Entrada / Salida

Entrada / Salida

1. Introducción

2. Principios del Hardware de E / S

1. Dispositivos de E / S

2. Controladores de Dispositivos

3. Acceso Directo a Memoria (DMA)

3. Principios del Software de E / S

1. Objetivos del Software de E / S

2. Manejadores de Interrupciones

3. Manejadores de Dispositivos

4. Software de E / S Independiente del Dispositivo

5. Software de E / S en el Espacio del Usuario

4. Discos - Hardware Para Discos

1. Discos

2. Hardware Para Discos

5. Operación de Almacenamiento de Disco de Cabeza Móvil

6. Algoritmos de Programación del Brazo del Disco

7. Porqué es Necesaria la Planificación de Discos

8. Características Deseables de las Políticas de Planificación de Discos

9. Optimización de la Búsqueda en Discos

1. Planificación FCFS (Primero en Llegar, Primero en Ser Servido)

2. Planificación SSTF (Menor Tiempo de Búsqueda Primero)

3. Planificación SCAN

4. Planificación SCAN de N - Pasos

5. Planificación C - SCAN (Búsqueda Circular)

6. Esquema Eschenbach

7. Conclusiones

10. Optimización Rotacional en Discos

11. Consideraciones de los Discos Sobre los Sistemas

12. Manejo de Errores en Discos

13. Ocultamiento de Una Pista a la Vez en Discos

14. Discos en RAM

15. Relojes

16. Terminales

17. Fin

Introducción

Una de las funciones principales de un S. O. es el control de todos los dispositivos de e / s de la computadora.

Las principales funciones relacionadas son:

• Enviar comandos a los dispositivos.

• Detectar las interrupciones.

• Controlar los errores.

• Proporcionar una interfaz entre los dispositivos y el resto del sistema:

• Debe ser sencilla y fácil de usar.

• Debe ser la misma (preferentemente) para todos los dispositivos (independencia del dispositivo).

El código de e / s representa una fracción significativa del S. O.

El uso inapropiado de los dispositivos de e / s frecuentemente genera ineficiencias del sistema, lo que afecta la performance global.

Principios del Hardware de E / S

El enfoque que se considerará tiene que ver con la interfaz que desde el hardware se presenta al software:

• Comandos que acepta el hardware.

• Funciones que realiza.

• Errores que puede informar.

Dispositivos de E / S

Pregunta: Los Dispositivos de E / S, en que categorías se pueden clasificar:

 De acción y entrada

 De cloque y entrada

 De Salida y caracter

 De bloque y caracter

 Ninguno de los anteriores

Se pueden clasificar en dos grandes categorías:

• Dispositivos de bloque.

• Dispositivos de caracter.

Pregunta: Una de las principales características de los dispositivos de bloque es:

 La información se transfiere como un flujo de caracteres.

 Cada uno tiene su propia dirección. 

 No se pueden utilizar direcciones.

 Ninguna de las anteriores.

Las principales características de los dispositivos de bloque son:

• La información se almacena en bloques de tamaño fijo.

• Cada bloque tiene su propia dirección.

• Los tamaños más comunes de los bloques van desde los 128 bytes hasta los 1.024 bytes.

• Se puede leer o escribir en un bloque de forma independiente de los demás, en cualquier momento.

• Un ejemplo típico de dispositivos de bloque son los discos.

Las principales características de los dispositivos de caracter son:

• La información se transfiere como un flujo de caracteres, sin sujetarse a una estructura de bloques.

• No se pueden utilizar direcciones.

• No tienen una operación de búsqueda.

• Un ejemplos típico de dispositivos de caracter son las impresoras de línea, terminales, interfaces de una red, ratones, etc.

Algunos dispositivos no se ajustan a este esquema de clasificación, por ejemplo los relojes, que no tienen direcciones por medio de bloques y no generan o aceptan flujos de caracteres.

El sistema de archivos solo trabaja con dispositivos de bloque abstractos, por lo que encarga la parte dependiente del dispositivo a un software de menor nivel, el software manejador del dispositivo.

Controladores de Dispositivos

Pregunta: Las unidades de e / s generalmente constan de un componente mecánico y un componente electrónico?. Verdadero

Las unidades de e / s generalmente constan de:

• Un componente mecánico.

• Un componente electrónico, el controlador del dispositivo o adaptador.

Muchos controladores pueden manejar más de un dispositivo.

El S. O. generalmente trabaja con el controlador y no con el dispositivo.

Los modelos más frecuentes de comunicación entre la cpu y los controladores son:

• Para la mayoría de las micro y mini computadoras:

• Modelo de bus del sistema.

• Para la mayoría de los mainframes:

• Modelo de varios buses y computadoras especializadas en e / s llamadas canales de e / s.

La interfaz entre el controlador y el dispositivo es con frecuencia de muy bajo nivel:

• La comunicación es mediante un flujo de bits en serie que:

• Comienza con un preámbulo.

• Sigue con una serie de bits (de un sector de disco, por ej.).

• Concluye con una suma para verificación o un código corrector de errores.

• El preámbulo:

• Se escribe al dar formato al disco.

• Contiene el número de cilindro y sector, el tamaño de sector y otros datos similares.

El controlador debe:

• Convertir el flujo de bits en serie en un bloque de bytes.

• Efectuar cualquier corrección de errores necesaria.

• Copiar el bloque en la memoria principal.

Cada controlador posee registros que utiliza para comunicarse con la cpu:

• Pueden ser parte del espacio normal de direcciones de la memoria: e / s mapeada a memoria.

• Pueden utilizar un espacio de direcciones especial para la e / s, asignando a cada controlador una parte de él.

El S. O. realiza la e / s al escribir comandos en los registros de los controladores; los parámetros de los comandos también se cargan en los registros de los controladores.

Al aceptar el comando, la cpu puede dejar al controlador y dedicarse a otro trabajo.

Al terminar el comando, el controlador provoca una interrupción para permitir que el S. O.:

• Obtenga el control de la cpu.

• Verifique los resultados de la operación.

La cpu obtiene los resultados y el estado del dispositivo al leer uno o más bytes de información de los registros del controlador.

Ejemplos de controladores, sus direcciones de e / s y sus vectores de interrupción en la PC IBM pueden verse en la Tabla 5.1.

Controlador de e / s Dirección de e / s Vector de interrupciones

Reloj 040 - 043 8

Teclado 060 - 063 9

Disco duro 320 - 32f 13

Impresora 378 - 37f 15

Disco flexible 3f0 - 3f7 14

Rs232 primario 3f8 - 3ff 12

Rs232 secundario 2f8 - 2ff 11

Tabla 5.1: Controladores de e / s, direcciones de e / s y vector de interrupciones.

Acceso Directo a Memoria (DMA)

Muchos controladores, especialmente los correspondientes a dispositivos de bloque, permiten el DMA.

Si se lee el disco sin DMA:

• El controlador lee en serie el bloque (uno o más sectores) de la unidad:

• La lectura es bit por bit.

• Los bits del bloque se graban en el buffer interno del controlador.

• Se calcula la suma de verificación para corroborar que no existen errores de lectura.

• El controlador provoca una interrupción.

• El S. O. lee el bloque del disco por medio del buffer del controlador:

• La lectura es por byte o palabra a la vez.

• En cada iteración de este ciclo se lee un byte o una palabra del registro del controlador y se almacena en memoria.

• Se desperdicia tiempo de la cpu.

DMA se ideó para liberar a la cpu de este trabajo de bajo nivel.

La cpu le proporciona al controlador:

• La dirección del bloque en el disco.

• La dirección en memoria adonde debe ir el bloque.

• El número de bytes por transferir.

Luego de que el controlador leyó todo el bloque del dispositivo a su buffer y de que corroboró la suma de verificación:

• Copia el primer byte o palabra a la memoria principal.

• Lo hace en la dirección especificada por medio de la dirección de memoria de DMA.

• Incrementa la dirección DMA y decrementa el contador DMA en el número de bytes que acaba de transferir.

• Se repite este proceso hasta que el contador se anula y por lo tanto el controlador provoca una interrupción.

• Al iniciar su ejecución el S. O. luego de la interrupción provocada, no debe copiar el bloque en la memoria, porque ya se encuentra ahí (ver Figura 5.1).

El controlador necesita un buffer interno porque una vez iniciada una transferencia del disco:

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