¿Qué es la E/S (entrada/salida)?
E/S (entrada/salida), describe cualquier operación, programa o dispositivo que transfiere datos hacia o desde una computadora. Los dispositivos de E/S comunes incluyen impresoras, discos duros, teclados y ratones.
Los dispositivos de entrada/salida desempeñan un papel crucial en la programación informática al optimizar la forma en que los dispositivos informáticos se comunican a través de una red.
¿Por qué es importante la E/S?
En la arquitectura de computadoras, la E/S abarca una variedad de tareas que deben ejecutarse correctamente para permitir el intercambio de datos entre máquinas discretas. Todos los tipos de movimiento de datos dentro de un sistema dependen de operaciones de E/S, incluidos archivos de audio, conjuntos de instrucciones de software, secuencias de texto y video.
Las señales de entrada/salida transportan instrucciones que la unidad central de procesamiento (CPU) de una computadora debe ejecutar para iniciar la transferencia de datos. La información puede provenir de hardware, software o interacción humana.
Las señales de entrada E/S transportan datos desde una CPU, un controlador de almacenamiento o una memoria a un dispositivo de almacenamiento. Las señales de salida E/S fluyen desde una computadora a un dispositivo de salida.
Algunos dispositivos de E/S son dispositivos de sólo entrada, lo que significa que envían datos pero no reciben datos; Los dispositivos de solo salida hacen lo contrario: reciben entradas pero no pueden enviar datos a otras máquinas. Algunos dispositivos de E/S reciben entradas, procesan los datos y producen salidas.
¿Cómo ocurren las operaciones de E/S?
Los dispositivos de E/S se clasifican generalmente como almacenamiento, comunicaciones de red, interfaz de usuario o servicios de hardware relacionados que utilizan sistemas discretos para interactuar con una computadora. Para comunicarse, los dispositivos utilizan puertos de E/S en serie o paralelo, o una señal inalámbrica.
La entrada/salida se divide en dos categorías: E/S duras y E/S suaves. La E/S dura se refiere a una transferencia directa de datos que se produce entre una computadora y un dispositivo físico externo, como un teclado o un mouse. La E/S suave ocurre cuando se transfieren datos entre computadoras o servidores a través de una red, como transmisión de medios o intercambio de archivos.
Las operaciones de E/S se calculan en función del número de operaciones que ocurren por segundo, también conocidas como IOPS, o como una medida de la velocidad de transferencia. El rendimiento de E/S se ve afectado por las capacidades del equipo dentro de una computadora, incluidas unidades, tarjetas gráficas y equipos de red.
¿Qué es la gestión de memoria de E/S?
Los sistemas informáticos modernos suelen construirse con un procesador de E/S situado entre el bus del sistema y los periféricos conectados. Los procesadores de E/S están específicamente equipados para manejar las operaciones asociadas con la transferencia de datos.
Para facilitar la comunicación entre dispositivos de E/S y procesadores, una interfaz de E/S identifica todas las direcciones generadas por la CPU. Los controladores tienen la tarea de garantizar que los datos se transmitan a la variedad de componentes de la computadora. Se utilizan varios métodos de control, incluidos los siguientes:
- E/S programadas (PIO). Este método requiere que el procesador ejecute comandos para cada transferencia de E/S; por tanto, es el método más lento. La ventaja es que las E/S programadas son las más sencillas de programar.
- E/S controlada por interrupción. Con este método, un dispositivo de E/S envía un comando cuando está listo para recibir datos. Luego, la CPU suspende temporalmente lo que está haciendo para llevar a cabo las nuevas instrucciones antes de reanudar sus actividades anteriores. De esta manera, la CPU no necesita verificar el estado de recepción del dispositivo de E/S.
- Controlador de interrupción programable avanzado (APIC). Esta variación envía una señal de interrupción al APIC para notificar al procesador cuando un dispositivo está preparado para enviar datos.
- Acceso directo a memoria (DMA). DMA omite la CPU para enviar comandos de datos desde los periféricos a la memoria principal. DMA es el reemplazo de PIO, también conocido como E/S programables, un proceso en el que la CPU gestiona todas las transacciones de datos.
- Unidad de máquina de memoria de entrada-salida (IOMMU). Diseñado para máquinas virtuales, IOMMU permite que un sistema operativo (SO) correlacione el mapeo de dispositivos físicos y virtuales para asignar eficientemente los recursos de memoria.
¿Cuál es la diferencia entre entrada E/S y salida E/S?
Los dispositivos de E/S se clasifican como almacenamiento, redes, interfaz de usuario o servicios relacionados habilitados por hardware que conectan máquinas o sistemas discretos.
La administración de los dispositivos de E/S la realiza el SO de la computadora a través de un subsistema dedicado diseñado para administrar los controladores de dispositivos o cualquier hardware conectado. Las computadoras modernas admiten una variedad de dispositivos, incluidas unidades de audio y video, adaptadores Bluetooth, unidades de disco, adaptadores de pantalla, dongles, impresoras de alta velocidad, módems, unidades flash USB y puntos de acceso móviles.
Un dispositivo de entrada E/S crea una interfaz entre los usuarios finales y una computadora u otro sistema de información. El dispositivo de entrada envía comandos a través de un componente de hardware, software o interacción humana. En la entrada E/S, los datos fluyen desde el dispositivo a una computadora.
Las operaciones de salida E/S se refieren a señales de datos enviadas por el dispositivo de salida en respuesta a la entrada de datos. Los datos fluyen desde la computadora al dispositivo de salida, donde se extraen y procesan. El procesamiento garantiza que los datos resultantes se presenten de una manera que los usuarios comprendan.
¿Cuáles son los dispositivos de entrada?
Los dispositivos sólo de entrada son los siguientes:
- Convertidores analógicos-a-digitales.
- Lectores de códigos de barras.
- Dispositivos biométricos.
- Ratones de ordenador y trackballs.
- Cámaras digitales.
- Baterías electrónicas.
- Joysticks.
- Teclados.
- Bolígrafos ligeros.
- Lectores de banda magnética.
- Unidades de cinta magnética.
- Micrófonos.
- Lectores de reconocimiento óptico de caracteres.
- Escáneres.
- Sensores.
- Lápices ópticos.
- Pantallas táctiles.
- Cámaras web.
¿Cuáles son los dispositivos de salida?
Los dispositivos que manejan sólo salida incluyen los siguientes:
- Lectores Braille.
- Pantallas de monitor de tubo de rayos catódicos.
- Tarjetas gráficas.
- Auriculares.
- Paneles de visualización de cristal líquido.
- Impresoras y plotters.
- Proyectores.
- Altavoces.
¿Qué dispositivos de E/S proporcionan entrada y salida de datos?
Los asistentes virtuales activados por voz ilustran tecnologías que manejan tanto la entrada como la salida de datos. Cuando los usuarios vocalizan solicitudes de búsqueda, estos dispositivos recuperan la información solicitada y transmiten los resultados mediante el procesamiento del lenguaje natural. La solicitud del usuario es la entrada; La respuesta de voz del dispositivo es la salida.
Las unidades de disco duro y las unidades de estado sólido (SSD) se pueden clasificar como dispositivos de entrada y salida. Los datos se escriben en sectores de unidades basadas en flash NAND y también se pueden recuperar del SSD.
Otros dispositivos que pueden enviar y recibir datos incluyen los siguientes:
- Disquetes.
- Sistemas informáticos de alto rendimiento.
- Módems.
- Tarjetas de interfaz de red.
- Dispositivos de almacenamiento extraíbles.
- CD-ROM grabables.
Algunos expertos afirman que los discos y las unidades flash se incluyen en el almacenamiento, mientras que las operaciones de E/S están alineadas con el ancho de banda de la red. Otros argumentan que el almacenamiento en disco y flash permite lecturas y escrituras de datos y, por lo tanto, puede recibir entradas de datos y producir salidas de datos.