Introducción

Esta investigación tiene como la finalidad de conocer acerca de los dispositivos de

entrada y salida que existen en una computadora, las cuales son una de las

principales funciones de un sistema operativo.

También se mostraran los manejadores de dispositivos y las funciones de cada

uno de ellos y como está estructurado el manejo de datos de los dispositivos.

Unidad 4: Administración de entrada/salida

Conceptos básicos de e/s

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.

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 órdenes de alto nivel.

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

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.

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

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)

Manejadores de InterrupcionesLas interrupciones deben ocultarse en el S. O.:

Cada proceso que inicie una operación de e / s se bloquea hasta que termina la E/S y ocurra la interrupción.

El procedimiento de interrupción realiza lo necesario para desbloquear el proceso que lo inicio.

Manejadores de DispositivosTodo el código que depende de los dispositivos aparece en los manejadores de dispositivos.Cada controlador posee uno o más registros de dispositivos:

Se utilizan para darle los comandos. Los manejadores de dispositivos proveen estos comandos y verifican su

ejecución adecuada.

La labor de un manejador de dispositivos es la de: Aceptar las solicitudes abstractas que le hace el software independiente del

dispositivo. Verificar la ejecución de dichas solicitudes

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/S

El 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 Ordenes

Buffer

Registros de estado

Indica la situación actual del dispositivo (ocupado o desocupado).

Registros de órdenes

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

Buffer

Un 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 más cercano al usuario, proporcionando una interfaz entre las aplicaciones y los archivos.

Funciones de los manejadores de dispositivos 

Funciones generalmente realizadas por el software independiente del dispositivo:

Interfaz uniforme para los manejadores de dispositivos. Nombres de los dispositivos. Protección del dispositivo. Proporcionar un tamaño de bloque independiente del dispositivo. Uso de buffer. Asignación de espacio en los dispositivos por bloques. Asignación y liberación de los dispositivos de uso exclusivo. Informe de errores.

Las funciones básicas del software independiente del dispositivo son:

Efectuar las funciones de E/S comunes a todos los dispositivos. Proporcionar una interfaz uniforme del software a nivel usuario.

4.3 Estructuras 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:

Lectura

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

Escritura

El 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.

Bifurcación

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

Conclusión:

Como se ha podido observar existen muchos tipos de dispositivos y funciones que utiliza una computadora y son muy indispensables para poder interactuar con ella. A lo largo que va transcurriendo el tiempo, se ha demostrado que la tecnología avanza cada día más en busca de mejoras para la computadora, vemos como los equipos van modificando su diseño y descartando los dispositivos de entrada como lo es el mouse que ya no es necesario en las computadoras portátiles.

Referencias

Sistemas operativos. Aspectos internos y principios de diseño.

William Stalling