Universidad Nacional Experimental Del Táchira
Decanato De Docencia
Dpto. Ingeniería en Informática

Dispositivos de E/S

Código 0435607T

Sistema de E/S

Ofrece una visión lógica simplificada de dispositivos de E/S:

• Para otros componentes del SO: Ejemplo. el sistema de archivos.
• Para el usuario.

Objetivos

• Optimizar la E/S, implementando mecanismos para mejorar prestaciones.
• Facilitar el manejo de los dispositivos periféricos.
• Permitir conectar cualquier tipo de dispositivo físico sin remodelar el sistema operativo.
• Permitir conectar dispositivos solventando automáticamente su instalación (plug&play).

Caracterización de los Dispositivos de E/S

¿Cómo se ven los dispositivo de E/S?

• Los programadores: una caja negra que permite leer y escribir datos a través de una funcionalidad bien definida.
• Los fabricantes de dispositivos: instrumento muy complejo, cientos o miles de componentes electrónicos o electro-mecánicos.
• Los diseñadores de sistemas operativos: les interesa la funcionalidad, pero con gran detalle; la interfaz física y su comportamiento interno para poder optimizar el acceso.

Elementos del Sistema de Entrada / Salida

Periféricos o dispositivos de E/S

• Son el componente físico.
• Se conectan al computador a través del controlador de dispositivo.

Controladores de dispositivos

• Son el componente electrónico
• Se encargan de la transferencia de información entre la memoria principal y los periféricos
• Conectan el bus de la computadora con el dispositivo (generalmente mediante cables)

Controladores

Los estándares permiten usar un controlador para distintos Dispositivos:

• SCSI, Small Computer System Interface.
• IDE, Integrated Drive Electronics.
• USB, Universal Serial Bus.

El controlador es la interfaz del dispositivo con el bus de la computadora y es el componente que se ve desde el CPU. Poseen 3 registros principales, necesarios para su programación:

• Registros de Datos.
• Registros de Estado.
• Registros de Control.

Características de un controlador

• Dirección de E/S:

  • Usando puertos.
  • Mapeado en memoria.

• Unidad de transferencia:

  • De carácter.
  • De bloque.

• Interacción computadora-controlador:

  • Interrupción.
  • E/S programada.

a) De acuerdo al direccionamiento de la E/S

• Dispositivos por puertos de E/S (ej. arquitectura Intel):

  Al controlador se le asigna un puerto de E/S, una interrupción hardware. Se programa con operaciones de E/S (portin y portout) para indicar que registro se quiere manipular y como.

• Dispositivos proyectados en memoria:

  Se asigna a cada controlador un rango de dirección es a través de las cuáles se accede a sus registros. Se programa con instrucciones de acceso a memoria, se reserva una zona de memoria física para asignar a controladores de E/S.

Características de un controlador

En Windows

Características de un controlador

En Linux

Características de un controlador

b) De acuerdo a la unidad de transferencia

• Operaciones (leer, escribir, posicionarse)

  • Posible acceso a través de ficheros proyectados en memoria como los discos y cintas.

Características de un controlador

b) De acuerdo a la unidad de transferencia

• Dispositivos de caracter

  • Acceso secuencial a nivel de carácter.
  • Operaciones: get, put, .... Ejemplo: terminales, impresoras, interfaces de red.

  Dispositivos de bloque

  • Accesso por bloques de datos, utilizan búffers.
  • El disco duro funciona de esta manera.

b) De acuerdo a la unidad de transferencia

• L/E guiada por programa

  El CPU programa las operaciones y monitoriza el estado del dispositivo mediante sondeo.

• Ejemplo de lectura de un único dispositivo:

  
  	configurar_dispositivo();
  	while(!fin_lectura())
  	{
  	  programar_lectura();
  	  while (!dato_recibido());
  	  leer_dato();
  	}
  							

b) De acuerdo a la unidad de transferencia

• L/E guiada por programa

  Ejemplo de lectura de un múltiples dispositivos:

  
  configurar_dispositivo();
  
  while(!fin_transferencias())
  {
    if (dispositivo_preparado(DISP1))
      atender_disp(DISP1);
  
    if (dispositivo_preparado(DISP2))
      atender_disp(DISP2);
  
    if (dispositivo_preprado(DISPN))
      atender_disp(DISPN);
  }

  Prioridad uniforme

  
  configurar_dispositivo();
  while(!fin_transferencias())
  {
    if (dispositivo_preparado(DISP1))
      atender_disp(DISP1);
  
    else if (dispositivo_preparado(DISP2))
      atender_disp(DISP2);
  
    else if (dispositivo_preprado(DISPN))
      atender_disp(DISPN);
  }

  Prioridad Escalonada

Controladores

Inconvenientes:

• Espera ocupada.
• Complicado coordinar gestión de dispositivos con otras actividades.

Usado en:

• Sistemas empotrados.
• Procesadores dedicados.
• Sistemas monoprogramado.

Características de un controlador

c) De acuerdo a interacción computador-controlador

E/S por interrupciones:

Lista de IRQs en Windows

El procesador envía la orden de E/S al controlador del dispositivo y se dedica a otras tareas hasta que llega una interrupción del dispositivo.

c) De acuerdo a interacción computador-controlador

E/S por interrupciones:

Las rutinas de interrupción suelen tener dos partes:

• Parte genérica:
  • Captura de la interrupción
  • Salvaguarda de estado del procesador
  • Activación de la rutina de manejo de la interrupción
• Planificar la ejecución de la rutina:
  • Desactivación de la interrupción
  • Restauración del estado del procesador
  • Ceder de control (RET)

Arquitectura de dispositivos de E/S

Gestión de E/S en Linux

Linux provee 4 tipos de gestores de E/S o elevadores llamados:

• Anticipatory (Anticipadores)
• Deadline (Coloca un tiempo límite)
• CFQ (Complete Fairness Queueing)
• Noop (No operation = FIFO)

¿Preguntas?