Periférico de entrada/salida para niños

Un periférico de entrada/salida (también conocido como E/S o I/O por sus siglas en inglés) es un aparato que permite a tu computadora comunicarse con el mundo exterior. Imagina que es como una puerta bidireccional: puede recibir información de otros dispositivos y también enviar información desde la computadora.

Pequeña caja para la señal de entrada y salida.

¿Cómo funcionan los periféricos de entrada/salida?

Los periféricos de E/S son esenciales para que una computadora funcione. Su tarea principal es tomar datos (entrada), enviarlos al cerebro de la computadora (la unidad central de procesamiento o CPU) para que los procese, y luego mostrar o guardar los resultados (salida). Piensa en ellos como los ojos, oídos, boca y manos de tu computadora.

Un buen sistema de E/S debe poder:

• Saber con qué periférico quiere hablar.
• Establecer una forma de comunicación entre la CPU y los controladores (los "traductores" de los periféricos).
• Asegurarse de que los dispositivos trabajen juntos sin errores.
• Convertir datos entre diferentes formatos si es necesario.
• Verificar el estado de los periféricos (si están listos, ocupados, etc.).
• Contar las transmisiones de datos.
• Detectar y corregir errores.

¿Cómo se comunica la computadora con los periféricos?

Para que la computadora sepa con qué periférico hablar, usa un sistema llamado direccionamiento. Es como darle una dirección única a cada periférico. Cuando el procesador quiere enviar o recibir datos de un periférico, le "llama" usando su dirección.

Algunas características importantes del direccionamiento son:

• Evitar que varios dispositivos intenten usar el mismo camino al mismo tiempo, para que no haya confusiones.
• Cada dirección debe ser única para evitar problemas.
• Los controladores de los periféricos suelen tener varias "puertas" o puntos de conexión.

El bus de direcciones: el camino de la comunicación

El bus de direcciones es como una autopista que conecta el procesador con los periféricos. A través de él, el procesador elige con qué periférico quiere interactuar.

Existen diferentes formas en que esta autopista puede funcionar:

• Mapeado: En este caso, la computadora trata a los periféricos como si fueran parte de la memoria. Usa las mismas instrucciones para acceder a la memoria que para acceder a los periféricos. Esto simplifica el diseño del procesador.
• Independiente: Aquí, los periféricos tienen su propio "mapa" separado de la memoria. El procesador usa instrucciones especiales para hablar con ellos. Esto puede hacer que los programas sean más rápidos y seguros, aunque el diseño del procesador es un poco más complejo.

Formas de seleccionar periféricos

Dependiendo del sistema, hay diferentes maneras de seleccionar un periférico:

• Selección lineal: Se asigna una "línea" o "cable" a cada periférico. Solo un periférico puede estar activo a la vez. No es muy común porque limita la cantidad de dispositivos.
• Selección por decodificación: La dirección del periférico está codificada, y se necesita un "decodificador" para activarlo.
  • Centralizado: Un solo decodificador para todos los periféricos.
  • Distribuido: Cada periférico "reconoce" su propia dirección.

¿Cómo se conectan físicamente los periféricos?

Los controladores de los periféricos y el procesador se conectan de varias maneras. Una forma común usa algo llamado "buffer tri-estado".

Conexión con buffer tri-estado

Esta forma de conexión usa un camino compartido (un bus) y "buffers tri-estado" para cada periférico. Estos buffers evitan que varios periféricos intenten enviar información al mismo tiempo, lo que podría causar problemas.

• Es fácil añadir más periféricos.
• Permite conectar muchos periféricos en paralelo.

Conexión con MUX/DEMUX

Otra forma usa "multiplexores" (MUX) y "demultiplexores" (DEMUX). Estos dispositivos seleccionan qué periférico puede usar el bus compartido en un momento dado, impidiendo que los demás accedan a él.

• No es tan fácil añadir más periféricos.
• Requiere más circuitos internos.

Sincronización: Poniendo a todos en el mismo ritmo

Los periféricos suelen ser más lentos que el procesador. La sincronización es el proceso de ajustar las velocidades para que no haya errores. Los controladores de los periféricos a menudo tienen pequeñas memorias temporales (buffers) y señales de control para indicar su estado (listo, ocupado, etc.).

Tipos de temporización

La forma en que se coordinan las operaciones de E/S puede ser:

• Síncrona: Los dispositivos tienen velocidades similares, así que no necesitan esperarse.
• Asíncrona: Los dispositivos tienen velocidades diferentes, por lo que uno debe esperar al otro para evitar errores.

También se pueden definir así:

• Síncronos: Comparten una señal de reloj común, como un metrónomo que marca el ritmo.
• Asíncronos: No comparten la misma señal de reloj. Pueden trabajar con una gran variedad de dispositivos y el bus puede ser más largo. Usan un "protocolo de apretón de manos" (handshaking) para coordinar la transmisión de datos. Esto significa que el emisor y el receptor se "ponen de acuerdo" en cada paso.

Temporización síncrona

En la temporización síncrona, todo ocurre al ritmo de un reloj central. Si el periférico no es lo suficientemente rápido, pueden ocurrir errores. Además, si la computadora intenta comunicarse con un dispositivo que no existe o está desconectado, el programa podría fallar.

• Escritura: El procesador envía la señal de escritura y espera un tiempo fijo. Si el periférico no escribe a tiempo, la operación falla.
• Lectura: El procesador envía la señal de lectura y espera un tiempo fijo, luego lee los datos sin verificar si están listos.

Temporización asíncrona o con "handshaking"

El "handshaking" (apretón de manos) significa que el procesador y los periféricos intercambian señales para coordinar la transferencia de información. Esto mejora el rendimiento y evita errores. Si un dispositivo no responde, el procesador espera un tiempo límite y, si no hay respuesta, cancela la operación para evitar quedarse "colgado".

• Escritura: El procesador envía la señal de escritura y espera a que el periférico le confirme que está listo (con una señal ACK). Una vez confirmado, los datos se escriben.
• Lectura: El procesador envía la señal de lectura y espera a que el periférico le indique (con ACK) que los datos están listos. Luego, el procesador lee los datos.

Otras funciones importantes de los sistemas de E/S

Además de lo anterior, un sistema de E/S también se encarga de:

• Conversión de datos: Adapta los datos para que sean compatibles entre el periférico y la computadora. Por ejemplo, convierte entre diferentes códigos (como ASCII o UNICODE), de serie a paralelo, o de señales analógicas a digitales y viceversa.
• Control de periféricos: Permite saber el estado del dispositivo y cambiarlo, o enviar señales para que realice ciertas acciones.
• Control de los "paquetes" transferidos: Decide cuánta información se envía en cada operación y lleva la cuenta para saber cuándo termina la transferencia.
• Detección de errores: Identifica si hay errores en el funcionamiento del periférico o en los datos, y si es necesario, intenta repetir la operación.

Tipos de periféricos de entrada/salida

Muchos dispositivos que usamos a diario son periféricos de entrada/salida. Por ejemplo, los aparatos que permiten a las computadoras comunicarse entre sí, como los módems y las tarjetas de red, son de E/S. También lo son los dispositivos donde guardamos información.

Ejemplos:

• Multitáctil (como las pantallas de los teléfonos o tabletas)
• Casco virtual (para experiencias de Realidad virtual)
• Impresora multifunción (que imprime, escanea y copia)

Almacenamiento de datos

Los dispositivos que guardan información también se consideran periféricos de E/S, porque permiten guardar datos (salida) y luego leerlos (entrada). Ejemplos:

• Lectograbadoras de disco óptico (como las de CD/DVD)
• Lectoras de Tarjeta de memoria
• Disco duro portátil o externo
• Memoria USB o Memoria flash

Dispositivos de redes

Los dispositivos de red o comunicación también son periféricos de E/S, ya que permiten que las computadoras se conecten entre sí o con otros aparatos externos. Ejemplos:

• Módem
• Tarjeta de red
• Concentrador
• Conmutador (dispositivo de red)
• Enrutador
• Dispositivos de comunicación inalámbrica
• Bluetooth

Galería de imágenes

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  Pequeña caja para la señal de entrada y salida.

Véase también

En inglés: Input/output Facts for Kids

• Periférico (informática)
• Periférico de entrada
• Direcciones base de entrada/salida