ADMINISTRACIÓN DE

ENTRADA/ SALIDA

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE TAMAZUNCHALE

El sistema de entrada y salida es la parte del S.O. encargada de la administración de los dispositivos de E/S.

Comprende tanto la transferencia entre diversos niveles de la memoria como la comunicación con los periféricos.

CONCEPTOS BASICOS DE E/S

Este sistema proporciona un

medio para tratar los archivos y

dispositivos de manera uniforme,

actuando como interfaz entre los

usuarios y los dispositivos de e/s

que pueden ser manipulados por

ordenes de alto nivel.

Facilitar el manejo de los dispositivos periféricos. Para ello debe ofrecer una interfaz entre los dispositivos y el resto del sistema que sea sencilla y fácil de utilizar.

Optimizar la E/S del sistema, proporcionando mecanismos de incremento de prestaciones donde sea necesario.

El SO debe controlar el funcionamiento de todos los dispositivos de E/S para alcanzar los siguientes objetivos:

Proporcionar dispositivos virtuales que permitan conectar cualquier tipo de dispositivos físicos sin que sea necesario remodelar el sistema de E/S del SO.

Permitir la conexión de dispositivos nuevos de E/S, solventando de forma automática su instalación usando mecanismos del tipo plug & play.

4.1 DISPOSITIVOS Y MANEJADORES DE DISPOSITIVOS

(DEVICE DRIVERS)

DISPOSITIVOS DE E/S

Todos los dispositivos de E/S se pueden agrupar en tres grandes grupos:

Dispositivos de interfaz de usuario. Dispositivos de almacenamiento. Dispositivos de comunicaciones.

DISPOSITIVOS DE INTERFAZ DE USUARIO

Se llama así a los dispositivos que permiten la comunicación entre los usuarios y la computadora. Dentro de este grupo se incluyen todos los dispositivos que sirven para proporcionar interfaz con el usuario, tanto para entrada (ratón, teclado, etc.) como para salida (impresoras, pantalla, etc.).

DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO

Se usan para proporcionar almacenamiento no volátil de datos y memoria. Su función primordial es abastecer de datos y almacenamiento a los programas que se ejecutan en la CPU.

DISPOSITIVOS DE COMUNICACIONES

Permiten conectar a la computadora con otras computadoras a través de una red. Los dos tipos de dispositivos más importantes de esta clase son los módem, para comunicación vía red telefónica, y las tarjetas de interfaz a la red, para conectar la computadora a una red de área local.

MANEJADORES DE DISPOSITIVOS (DEVICE DRIVERS)

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.

Un controlador de dispositivo (llamado normalmente controlador, o, en inglés, driver) es un programa informático que permite al sistema operativo interactuar con un periférico.

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.

PUERTOS DE E/SEl controlador contiene una serie de registros llamados puertos de entrada/salida. Estos registros son accesibles (pueden ser leídos y modificados) mediante la ejecución de instrucciones máquina. Las operaciones de E/S se realizan a través de la carga y lectura de estos registros. Casi todo controlador dispone de los siguientes registros:

Registros De Estado Registro De OrdenesBuffer

REGISTROS DE ORDENESEn este registro se escribe la operación de E/S que se desea que realice el dispositivo.

REGISTROS DE ESTADOIndica la situación actual del dispositivo (ocupado o desocupado).

BUFFERUn buffer es un almacén de información. El buffer del controlador se utiliza para guardar temporalmente los datos implicados en una operación de E/S.

Los controladores de dispositivo se suelen agrupar en alguna de las siguientes categorías o clases:

Adaptadores de audio (tarjetas de sonido). Dispositivos de comunicación (infrarrojos, módems, etc). Dispositivos de visualización; pantallas (displays). Teclados. Ratón (“mouse” y otros señaladores gráficos). Dispositivos multimedia. Dispositivos de Red. Impresoras. Almacenamiento

4.2 MECANISMOS Y FUNCIONES DE LOS MANEJADORES DE

DISPOSITIVOS (DEVICE DRIVERS)

Los manejadores de dispositivo (device drivers) se comunican directamente con los dispositivos o sus controladores o canales.

Los manejadores de dispositivos tienen la función de comenzar las operaciones de E/S en un dispositivo y procesar la terminación de una solicitud de E/S.

El sistema de archivos básico trata con bloques de datos que son los que se intercambian con los discos o cintas. Ubica estos bloques en el almacenamiento secundario o en el intermedio en memoria principal

El supervisor básico de E/s se responsabiliza de iniciar y terminar la E/s con archivos.Selecciona el dispositivo donde se realizará la E/S, según el archivo seleccionado. Planifica los accesos a disco y cinta, asigna los buffers de E/S y reserva la memoria secundaria

La E/S lógica tiene la función de permitir a los usuarios y aplicaciones acceder a los registros.

El método de acceso es el nivel mas cercano al usuario, proporcionando una interfaz entre las aplicaciones y los archivos.

4.3 ESTRUCTURAS DE

DATOS PARA MANEJO DE

DISPOSITIVOS.

Estructura de datos para manejo de dispositivos

Los procesos de usuario emiten peticiones de entrada/salida al sistema operativo. Cuando un proceso solicita una operación de E/S, el sistema operativo prepara dicha operación y bloquea al proceso hasta que se recibe una interrupción del controlador del dispositivo indicando que la operación está completa.

En el manejo de los dispositivos de E/S es necesario, introducir dos nuevos términos:

BUFFERING(uso de memoria intermedia).

Trata de mantener ocupados tanto la CPU como los dispositivos de E/S. Los datos se leen y se almacenan en un buffer, una vez que los datos se han leído y la CPU va a iniciar inmediatamente la operación con ellos, el dispositivo de entrada es instruido para iniciar inmediatamente la siguiente lectura.

La CPU y el dispositivo de entrada permanecen ocupados. Cuando la CPU esté libre para el siguiente grupo de datos, el dispositivo de entrada habrá terminado de leerlos. La CPU podrá empezar el proceso de los últimos datos leídos, mientras el dispositivo de entrada iniciará la lectura de los datos siguientes.

SPOOLING

Esta forma de procesamiento se denomina spooling, utiliza el disco como un buffer muy grande para leer tan por delante como sea posible de los dispositivos de entrada y para almacenar los ficheros hasta que los dispositivos de salida sean capaces de aceptarlos.

Es una característica utilizada en la mayoría de los sistemas operativos.

4.4 OPERACIONES DE

ENTRADA/SALIDA

Tanto en la E/S programada como la basada en interrupciones, la CPU debe encargarse de la transferencia de datos una vez que sabe que hay datos disponibles en el controlador. Una mejora importante para incrementar la concurrencia entre la CPU y la E/S consiste en que el controlador del dispositivo se pueda encargar de efectuar la transferencia de datos. Esta técnica se denomina acceso directo a memoria (DMA, Direct Memory Access).

ACCESO DIRECTO A MEMORIA (DMA)

Este dispositivo permite la transferencia directa de información entre la memoria y los periféricos o viceversa, sin requerir intervención alguna por parte del procesador.

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.

OPERACIONES DE E/S

Existen varias operaciones, las más importantes son las siguientes:

LecturaEl canal transfiere a memoria principal un bloque de palabras de tamaño especificado en el campo numero de palabras, en orden ascendente de direcciones, empezando en la dirección especificada en el campo dirección del dato.

EscrituraEl canal transfiere datos de memoria principal al dispositivo. Las palabras se transfieren en el mismo orden que en la operación de lectura.

Control se utiliza esta orden para enviar instrucciones específicas al dispositivo de E/S, como rebobinar una cinta magnética, etc. .

BifurcaciónCumple en el programa de canal la misma función que una instrucción de salto en un programa normal.