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PIOTodos 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. DMALa 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 masterEl 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
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. BIOSTodas 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 RAMMotherboards 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. EFIThe 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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