Procesamiento digital de señales. Periférico

Clasificación. Comunicación periférico. Dispositivos de memoria auxiliar. Dispositivos de E/S

  • Enviado por: Javier Rivero Campos
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 10 páginas
publicidad

TEMA 5º

PERIFÉRICOS

5.1 Introducción

5.2 Clasificación

5.3 Comunicación periférico - CPU

5.4 Dispositivos de E/S

5.5 Dispositivos de memoria auxiliar

5.1 Introducción.-

Como periférico se pueden definir tanto unidades como dispositivos a través de los cuales la computadora se comunica con el mundo exterior. Por tanto se pueden definir dos categorías de periféricos: por una parte la que sirve para comunicar al ordenador con el mundo exterior y por otra la que permite el almacenamiento masivo de datos. La justificación de la necesidad de existencia de periféricos es clara, debido a que la computadora necesita algún medio para obtener los datos del usuario y algún medio para mostrar los resultados.

La computadora es un sistema de información, ya que recibe unos datos, los procesa y obtenemos un resultado de los mismos. La E/S se hace mediante periféricos. Dentro de los periféricos se engloban los dispositivos de memoria auxiliar, debido a las deficiencias de la memoria principal (poca capacidad y ser volátil). Hay que diferenciar entre periféricos y máquina auxiliar. Mientras que los primeros están conectados directamente al ordenador y son controlados directamente por él, los segundos son autónomos en su funcionamiento y sirven para preparar la información que hay que suministrar a la computadora (Ej.: una impresora es un periférico y una reconocedora de caracteres es una máquina auxiliar).

También es interesante diferenciar entre unidad y soporte. Se entiende por unidad al dispositivo que está físicamente conectado a la computadora y por soporte al elemento que soporta la información.

5.2 Clasificación.-

  • Periféricos de entrada.-

  • Periféricos de salida.-

  • Dispositivos de memoria auxiliar.-

Existen periféricos que se pueden englobar como de E/S (módem, pantallas sensibles al tacto). Son periféricos de entrada aquellos que convierten señales del mundo externo en señales eléctricas entendibles por el ordenador. Son periféricos de salida aquellos que convierten señales eléctricas procedentes del ordenador en señales entendibles por las personas u otras máquinas.

5.3 Comunicación periférico - CPU.-

Podemos diferenciar dos niveles de estudio en la comunicación periférico - CPU, por una parte la conexión física y por otra la lógica.

  • Conexión física.-

En general las diferentes unidades funcionales de la CPU, así como los periféricos, se conectan y comunican mediante los buses. Éstos se pueden definir como un grupo de hilos de conexión. Dentro de la CPU existe un bus principal denominado “Bus del sistema”. La circulación de la información por un medio de conexión puede ser en paralelo (tantos hilos como bits tiene la palabra, transmitiéndose todos los bits al mismo tiempo) o en serie (un único hilo con transmisión bit a bit).

La principal ventaja de la comunicación paralela es su rapidez y su inconveniente es que necesita más hilos de conexión, lo cual se traduce en un incremento del coste. La comunicación serie requiere dispositivos capaces de secuenciar la transmisión de la información y en general introduce un mayor retardo de la misma. Normalmente las unidades funcionales de la CPU utilizan conexión paralela. Los periféricos no se suelen conectar directamente al bus del sistema, sino que se interpone por medio un dispositivo denominado “interface”. Éste se utiliza para realizar una adaptación entre los dos elementos, pues suele haber una gran diferencia de funcionamiento entre ellos. Los interfaces se encuentran normalizados, es decir, siguen unas normas estándar.

  • Conexión lógica.-

Se puede ver como una transmisión de información entre registros de datos. Los periféricos tienen unos registros donde almacenan la información, bien para transmitir a la CPU o para sacarla al exterior. En este esquema podemos hallar muchos problemas que hay que resolver entre la conexión de los periféricos y la CPU, como un mecanismo de dirección que permita diferenciar cada periférico de la computadora. Por tanto, es necesaria la sincronización entre los periféricos y la CPU para que la transferencia de la información sea correcta. Básicamente existen dos alternativas para la realización de una transferencia de información entre un periférico y la CPU: por una parte la E/S programada y por otra parte la DMA (acceso directo a memoria).

    • E/S programada: En este caso la transferencia se realiza ejecutando instrucciones de E/S similares a IN y a OUT. Evidentemente estas instrucciones contienen campos para direccionar él o los registros a utilizar. En este caso se puede decir que la CPU tiene todo el control de operación de E/S.

    • DMA: El controlador del periférico se encarga de acceder directamente a la memoria para obtener o situar allí la información de la operación de E/S. En este caso la CPU no tiene ningún control sobre la operación de E/S.

5.4 Dispositivos de E/S.-

  • Teclado.-

Es un periférico de entrada de información al ordenador. La disposición de los caracteres suele ser similar a la de una máquina de escribir. Su funcionamiento es sencillo, al pulsar una tecla se cierra un conmutador de un circuito y se produce una entrada a un decodificador que se encarga de generar el código adecuado para esa tecla. En un teclado se diferencias cinco partes: principal, cursores, funciones, alfanuméricas y control del terminal.

  • Ratón.-

Se trata de un periférico de entrada de información. Actualmente es un elemento imprescindible en la informática. Su funcionamiento es muy sencillo, en todo momento indica la situación donde se encuentra el cursor del ratón. Físicamente el ratón tiene un dispositivo que es capaz de detectar el movimiento. Normalmente se encuentra formado por una bola de caucho que al rozar sobre una superficie lisa hace girar a unos rodillos que son los que detectan el movimiento.

  • Joystick.-

Se trata de un periférico de entrada de información. Se encuentra formado por una palanca y varios botones. Los fundamentos se basan en una serie de circuitos que se cierran al efectuar movimientos de la palanca en las diferentes direcciones.

  • Pantalla sensible al tacto.-

Es un periférico de salida que además permite realizar operaciones de entrada. Es, por tanto, un dispositivo mixto. Básicamente es capaz de detectar la presión sobre ella e indicar la posición exacta de donde se realizó la misma. El fundamento físico se basa en una red de hilos horizontales y verticales que al ser presionados producen una corriente. Otro tipo de pantallas utilizan células fotoeléctricas. Sus aplicaciones son a fines didácticos.

  • Lápiz óptico.-

Es un periférico de entrada de información. Básicamente se encuentra formado por un elemento en forma de lápiz que se encuentra conectado mediante unos cables a un circuito de control y éste al ordenador. Su funcionamiento es el siguiente: en el extremo del lápiz con el que se marca la pantalla se encuentra una célula fotoeléctrica de tal forma que dicha célula capta la intensidad del barrido de la pantalla y a partir de esa intensidad se obtiene la posición en la pantalla.

  • Reconocedores de voz.-

Estos elementos intentan facilitar la comunicación directa entre el hombre y el ordenador. Su uso no está muy difundido debido a que necesita un software adicional, al cuál hay que amaestrar. Se encuentra formado por un micrófono y una tarjeta de sonido. Se pueden dividir en dos: síntesis del habla y reconocimiento del habla.

  • Síntesis del habla: consiste en que el propio ordenador sea capaz de emitir sonidos similares a los humanos. Se utilizan dos técnicas:

      • Síntesis por análisis: almacenamiento de una gran cantidad de frases y su posterior generación en cadena para producir la secuencia de palabras deseada.

      • Síntesis constructiva: división de palabras en pequeñas unidades de sonido que después se unen para formar las frases.

  • Reconocimiento del habla: consiste en capturar las palabras pronunciadas y transmitirlas al ordenador. El proceso es complejo debido a que depende del tono, los ecos, el timbre, etc.,... Básicamente se distinguen dos tipos: el dependiente del usuario y el independiente del usuario.

  • Lectores ópticos.-

Son periféricos capaces de detectar diferentes elementos (marcas, códigos de barras, etc.,...). Usualmente estas marcas están realizadas con materiales de propiedades especiales, que permiten su fácil determinación. Todos ellos utilizan una misma estrategia de determinación. Existe una serie de patrones o formas predefinidas que son las que detectan los dispositivos de forma automática. Para detectar esos patrones se suele trabajar con celdas pequeñas y a partir de ahí se determinan matrices de 0 y 1 que se comparan con los patrones predefinidos. La detección física de la impresión en las celdillas se realiza mediante diferentes métodos. En algunos casos se utilizan campos magnéticos para lo cual es necesario que las marcas a detectar estén realizas con una tinta especial con propiedades magnética. En otros casos se utilizan detectores ópticos. Éstos se clasifican en detectores de marcas, de caracteres y de barras.

  • Detectores de marcas: los periféricos son capaces de detectar aquellas marcas que el usuario realiza en determinadas posiciones preestablecidas de un documento. Es decir, determinan la presencia o ausencia de la marca en los lugares preestablecidos. Su principal ventaja es la velocidad de detección de las marcas.

  • Lectores de caracteres (OCR): reconocen caracteres en documentos generalmente escritos de acuerdo con patones normalizados aunque en la actualidad estos patrones no están normalizados.

  • Detectores de barras: los reconocedores detectan diferentes combinaciones de barras, cada una de las cuáles están asociadas a un determinado artículo. El código de barras más utilizado es el estándar EAN13, formado por 13 dígitos (2 del país de fabricación, 5 del fabricante, 5 del producto y 1 de control).

  • Escáner.-

Dispositivos de entrada capaces de transformar mediante tecnología óptica imágenes o textos almacenables en el ordenador. Pueden ser de sobremesa, capaces de procesar imágenes de gran volumen, o de mano, con menor capacidad de proceso.

  • Tableta digitalizadora.-

Dispositivo de entrada de información que permite transferir al ordenador trazos de dibujos o escritos a medida que se realizan. Normalmente se encuentra formado por un tablero sobre el que se trabaja y un elemento de escritura o dibujo con el que se traza la imagen deseada. Se suele utilizar en aplicaciones AUTOCAD, GEOMEDIA, etc.,... La idea básica es utilizar una especie de lápiz o cursor con el que se van recorriendo los contornos de la figura a transmitir en un proceso similar a una copia por calca. El digitalizador se encarga de comunicar a la computadora las coordenadas de los puntos por los que se va pasando y de esta forma se construye la imagen.

  • Impresoras.-

Son periféricos de salida de información. La primera impresora que apareció lo hizo como evolución de la máquina de escribir. Es el dispositivo de salida más utilizado después de la pantalla y existen diferentes clasificaciones.

  • Bajo el criterio de calidad:

  • Impresión baja calidad: se utiliza para borradores o grandes listados. Entre ellas se encuentran las impresoras de rueda, térmicas y de línea.

  • Impresión media calidad: son más caras. Principalmente son las impresoras matriciales.

  • Impresión alta calidad: se usan para gráficos y documentos de letra similar a la de la imprenta. Son las impresoras láser o de inyección de tinta.

  • Dependiendo del mecanismo de impresión:

  • Con impacto: la impresión se logra mediante el impacto de algún mecanismo sobre una cinta con tinta que golpea el papel.

  • Sin impacto: la impresión se logra mediante operaciones químicas, térmicas o magnéticas.

  • Dependiendo de la forma de construir los caracteres:

    • De carácter: imprime un carácter cada vez. Por tanto, una línea se imprime como una secuencia de caracteres. Son lentas (impresoras de rueda).

    • De línea: imprime todos o algunos de los caracteres de una línea. Son más rápidas (impresoras de tambor y térmicas).

    • De página: imprime una página de cada vez. Reciben y acumulan caracteres hasta formar una página que posteriormente escriben (impresoras láser).

Los tipos de impresora más importantes son:

  • Impresora de margarita: son impresoras de impacto de alta calidad pero lentas. Se encuentra formada por una rueda en forma de margarita donde están modelados los caracteres. Su impresión consiste en posicionarse el carácter deseado delante del martillo y activar un electroimán que provoque el golpeo.

  • Impresora matricial: construye los caracteres mediante una matriz de puntos por impacto. Van imprimiendo columna a columna hasta formar el carácter. Dependiendo del número de agujas (9 ó 24) se aumenta la calidad y la velocidad de impresión. Son muy útiles en entornos comerciales para hacer facturas.

  • Impresora de cinta: se trata de una impresora de impacto que utiliza una banda o cadena metálica circular que tiene grabados en relieve los caracteres. Además tiene unos martillos (tantos como letras hay en la línea). Su funcionamiento es: la cadena gira, desplazándose delante de los martillos, que de forma perfectamente síncrona golpean el carácter deseado al vuelo, cuando pasa por delante de él. Era lenta y de calidad alta.

  • Impresora de tambor: su funcionamiento es similar al anterior. En esta impresora se dispone de tantos martillos como caracteres haya. En el tambor están grabados en relieve todos los caracteres por cada una de las 132 posiciones de una línea. La selección del carácter se hace al vuelo, puesto que el tambor está girando continuamente.

  • Impresora térmica: se basa en el uso de papel termosensible, es decir, que cambia de color por efecto del calor. El cabezal de impresión está formado por elementos caloríficos, por lo que la impresión es similar a la de una de agujas. En la actualidad se usan impresiones térmicas que emplean cintas térmicas en lugar de papel térmico, es decir, el cabezal calienta la cinta, que deposita su tinte en el papel.

  • Impresora de chorro de tinta: generan un fino chorro de tinta pulverizado. Las gotitas de este chorro quedan cargadas de electricidad estática, por lo que pueden ser gobernadas en dirección por dos campos perpendiculares de forma similar a como se gobierna el cañón de electrones de un monitor CRT. Se caracterizan porque proporcionan una calidad de impresión elevada y una velocidad aceptable.

  • Impresora láser: su funcionamiento es similar a la fotocopiadora. Se encuentra formada por un tambor cuya superficie puede ser cargada con electricidad estática y de un láser que puede barrer toda la superficie. Al principio se carga toda la superficie del tambor y seguidamente con la luz láser se elimina esta carga estática en las zonas donde no se desea escribir. A continuación se expone a un polvo (tóner) que se pega en las zonas del tambor cargadas estáticamente. Este tóner pasa al papel al presionarlo sobre el tambor y finalmente es fijado sobre el papel mediante calor. Se caracteriza por su alta calidad de impresión y su elevada velocidad.

  • Pantallas.-

Es el dispositivo de salida más utilizado. Se trata de un CRT en cuyo interior hay una fuente de emisión de electrones. La dirección del haz es controlada por unas bobinas magnéticas de tal forma que para construir una imagen se hace recorrer el haz de electrones por la superficie interna del CRT línea a línea. Esta superficie está formada por material fosforescente que se ilumina cuando incide el haz.

  • Display.-

Se llama de esta forma a una amplia gama de dispositivos periféricos de salida de información visual de pequeña escala. Normalmente visualizan caracteres elementales. Dichos caracteres se encuentran formados por pequeñas unidades denominadas “módulos”. Por ejemplo es útil en ascensores.

5.5 Dispositivos de memoria auxiliar.-

Estos dispositivos de E/S nacieron para solventar los problemas de la memoria principal (volátil y de poca capacidad). Por tanto, se caracterizan por ser permanentes y de gran capacidad. Sin embargo la principal desventaja es su lentitud. Normalmente la información almacenada en la memoria auxiliar no se procesa directamente sino que es llevada a la memoria principal, donde sufre las alteraciones oportunas y es vuelta a grabar en el dispositivo auxiliar.

Fundamentos de la grabación magnética de la información: todos los dispositivos magnéticos utilizan la misma base para la grabación de la información. Por una parte se puede distinguir un soporte o substrato (de material duro, como el metal y flexible, como el plástico) y recubierto de una materia magnetizada (óxido de cromo). La información se almacena en pequeñas unidades denominadas celdas. En cada celda se almacena un único bit de información y que representa el valor de dicho bit por la presencia o ausencia del campo magnético y en otros casos por la polaridad del campo magnético. Las celdas se agrupan en pistas. La información se puede leer o escribir tantas veces como se quiera mediante operaciones que consisten en crear y/o destruir el campo magnético. La lectura o escritura de una celda se realiza situando cerca una cabeza de lectura/escritura que se encuentra formada por pequeños electroimanes. Para grabar un bit se hace circular por la cabeza una corriente adecuada que induce un campo magnético que magnetiza la celda. La lectura es una operación simétrica (el campo magnético de la celda induce una corriente en la cabeza de lectura). El tiempo de acceso a la información en la memoria principal es constante; sin embargo, en la memoria auxiliar no es así. Normalmente este tiempo depende de la posición física de dicha información y del estado del dispositivo. Por esta razón cuando se habla de estos dispositivos se especifica el tiempo de acceso. Existen dos estrategias para acceder a esta información:

  • Secuencial: la información se lee y se trata en el mismo orden que en el que se encuentra almacenada en el dispositivo (cinta).

  • Directo o aleatorio: el orden en el que se procesa la información no coincide con el almacenamiento. Requiere de una cabeza de lectura/escritura que se desplace cada vez que se va a tratar un elemento consumiendo un tiempo de búsqueda y posicionamiento.

  • Tambores magnéticos.-

Fueron usados como dispositivos de almacenamiento de información en los años 60. Se encontraba formado por un cilindro recubierto de un material magnetizable (Fe2O3). Las celdas de almacenamiento se colocaban en la superficie, formando circunferencias denominadas pistas. El tambor giraba en el eje vertical a velocidad uniforme. Existían dos tipos: aquellos que tenían una cabeza de lectura/escritura para cada pista (cabeza fija) y los que tenían una única cabeza que se desplazaba por cada pista.

  • Discos magnéticos.-

Son dispositivos de almacenamiento de información útiles actualmente. Su principal ventaja es la rapidez y su acceso es directo y/o secuencial. La principal desventaja con la cinta es que ésta última es más barata y tiene menor capacidad.

Estructuración lógica de los discos: un disco magnético es un círculo de un material duro (metal) y flexible (plástico) recubierto de un material magnetizable. La información se almacena en celdas, agrupadas en pistas concéntricas al disco. El disco se encuentra dividido en sectores. Evidentemente los sectores de las pistas exteriores tienen mayor longitud, pero sin embargo almacenan la misma cantidad de información (celdas). Esto se consigue variando la densidad de grabación (se mide en bit/pulgada). La unidad básica de lectura es el sector o bloque. Dependiendo del tipo de disco podemos encontrar una única cabeza para todo el disco o una cabeza para cada pista. En el primer caso se tiene que utilizar una cabeza móvil que se desplace mediante un brazo.

Localización y tiempo de acceso a la información: el acceso a los datos almacenados se realiza específicamente en la localización del mismo. Esto se realiza mediante varios parámetros (número de unidad de disco, número de superficie, número de pista y número de sector). Una vez especificados estos parámetros el brazo del disco y superficie adecuado se sitúa sobre la pista produciendo la lectura de la información. El tiempo consumido hasta este punto se denomina “de búsqueda”. Una vez localizada la pista el disco debe girar hasta situarse en el sector adecuado (tiempo de espera o latencia). El tiempo de espera se suele expresar en formato de tiempo medio de espera y es igual al tiempo que tarda el disco en dar media vuelta. Supongamos que un disco gira a 3600 rpm. Calcular su tiempo de latencia:

Procesamiento Digital de Señales Tema 5: Periféricos

51