Sistemas Operativos ENTRADA SALIDA

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Sistemas Operativos ENTRADA / SALIDA
IIC 2332 Semestre 2004-I Domingo Mery
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Sistemas Operativos
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E/S
Funciones

• Principales funciones de un sistema operativo al
  manejar dispositivos de entrada/salida (E/S)
• comunicarse con los dispositivos
• manejar interrupciones
• manejar errores
• proporcionar interfaz sencilla y fácil de usar
• tratar de generalizar interfaz independiente del
  dispositivo
• (ej. diskettes, disco duro, CD-ROM).

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E/S
Clasificaciones
Clasificación de los dispositivos E/S
Stallings 1. Dispositivos legibles por los
humanos apropiados para la comunicación con el
usuario (mouse, teclado, monitor, impresora) 2.
Dispositivos legibles por máquina adecuados para
comunicarse con equipos electrónicos (discos,
cintas) 3. Dispositivos de comunicaciones
apropiados para comunicarse con dispositivos
lejanos (modem, tarjeta Ethernet).
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E/S
Clasificaciones

• Diferencias de los dispositivos E/S
• Aplicaciones (ej disco que almacena archivos,
  disco que almacena páginas de memoria virtual)
• Complejidad del control (ej impresora vs. disco)
• Unidad de transferencia (bytes o bloques)
• Representación de los errores (check sum,
  codificación)
• Condiciones de error (cómo y qué se informa)
• Velocidad de los datos (diferencia en varios
  órdenes de magnitud)

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E/S
Clasificaciones
Tarjeta posteruir Sun Gigaplane XB Bus PCI
1010 1011
1012
Velocidades de datos de dispositivos
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E/S
Clasificaciones
Velocidades de datos de dispositivos
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E/S
Clasificaciones

• Clasificación de los dispositivos E/S
  Tanenbaum
• Dispositivos de bloques dispositivos que
  almacenan la información en bloques de tamaño
  fijo (discos)
• Dispositivos de caracteres maneja la información
  mediante un flujo de caracteres sin
  estructurarlos en bloques (mouse, teclado,
  impresora)

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E/S
Clasificaciones

• Existen tres técnicas para realizar la E/S
• E/S programada
• E/S dirigida por interrupciones
• E/S por acceso directo a la memoria

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E/S
Clasificaciones
E/S programada El dispositivo E/S realiza la
acción (no la CPU) colocando los bits necesarios
en sus registros de status. No hay
interrupciones. La CPU chequea los bits de
status continuamente.
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E/S
Clasificaciones
E/S programada
Ej Pasos para la impresión de una cadena
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E/S
Clasificaciones
E/S dirigida por interrupciones La CPU es
interrumpida cuando el dispositivo E/S está listo
para intercambiar datos La CPU esta libre entre
la solicitud de datos e interrupción No hay
necesidad de esperar Consume mucha CPU ya que
cada byte leído/escrito pasa por la CPU
desde/hacia la memoria
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E/S
Clasificaciones
E/S dirigida por interrupciones
Pasos que ocurren cuando un E/S terminó su tarea
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E/S
Clasificaciones

• Interrupción precisa (definición)
• El contador de programa (PC) se guarda en un
  lugar conocido.
• Todas las instrucciones previas a aquella a la
  que apunta PC ya se ejecutaron por completo.
• No se ha ejecutado ninguna instrucción posterior
  a aquella a la que apunta PC.
• Se conoce (y se guarda en un lugar conocido) el
  estado de ejecución de la instrucción a la que
  apunta PC.

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E/S
Clasificaciones

• Interrupción precisa (definición)
• El contador de programa (PC) se guarda en un
  lugar conocido.
• Todas las instrucciones previas a aquella a la
  que apunta PC ya se ejecutaron por completo.
• No se ha ejecutado ninguna instrucción posterior
  a aquella a la que apunta PC.
• Se conoce (y se guarda en un lugar conocido) el
  estado de ejecución de la instrucción a la que
  apunta PC.

Una interrupción que no cumple con estos
requisitos es una interrupción imprecisa y hace
muy difícil el diseño de un sistema operativo,
pues se debe determinar que ha sucedido y que aún
no ha sucedido cuando se interrumpe.
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E/S
Clasificaciones
E/S con acceso directo a memoria Transfiere un
bloque de datos directamente hacia/desde la
memoria Se envía una interrupción cuando los
datos fueron transferidos La CPU sólo participa
al inicio y al final de la acción
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E/S
Clasificaciones
E/S con acceso directo a memoria
Funcionamiento de una transferencia por DMA
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E/S
Clasificaciones
E/S con acceso directo a memoria
DMA con un solo bus
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E/S
Clasificaciones
E/S con acceso directo a memoria
DMA con buses independientes
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E/S
Clasificaciones
E/S con acceso directo a memoria
DMA con bus E/S
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E/S
Diseño

• Objetivos del diseño
• 1. Eficiencia
• La mayoría de los dispositivos son muy lentos en
  comparación con la memoria y la CPU.
• Se usa multiprogramación para aprovechar los
  tiempos de espera.
• Intercambio se usa para introducir más procesos
  listos para la ejecución.
• El principal esfuerzo en el diseño de E/S ha sido
  crear esquemas que mejoren su eficiencia.
• El área que ha recibido más atención ha sido el
  disco duro, su rapidez no ha evolucionado de la
  misma manera que la velocidad de las CPUs y
  memorias.

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E/S
Diseño

• Objetivos del diseño
• 2. Generalidad
• Se desea que se gestionen todos los dispositivos
  de una manera uniforme
• Así se oculta la mayoría de detalles de la E/S
  con en rutinas de bajo nivel, de forma que los
  procesos contemplen los dispositivos en términos
  de funciones generales (leer, escribir, abrir,
  cerrar, etc.)

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E/S
Evolución

• Evolución de las funciones E/S (parte I)
• El procesador controla directamente los
  dispositivos periféricos.
• Se añade una controladora del dispositivo de E/S.
  La CPU utiliza E/S programada.
• Se incorporan interrupciones.
• La controladora recibe el control directo del
  DMA, se transfieren datos hacia/desde la memoria
  sin usar CPU.

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E/S
Evolución

• Evolución de las funciones E/S (parte II)
• La controladora posee un procesador separado con
  un conjunto de instrucciones especializadas para
  E/S. La CPU central le ordena al procesador de
  E/S la ejecución de un programa de E/S en la
  memoria principal.
• La controladora E/S posee adicionalmente su
  propia memoria local. La controladora es un
  computador independiente.

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E/S
Hardware
Controladoras de dispositivos Los dispositivos
de E/S tienen componentes - mecánicos -
electrónicos El componente electrónico se
denomina - controladora de dispositivo o -
adaptador de dispositivo ( device
controller) Muchas veces la controladora es
capaz de manejar múltiples dispositivos
idénticos. Muchas veces la controladora adopta
un estándar (discos IDE o SCSI)
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E/S
Hardware

• Funciones típicas de las controladoras de
  dispositivos
• Convertir un flujo de bits en serie en un bloque
  de bytes
• Corregir errores si es posible
• Copiar datos a la memoria principal

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E/S
Hardware
Controladora de dispositivos La controladora
tiene registros que le sirven para comunicarse
con la CPU. Al escribir - para suministrar
datos - para leer datos - encender o apagar
dispositivo - etc. Al leer - para averiguar
el estado del dispositivo Además la controladora
por lo general tiene un búfer.
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E/S
Hardware
Manejo de los registros
a) Espacio de E/S y de memoria aparte
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E/S
Hardware
Manejo de los registros
b) E/S con correspondencia en memoria
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E/S
Hardware
Manejo de los registros
c) híbrido
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