Gerencia De Entrada Y Salida

GERENCIA DE ENTRADA Y SALIDA

Una de las principales funciones de un Sistema Operativo es la de controlar todos los dispositivos de entrada y salida, ya que en un computador gran parte de su utilidad en la capacidad de recibir y transmitir información desde o hacia el exterior. El SO debe enviar comandos a los dispositivos, atender las interrupciones y gestionar los errores, también debe proporcionar una interfaz entre los dispositivos y el resto del sistema que sea sencilla y fácil de utilizar.

1. FUNDAMENTOS DE HARDWARE Y SOFTWARE

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.

1.1. DISPOSITIVOS DE E/S

Se pueden clasificar en dos grandes categorías:

• Dispositivos de bloque.

• Dispositivos de caracter.

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 ejemplo 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.

1.2. CONTROLADORES DE DISPOSITIVOS

Un controlador de E/S es el modulo del computador responsable del control de uno o más dispositivos externos y del intercambio de datos entre dichos periféricos con la memoria principal o con los registros de la CPU.

Las unidades de E/S constan normalmente de dos componentes en general uno mecánico y otro electrónico.

-El componente electrónico se denomina controlador del dispositivo o adaptador.

-El componente mecánico es el dispositivo mismo.

Las principales funciones de un controlador de E/S pertenecen a una de las siguientes categorías:

• Control y temporización

• Comunicación con la CPU

• Comunicación con el dispositivo externo

• Almacenamiento temporal de datos

• Detección de errores

Figura 1: Esquema de controladores de dispositivos conectados al bus de sistema

2. ESTRUCTURA DEL SISTEMA DE E/S

La CPU además de comunicarse con la unidad de E/S también debe hacerlo con la unidad de memoria. La forma de realizar esta comunicación es mediante buses que contienen líneas de dirección, de datos y de control.

Hay tres maneras de utilizar el bus para interconectar la CPU con la memoria y con la unidad de E/S.

1- Utilizar dos buses independientes, uno para la memoria y otro para el sistema de la E/S.

2- Utilizar un bus común para la memoria y el sistema de E/S, pero con líneas de control independientes para cada uno.

3- Utilizar un único bus con líneas de control también comunes.

En el primer método el computador tiene dos conjuntos de líneas de datos, dirección y control independiente, uno para acceder a la memoria (bus del sistema) y otro para acceder al sistema de E/S (bus de E/S). Esta estrategia se emplea en aquellos computadores que, además de la CPU, dispone de un procesador de E/S (PE/S).

La memoria se comunica tanto con la CPU como con el PE/S por el bus del sistema. El PE/S también se comunica con los dispositivos de E/S a través de un bus de E/S independiente con sus propias líneas de datos, dirección y control, al que se conecta los controladores de E/S.

Esta configuración se puede generalizar permitiendo la existencia de más de un PE/S.

Otra denominación del PE/S es la de canal. Los otros dos métodos en los que la CPU, la unidad de memoria y la unidad de E/S comparten un bus común, corresponden a dos mecanismos diferentes de direccionamiento de los periféricos conocidos como:

-E/S aislada

-E/S localizada en memoria

Figura 2: Estructura de un sistema con PE/S

3. CONTROLADORES DE DISPOSITIVO

• Las unidades de E/S tienen una parte mecánica que es el propio dispositivo y otra electrónica que se llama controlador del dispositivo y actúa como intermediario entre la computadora y los dispositivos.

• Las funciones que realiza el controlador y el periférico dependen de cada tipo de dispositivo.

• El controlador convierte el flujo de bits en serie transmitidos desde un dispositivo en un bloque de bytes para la CPU y realizar las correcciones de los errores que se puedan cometer en la transmisión.

• El controlador dispone de tres capas funcionales: La interfaz del bus, el controlador y la interfaz del dispositivo.

4. PUERTOS DE E/S

La capa intermedia del controlador se forma a través de registros dedicados, estos registros se denominan puertos de E/S.

Las funciones más importantes en estos puertos son:

• Registro de entrada

• Registro de Salida

• Registro de Estados

• Registro de Ordenes

5. ACCESO DIRECTO A MEMORIA

Este dispositivo permite la transferencia directa de información entre la memoria y los periféricos o viceversa, sin necesidad de ningún canal de intercambio.

El DMA necesita:

1- Registro: almacena la dirección de memoria desde donde se produce la transferencia.

2- Registro contador: guarda la longitud de bloque a transferir.

3- Bits: indica si la operación es de lectura o escritura.

4- Bloque de control: controla el funcionamiento del sistema.

Existen 3 tipos de transferencia para el máximo aprovechamiento del bus:

1- Por ráfagas: el DMA toma el control del bus y no lo suelta hasta terminar la transferencia.

2- Por robo de ciclo: el DMA toma el bus durante un ciclo enviando una palabra cada vez.

3- Transparente: se aprovechan los ciclos en que el procesador no usa el bus

6. CANALES DE E/S

• Un canal es un microprocesador especializado en las operaciones de E/S

• Posee una palabra de estado que contiene un contador e indicadores del estado de la operación que está realizando.

• El programa que lo administra dispone de una serie de comandos, en donde cada uno tiene una función sencilla. Este programa es controlado y preparado por el procesador central.

7. PRINCIPIOS DE SOFTWARE DE E/S

Consiste en organizar el software como una serie de estratos que oculten las características del hardware y presente una interfaz sencilla a los usuarios.

Es importante resaltar la independencia del dispositivo, el control de errores, y los dispositivos con solo un propósito y dispositivos compartibles por varios usuarios al mismo tiempo.

Para lograr esto el software se estructura en 4 niveles:

• Manejadores de interrupciones.

• Manejadores de dispositivos.

• Software de E/S independiente del dispositivo

• Software del usuario.

8. E/S PROGRAMADA

Los datos se intercambian entre el CPU y el módulo de E/S. El CPU ejecuta un programa que controla directamente la operación de E/S, incluyendo la comprobación del estado del dispositivo, el envío de la orden de lectura o escritura y la transferencia del dato. Cuando el CPU envía la orden debe esperar hasta que la operación de E/S concluya. Si el CPU es más rápido, éste estará ocioso. El CPU es el responsable de comprobar periódicamente el estado del módulo de E/S hasta que encuentre que la operación ha finalizado.

Normalmente habrá muchos dispositivos de E/S conectados al sistema a través de los módulos de E/S. Cada dispositivo tiene asociado un identificador o dirección. Cuando el CPU envía una orden de E/S, la orden contiene la dirección del dispositivo deseado.

9. INTERRUPCIÓN

Interrupción (también conocida como interrupción de hardware o petición de interrupción) es una señal recibida por el procesador de un ordenador, indicando que debe "interrumpir" el curso de ejecución actual y pasar a ejecutar código específico para tratar esta

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