Capítulo I Gestión de E/S 1.- Gestión de E/S 2.- Hardware de E/S 3.- Software de E/S.

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1 Capítulo I Gestión de E/S 1.- Gestión de E/S 2.- Hardware de E/S 3.- Software de E/S

2 1. Gestión de E/S Una de las principales funciones del S.O. es administrar los dispositivos de E/S de la computadora, proporcionando una interfaz sencilla y fácil de usar entre los dispositivos y el resto del sistema. En la medida de lo posible, la interfaz deberá ser la misma para todos los dispositivos (independiente del dispositivo).

3 2. Hardware de E/S Los dispositivos de E/S pueden dividirse en dos categorías: Dispositivos de bloques y de caracteres Dispositivos de bloques: Almacena su información en bloques de tamaño fijo, cada uno con su propia dirección, Los tamaños varían desde 512 bytes hasta 32768 bytes. La propiedad fundamental consiste en que es posible leer o escribir cada bloque con independencia de todos los demás. Los discos duros son los mas comunes.

4 2. Hardware de E/S Dispositivos de caracteres: Estos dispositivos suministran o aceptan un flujo de caracteres sin estructurarlos en bloques, no es direccionable y no tiene una operación de desplazamiento. Tenemos impresoras, ratones, etc. Existen además otros dispositivos como los relojes que no son direccionables por bloques pero tampoco aceptan o generan flujo de caracteres y lo único que hacen es generar interrupciones a intervalos de tiempo bien definidos.

5 2. Hardware de E/S Los dispositivos tienen velocidades totalmente diferentes, lo cual obliga al software de E/S a tener un buen desempeño dentro de las tasas de datos que cubren varios ordenes de magnitud. Ejm: Tasa de datos Teclado 10bytes/s Ratón 100bytes/s Módem de 56K 7Kb/s Impresora láser 100Kb/s USB 1.5 Mb/s CD ROM 40X 6 Mb/s Bus ISA 16.7Mb/s Bus PCI 528Mb/s

6 2. Hardware de E/S Controladoras de dispositivos: Las unidades de E/S por lo regular constan de un dispositivo mecánico y uno electrónico, éste último se denomina controladora o adaptador de dispositivo. En las PC´s suele adoptar la forma de una tarjeta de circuitos impresos que puede insertarse en una ranura de expansión. El componente mecánico es el dispositivo mismo.

7 2. Hardware de E/S Controladoras de dispositivos: CPUMemoria Controladora de Vídeo Controladora de Impresora Controladora de disquete Controladora de disco duro bus

8 2. Hardware de E/S Controladoras de dispositivos: La tarea de la controladora consiste en convertir el flujo de bits en serie en un bloque de bytes y realizar la corrección de errores que sea necesaria. Lo normal es que primero se arme el bloque de bytes, bit por bit, en un búfer dentro de la controladora, una vez que se comprueba su suma de verificación (código para corrección de errores) y se le declara sin errores puede copiarse en la memoria principal.

9 2. Hardware de E/S E/S con correspondencia en memoria Cada controladora tiene algunos registros para comunicarse con la CPU, al escribir en estos registros el S.O puede ordenar al dispositivo que suministre o acepte datos, se encienda o apague así mismo o realice otra acción. Además de los registros de control muchos dispositivos tienen un búfer de datos que el S.O puede leer y escribir.

10 2. Hardware de E/S E/S con correspondencia en memoria La forma como se comunica la CPU con los registros de control y el búfer de datos de los dispositivos se realiza de la siguiente manera: Con los registros de control, a cada registro se le asigna un número de puerto de E/S que es número entero de 8 o 16 bits, utilizando una instrucción como: IN REG, PUERTO La CPU puede leer del registro de control PUERTO y almacenar el resultado en su registro interno REG.

11 2. Hardware de E/S E/S con correspondencia en memoria Dos espacios de direcciones Un espacio de direcciones Dos espacios de direcciones Memoria Puertos de E/S 0 0xFF.. Espacios de E/S y de memoria aparte E/S con correspondencia en memoria Híbrido

12 2. Hardware de E/S Acceso Directo a Memoria (DMA)La CPU puede solicitar datos a una controladora de E/S, byte por byte pero ello obliga a la CPU a perder tiempo, por eso es común utilizar un esquema distinto llamado DMA. El S.O. puede usar DMA si el hardware tiene una controladora DMA. Cada dispositivo puede tener su controladora DMA, pero es mas común una sola DMA integrada a la placa matriz para regular las transferencias a múltiples dispositivos, a menudo de manera concurrente.

13 2. Hardware de E/S Funcionamiento de una transferencia por DMA 1.- La CPU Programa la controladora DMA CPU Controladora DMA Controladora de disco Memoria principal Dirección Cuenta Control Unidad de disco Búfer Bus Interrumpir Al terminar 2.-DMA solicita transferencia a memoria 3.-Se Transfieren datos 4.-Acuse (Ack)

14 3. Software de E/S Uno de los objetivos del software de E/S es mantener la independencia del dispositivo, lo cual significa que debe ser posible escribir programas capaces de acceder a cualquier dispositivo de E/S sin especificar por adelantado de que dispositivo se trata. Por ejemplo un programa que lee un archivo como entrada deberá poder leerlo de un disco flexible, de un disco duro o de un CD-ROM.

15 3. Software de E/S Metas del software de E/S Independencia del dispositivo.Independencia del dispositivo. Mantener el nombre de un archivo o dispositivo como una cadena o un entero y no depender en absoluto del dispositivo. (Nombres uniformes)Mantener el nombre de un archivo o dispositivo como una cadena o un entero y no depender en absoluto del dispositivo. (Nombres uniformes) Manejo de erroresManejo de errores Manejar el uso de búferesManejar el uso de búferes

16 3. Software de E/S E/S con DMA Existen 3 formas distintas de efectuar E/S:Existen 3 formas distintas de efectuar E/S: a.- E/S programada: Deja que la CPU realice todo el trabajo. b.- E/S controlada por interrupciones. La CPU imprime carácter por carácter, controlado por interrupciones. c.- E/S con DMA

17 3. Software de E/S E/S con DMA Consiste en dejar que la controladora DMA alimente los caracteres uno por uno sin molestar a la CPU, dejándola libre para realizar otros procesos. Básicamente el DMA es E/S programada, solo que la controladora DMA es la que realiza todo el trabajo y no la CPU.

18 3. Software de E/S E/S con DMA Ejemplo: Código que se ejecuta cuando se efectúa la llamada al sistema para imprimir: copiar_de_usuario(buffer,p,cuenta); preparar_controladora_DMA(); calendarizador();

19 3. Software de E/S E/S con DMA Ejemplo: Procedimiento de servicio de interrupción: acusar_interrup(); desbloquear_usuario(); volver_de_interupción();

20 3. Software de E/S Capas del sistema de software de E/S Software de E/S en el nivel de usuario Soft. de S.O. independiente del dispositivo Manejadores de interrupciones Hardware Controladores de dispositivos

21 3. Software de E/S Controladores de dispositivos: Es el código que necesita cada dispositivo para realizar correctamente las funciones que tiene asignadas. Por lo general es escrito por el fabricante y se proporciona junto con el hardware. Debido a que cada sistema operativo necesita sus propios controladores, los fabricantes suelen proporcionar controladores para los sistemas operativos mas usados.

22 3. Software de E/S Para acceder al hardware del dispositivo, es decir, a los registros de la controladora, por lo general es necesario que el controlador forme parte del kernel del sistema operativo, al menos en los sistemas actuales.

23 3. Software de E/S Ubicación lógica de los controladores de dispositivos. Programa de usuario Resto del Sistema Operativo Cotrolador de impresora Cotrolador de ratón Cotrolador de CD-ROM Cotroladora de impresora Cotroladora de ratón Cotroladora de CD-ROM Dispositivo Espacio de usuario Espacio de Kernel Hardware Proceso usuario