inclusive a trabajar a la velocidad del bus y no a la del procesador.

La tecnología del Acceso Directo a Memoria, también conocida como DMA por su nombre en inglés Direct Memory Access, es la evolución del PIO para permitir a dispositivos más evolucionados y con un manejo intensivo de memoria, acceder directamente a la memoria principal del sistema. El acceso directo a memoria está presente en las computadoras desde la primera IBM PC, sin embargo tenía un problema en el diseño y no fue posible utilizar PIO hasta la llegada de procesadores y circuitería más avanzados.

En este modo de comunicación entre la UCP y los dispositivos, la UCP crea un búfer de entrada/Salida en memoria y pasa la dirección de este búfer al dispositivo. El dispositivo puede entonces canalizar datos desde y hacia el búfer.

El acceso directo a memoria es administrado por un circuito en la tarjeta madre. El dispositivo envía una señal a través del transporte de E/S para solicitar permiso de transferir datos; si está libre el controlador responde y autoriza la transferencia de datos en el siguiente ciclo. Esto significa que la transferencia de datos sólo puede ocurrir cada tercer ciclo de reloj del bus de E/S, por lo cual, si un dispositivo requiere de transferir una gran cantidad de datos, o si su desempeño es crítico, esto podría resultar lento.

Bus master

El transporte PCI generalizó el concepto de DMA de tal forma que el acceso al transporte podía ser manejado de manera cooperativa. El dispositivo que detecte un bus en espera obtiene el control de el y transfiere datos en cada ciclo de reloj del transporte, a lo cual se le llamó bus master o posesión del transporte.

Generalmente las transferencias por posesión del transporte dan prioridad a la primer ranura PCI que tiene datos para transferir. Esto explica porqué algunas computadoras especifican la asignación de controladoras de disco y otros dispositivos de desempeño crítico en las primeras ranuras PCI al comienzo del transporte.

Interrupciones

Un transporte de entrada-salida es similar a aquel entre la UCP, la lógica de control de la tarjeta madre y la memoria. Ambos tipos de estructura de bus tienen cables de direccionamiento y de datos, así como un conjunto similar de cables de control y mantenimiento. Ambas estructuras deben determinar si una operación hace referencia a la memoria o a una dirección de entrada-salida. Ambos deben de distinguir entre las operaciones de 16, 32 o 64 bits. Ambos deben de ser capaces de introducir estados de espera para reducir la UCP cuando un dispositivo requiera de más tiempo para completar una operación.

La diferencia más importante entre el bus local UCP-Memoria y el de entrada/salida es la presencia cables para transportar la señalización de la solicitud de interrupción ó IRQ por su nombre en inglés Interrupt ReQuest. El transporte de Entrada/Salida tiene 15 cables separados para el control de IRQ y la UCP tiene únicamente un poste para interrupción. La circuitería en la tarjeta madre debe de proveer un mecanismo de traducción entre ambos.

De no existir las interrupciones, la UCP debe de iniciar una operación con un dispositivo y posteriormente esperar a que la tarea estuviera terminada y que el dispositivo señalice este estado. Las interrupciones permiten a la UCP, especialmente en sistemas operativos avanzados o que realizan un control extensivo de dispositivos, realizar otros procesos hasta que la operación sea completada.

Cuando un dispositivo solicita una interrupción, la circuitería de la UCP deja de ejecutar un programa ordinario y cambia a la rutina de manejo de interrupciones en el controlador del dispositivo para indagar el estado para conocer el curso a tomar.

Cualquier dispositivo en el transporte de entrada-salida puede solicitar una interrupción colocando una señal en uno de los 15 cables de la solicitud de interrupción. Si existen más de una señal de IRQ de manera simultánea, la circuitería de la tarjeta madre debe de seleccionar el que tenga la mayor prioridad para procesarlo primero. La UCP es entonces interrumpida activando el poste de señal de interrupción en ella y se transfiere la identidad del nivel de IRQ a ser procesado.

Cada cable de IRQ alcanza todas y cada una de las ranuras en el transporte de entrada-salida. Una tarjeta de dispositivo es física o lógicamente configurada para para utilizar un valor específico para solicitar la interrupción..

Algunas tarjetas incorporan algún tipo de microconmutadores para configurar físicamente la dirección IRQ con la cual se identificará el dispositivo, mientras que otras permiten que este valor sea ajustado a través de controladores lógicos que se cargan junto con el sistema operativo. Todas las tarjetas PCI son configurables por software.

En los sistemas anteriores a PCI, como el ISA o el VESA, que se tenían que configurar manualmente, el valor de la solicitud de interrupción debe de ser único para cada dispositivo, por lo cual no deben de existir dos tarjetas con el mismo valor debido a que en el mejor de los casos alguna no funcionará y en el peor, se puede quemar alguna o ambas tarjetas e inclusive dañar la tarjeta madre.

Los sistemas PCI y PC Card utilizan circuitería más segura que permite que dos dispositivos compartan la misma interrupción. Cuando una interrupción es compartida el sistema responde a la interrupción atendiendo al controlador de los dispositivos asociados a esa IRQ. Los controladores obtienen información de sus tarjetas para determinar si existe alguna actividad pendiente que requiera atención.

Los equipos que soportan IRQs compartidas suelen ser veloces, por lo cual la pérdida de tiempo y eficiencia en esta situación no es la suficiente para generar algún tipo de preocupación.

BIOS

Todas las tarjetas madre incluyen una pequeña porción de Memoria de Sólo Lectura que contiene el Sistema Básico de Entrada / Salida, conocido como BIOS, por las siglas de su nombre en inglés Basic Input/Output System

Este sistema está compuesto de datos y código suficientes para realizar una verificación del equipo de cómputo al ser activado; está en memoria de sólo lectura para evitar que tenga que ser cargado cada vez que se enciende el equipo, como sucedía con las primeras computadoras.

En versiones más modernas, el BIOS se encuentra almacenado en FLASH RAM, lo que le permite ser actualizado para que la tarjeta madre pueda albergar nuevos dispositivos y/o mejorar el desempeño original de fábrica.

El BIOS incorpora varias rutinas independientes. La primera parte se ejecuta en cuanto el equipo es encendido; inspeccionando la computadora para determinar qué dispositivos se encuentran activos, verificando que todo esté funcionando normalmente. Este proceso es conocido como Prueba de AutoComprobación de Encencido, o POST por las siglas de su nombre en inglés Power On Self Test. Para el caso de las computadoras con capacidad de recibir dispositivos Conectar y Usar (Plug And Play), identifica estos dispositivos y asigna automáticamente los recursos. Este procedimiento cuenta también con una interfaz manual, a la que usualmente se accede presionando la tecla Suprimir durante la POST, que permite al usuario indicar la distribución de recursos, así como la activación y desactivación de dispositivos.

Una vez pasados los procesos de prueba, la ROM determina desde qué dispositivo arrancará el sistema. En las primeras computadoras esto únicamente podía ser por disquete, posteriormente se añadió el disco duro a la lista, hasta que se incorporaron nuevos dispositivos de arranque como otras unidades de disco duro, CD-ROM, LAN y otros dispositivos externos. En caso de que no se encuentre un dispositivo de arranque, se solicita al usuario que elija uno y/o introduzca el medio.

El BIOS era un componente vital hasta la aparición del modo protegido en 32 bits, en el cual algunas aplicaciones no utilizan el BIOS.

CMOS RAM

Motherboards also include a separate block of memory made from very low power consumption CMOS (complementary metal oxide silicon) RAM chips, which is kept "alive" by a battery even when the PC's power is off. This is used to store basic information about the PC's configuration: number and type of hard and floppy drives, how much memory, what kind and so on. All this used to be entered manually, but modern auto-configuring BIOSes do much of this work, in which case the more important settings are advanced settings such as DRAM timings. The other important data kept in CMOS memory is the time and date, which is updated by a Real Time Clock (RTC). The clock, CMOS RAM and battery are usually all integrated into a single chip. The PC reads the time from the RTC when it boots up, after which the CPU keeps time - which is why system clocks are sometimes out of sync. Rebooting the PC causes the RTC to be reread, increasing their accuracy.


EFI

The BIOS has evolved very little since the birth of the PC in 1981, remaining a chunk of hand-crafted assembly language code most users know only for the series of arcane configuration and test messages fleetingly displayed when they turn on their PC.


Intel first signalled that all that was about to change in early 2000, with the release of the first version of its Extensible Firmware Interface (EFI) specification, a proposed standard for the architecture, interface and services of a brand new type of PC firmware, designed to provide a well-specified set of services that are consistent across all platforms.


EFI services are divided into two distinct groups, those that are available only before the operating system is loaded, known as "Boot Services," and those that are also available after EFI has assumed its minimum footprint configuration, known as "Runtime Services." Boot Services provide the breadth of functionality offered by EFI for platform configuration, initialisation, diagnostics, OS kernel image loading and other functions. Run-time Services represent a minimum set of services primarily used to query and update non-volatile EFI settings.


Services within EFI are officially specified in the EFI Specification as core services and protocol interfaces. Various protocol interfaces have been defined for access to a variety of boot devices, many of which are provided in the EFI reference implementation. Other protocol interfaces provide services for application level functions, such as memory allocation and obtaining access to a specified protocol interface.


EFI modules are generally defined as applications or drivers. Drivers conform to a model defined in the EFI specification, and are used to implement a particular protocol interface. In many cases the implementation of one protocol interface may use or enhance the functionality of an existing protocol interface, thereby providing a mechanism for an object oriented design practice called containment and aggregation.


In essence, EFI is effectively a tiny operating system in its own right, complete with its own basic networking, graphics, keyboard and storage handling software. This will allow it to have a radically different user interface to what we've been accustomed to, with support for high resolution displays and a proper GUI. The differences are far more than cosmetic though.


Since EFI is able to manage its own storage space - normally envisioned as a partition on a hard disk - hardware manufacturers will be able to add many more diagnostic and control options, and include support for different kinds of computer systems and configurations, without being constrained by the cost of expensive onboard flash memory. Moreover, the fact that EFI is developed in a high-level programming language will also spur innovation, allowing additional features to be created using standard programming tools. Such additions can include much more detailed and useful diagnostics, self-configuration programs and ways to sort out problems even if the operating system has died. Since it has its own networking capability, EFI will also be able to support remote diagnostics.


The EFI specification is primarily intended for the next generation of IA-32 and Itanium architecture-based computers, and is an outgrowth of the "Intel Boot Initiative" (IBI) program that began in 1998.


Form factor

Early PCs used the AT form factor and 12in wide motherboards. The sheer size of an AT motherboard caused problems for upgrading PCs and did not allow use of the increasingly popular slimline desktop cases. These problems were largely addressed by the smaller version of the full AT form factor, the Baby AT, introduced in 1989. Whilst this remains a common form factor, there have been several improvements since. All designs are open standards and as such don't require certification. A consequence is that there can be some quite wide variation in design detail between different manufacturers' motherboards.


 

 

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